藻類高通量光合作用測量系統(tǒng)具備葉綠素?zé)晒獬上窈凸夂戏叛鯗y量的功能，通過測定微藻的葉綠素?zé)晒鈪?shù)和氣體交換參數(shù)，評價其光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率和光合速率，全面評估微藻光合作用物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)具備快速、高通量的特點(diǎn)，可同時對96個樣品進(jìn)行測量。系統(tǒng)廣泛用于藻類光合生理研究、藻類突變體篩選、藻類遺傳改良、藻類養(yǎng)殖、污水處理、生物燃料和生物肥料的制造等研究和應(yīng)用領(lǐng)域。
藻類葉綠素?zé)晒獬上駜x及其成像圖
四肩突四鞭藻（綠藻）的光合速率（A）和呼吸速率（B）隨溫度的變化(Bernhardt et al., 2017)
功能特點(diǎn)
- 高通量：近百個樣品同時測量
- 全面評價光合作用：藻類葉綠素?zé)晒鈪?shù)和光合速率均可測定
- 非侵入性和非破壞性測量
- 系統(tǒng)簡單易用
- 氧氣測量高精度、高可靠性、低功耗、低交叉敏感性、快速響應(yīng)時間
技術(shù)參數(shù)
- 測量參數(shù)：Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm', Fv/ Fm, Fv', Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qL, QY, QY_Ln, Rfd, ETR等50多個葉綠素?zé)晒鈪?shù)以及光合速率、呼吸速率
- 可同時對近百個藻類樣品進(jìn)行測量
- 葉綠素?zé)晒獬上駟卧邆渫陚涞淖詣訙y量程序（protocol），可自由對自動測量程序進(jìn)行編輯，包括Fv/Fm、Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)、熒光淬滅分析、光響應(yīng)曲線LC。
- 葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)分析模式：具備在低信噪比的情況下使用的“信號平均再計算”模式，以過濾掉噪音帶來的誤差，適用于低濃度的藻類樣品。
- 葉綠素?zé)晒獬上穹治鲕浖δ埽壕週ive（實(shí)況測試）、Protocols（實(shí)驗(yàn)程序選擇定制）、Pre–processing（成像預(yù)處理）、Result（成像分析結(jié)果）等功能菜單
- 葉綠素?zé)晒獬上耦A(yù)處理：程序軟件可自動識別多個植物樣品或多個區(qū)域，也可手動選擇區(qū)域（Region of interest，ROI）。手動選區(qū)的形狀可以是方形、圓形、任意多邊形或扇形。軟件可自動測量分析每個樣品和選定區(qū)域的熒光動力學(xué)曲線及相應(yīng)參數(shù)，樣品或區(qū)域數(shù)量不受限制（>1000）
- 氧氣檢測技術(shù)：光纖氧傳感器技術(shù)。
- 測量呼吸室：透明聚苯乙烯材質(zhì)，支持預(yù)消毒處理，可重復(fù)使用。
- 氧氣測量主機(jī)：單個重670 g，162 x 102 x 32 mm
- 氧氣主機(jī)內(nèi)置溫度傳感器：0-50°C，分辨率012°C，精度±0.5°C
- 氧氣主機(jī)內(nèi)置壓強(qiáng)傳感器：300-1100mbar，分辨率11mbar，精度±6mbar
- 氧氣最大采樣頻率：單通道激活時可達(dá)10-20次每秒
- 氧氣測量精度：±0.1% O2@1% O2或±0.05 mg/L@0.44 mg/L
- 氧氣測量分辨率：01% O2@1% O2或0.005 mg/L@0.44 mg/L
- 測量通道數(shù)：96
應(yīng)用案例
- Perin等人采用藻類高通量光合作用測量系統(tǒng)初步篩選微擬球藻（Nannochloropsis gaditana）的高光效突變體。研究小組使用化學(xué)引變劑乙基甲烷磺酸鹽(EMS)誘導(dǎo)突變和插入突變兩種方式生成突變體庫，使用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)檢測其光合活性的可能變化，使用的葉綠素?zé)晒鈪?shù)包括最小熒光F0、最大光化學(xué)效率Fv/Fm、有效光化學(xué)效率ΦPSII、光系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力NPQ（Perin et al., 2015）。
微擬球藻熒光強(qiáng)度篩選
左-F0（紅圈為野生型，白圈為篩選出的、熒光過低或過高的突變體）；右：葉綠素?zé)晒獾亩浚t點(diǎn)代表野生型，籃圈代表篩選出的突變體，綠色三角表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）（Perin et al., 2015）
- 不列顛哥倫比亞大學(xué)生物多樣性研究中心使用了藻類高通量光合作用測量系統(tǒng)評估了全球變暖對斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)光合速率和呼吸速率的影響，發(fā)現(xiàn)兩者均對測試溫度表現(xiàn)出一定的可塑性。不同選擇溫度（12℃、18℃）的柵藻光合速率無差異；而高溫選擇（18℃）的柵藻相對低溫選擇（12℃）的柵藻，具有更高的呼吸速率（Tseng et al., 2019）。
不同溫度選擇（12℃、18℃）的斜生柵藻光合速率（左）和呼吸速率（右）隨測試溫度的變化（Tseng et al., 2019）
參考文獻(xiàn)
- Claudi, R., Alei, E., Battistuzzi, M., Cocola, L., Erculiani, M.S., Pozzer, A.C., Salasnich, B., Simionato, D., Squicciarini, V., Poletto, L., La Rocca, N., 2021. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life 11(1): 10
- Dann, M., Ortiz, E.M., Thomas, M., Guljamow, A., Lehmann, M., Schaefer, H., Leister, D., 2021. Enhancing photosynthesis at high light levels by adaptive laboratory evolution. Nat. Plants 7, 681–695.
- Gavel, A., Mar?álek, B., 2004. A novel approach for phytotoxicity assessment by CCD fluorescence imaging. Environmental Toxicology 19, 429–432.
- Herdean, A., Hall, C., Hughes, D.J., Kuzhiumparambil, U., Diocaretz, B.C., Ralph, P.J., 2023. Temperature mapping of non-photochemical quenching in Chlorella vulgaris. Photosynth Res 155, 191–202.
- Macário, I.P.E., Veloso, T., Frankenbach, S., Ser?dio, J., Passos, H., Sousa, C., Gon?alves, F.J.M., Ventura, S.P.M., Pereira, J.L., 2022. Cyanobacteria as Candidates to Support Mars Colonization: Growth and Biofertilization Potential Using Mars Regolith as a Resource. Front Microbiol 13, 840098.
- Nowicka, B., 2020. Practical aspects of the measurements of non‐photochemical chlorophyll fluorescence quenching in green microalgae Chlamydomonas reinhardtii using Open FluorCam. Physiologia Plantarum 168, 617–629.
- Perozeni, F., Stella, G., Ballottari, M., 2018. LHCSR Expression under HSP70/RBCS2 Promoter as a Strategy to Increase Productivity in Microalgae. IJMS 19, 155.
- Tseng, M., Bernhardt, J.R., Chila, A.E., 2019. Species interactions mediate thermal evolution. Evolutionary Applications 12, 1463–1474.
- Bernhardt, J.R., Sunday, J.M., O’Connor, M.I., 2017. An empirical test of the temperature dependence of carrying capacity. bioRxiv, 210690.
