基(ji)于(yu)葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)a熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)評(ping)估光(guang)(guang)(guang)(guang)合生(sheng)物生(sheng)理狀(zhuang)態的(de)(de)(de)方法是(shi)近50多年來植(zhi)物和微藻(zao)研(yan)(yan)究的(de)(de)(de)重要技術。葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)作為(wei)無損的(de)(de)(de)探針可以(yi)(yi)直接(jie)探測(ce)細(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)合機制，特別是(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)系統(tong)II（PSII），另外，一定程度上也可以(yi)(yi)探測(ce)到光(guang)(guang)(guang)(guang)系統(tong)I（PSI）。葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究結果可以(yi)(yi)用來理解光(guang)(guang)(guang)(guang)合生(sheng)物體的(de)(de)(de)生(sheng)理過(guo)程，但也不僅限(xian)于(yu)此，因為(wei)大(da)(da)多數(shu)生(sheng)物代謝(xie)途徑直接(jie)或(huo)間接(jie)地(di)依賴于(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)合作用。多年來，研(yan)(yan)究人員已經開(kai)發了(le)大(da)(da)量(liang)(liang)葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)a熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)技術和方法并得到了(le)廣泛用的(de)(de)(de)應用，例(li)如(ru)直接(jie)閃光(guang)(guang)(guang)(guang)誘導(dao)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)，脈沖幅(fu)度調制熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)（PAM），高分(fen)辨率(lv)快(kuai)速熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)誘導(dao)，快(kuai)速重復頻率(lv)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)（fRRF），以(yi)(yi)及星(xing)載的(de)(de)(de)地(di)面熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)觀測(ce)。所使用的(de)(de)(de)儀器最初是(shi)由研(yan)(yan)究人員自己制造的(de)(de)(de)，后(hou)來漸漸地(di)商業化(hua)。其(qi)中一種(zhong)儀器是(shi)德國WALZ公司生(sheng)產的(de)(de)(de)IMAGING-PAM，它通過(guo)CCD相機測(ce)量(liang)(liang)葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)a熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)并將(jiang)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)數(shu)據圖像化(hua)。葉(xie)(xie)綠(lv)(lv)素(su)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)成像系統(tong)的(de)(de)(de)優點是(shi)可以(yi)(yi)同時測(ce)量(liang)(liang)多個樣(yang)品或(huo)大(da)(da)型光(guang)(guang)(guang)(guang)合生(sheng)物的(de)(de)(de)多個區域，可以(yi)(yi)輕(qing)松評(ping)估樣(yang)品的(de)(de)(de)異質性。
了(le)解溫度、光照、營養物質(zhi)、pH值和CO2等多種非生物脅迫對光合(he)生物生理性能的交(jiao)互影響是預測和理解植物應(ying)對氣候變(bian)化響應(ying)的基礎。傳統(tong)上，評估(gu)以(yi)上多重脅(xie)迫的相互(hu)作用既費時(shi)又(you)費力，亟需(xu)新(xin)的方法來改善這類研(yan)究(jiu)過程。近日，New BIOTECHNOLOGY (IF=5.1)雜志刊登了悉尼(ni)科技大學Andrei Herdean的最新(xin)研(yan)究(jiu)文章(zhang)“Phenoplate: An innovative methodfor assessing interacting effects of temperature and light on non-photochemicalquenching in microalgae under chemical stress”。文章中作者展示了一個(ge)(ge)新的(de)(de)實(shi)(shi)驗方案(an)，用(yong)于同時沿多(duo)個(ge)(ge)脅迫梯度進行高通量光(guang)生理(li)測(ce)量。具體方案(an)的(de)(de)細節是通過將IMAGING-PAM與實(shi)(shi)驗室(shi)PCR實(shi)(shi)驗中廣泛使用(yong)的(de)(de)熱循(xun)環儀相(xiang)結(jie)合(he)來(lai)實(shi)(shi)現的(de)(de)。
圖1 Phenoplate方案及示例數(shu)據(ju)(ju)：IMAGING-PAM+熱循環儀，示例數(shu)據(ju)(ju)
上(shang)述文章的(de)實(shi)(shi)驗旨在(zai)(zai)研(yan)究(jiu)微藻(zao)對(dui)(dui)多(duo)種(zhong)環境脅(xie)迫相(xiang)互作(zuo)用(yong)的(de)短期響(xiang)應，從而(er)揭示(shi)其部分表(biao)型。改(gai)變不同樣(yang)品中磷（P）的(de)含量(liang)，目的(de)是(shi)為(wei)了(le)限制其對(dui)(dui)類囊(nang)體(ti)膜ATP合酶的(de)可用(yong)性(xing)，以(yi)觀(guan)察這種(zhong)限制如(ru)何影(ying)(ying)響(xiang)光合對(dui)(dui)不同溫度的(de)反應。表(biao)型組學(xue)(xue)是(shi)藻(zao)類研(yan)究(jiu)中的(de)一(yi)門新興學(xue)(xue)科，將(jiang)在(zai)(zai)一(yi)系(xi)列生物(wu)技術(shu)應用(yong)中產生廣泛(fan)影(ying)(ying)響(xiang)；然(ran)而(er)，開(kai)發新的(de)工具(ju)以(yi)滿足在(zai)(zai)特定系(xi)列條件下(xia)快(kuai)速篩選多(duo)個菌株/物(wu)種(zhong)/突(tu)變體(ti)仍然(ran)是(shi)一(yi)個技術(shu)難題(ti)。現在(zai)(zai)，Phenoplate的(de)出(chu)現必將(jiang)為(wei)此(ci)類研(yan)究(jiu)學(xue)(xue)科的(de)發展做出(chu)貢(gong)獻，作(zuo)者(zhe)將(jiang)該類實(shi)(shi)驗過(guo)程(cheng)命(ming)名為(wei)“Phenoplate Analysis”。
快速(su)光照曲線是評估光合生物生理(li)狀(zhuang)態使用(yong)(yong)(yong)(yong)最(zui)廣泛的方法(fa)之一。該方法(fa)在(zai)過去20年中已應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)一系列生理(li)學(xue)研究(jiu)，但它(ta)在(zai)適應(ying)多(duo)參數表型(xing)的現(xian)代應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)中進展(zhan)甚微。為了(le)推進快速(su)光曲線應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)評估多(duo)種(zhong)因(yin)素生理(li)影響的研究(jiu)，開發了(le)Phenoplate。Phenoplate可以用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)同(tong)時評估溫度(du)(du)和光梯度(du)(du)。研究(jiu)人(ren)員把它(ta)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)測量三種(zhong)海洋微藻在(zai)溫度(du)(du)梯度(du)(du)上的快速(su)光照曲線，并疊加不同(tong)磷含量處理(li)，改(gai)變磷酸鹽的可用(yong)(yong)(yong)(yong)性。結果表明，在(zai)較低溫度(du)(du)下(xia)，Tetraselmis sp.藻光保(bao)護(hu)(hu)機制的激活(huo)效率較高(gao)，當溫度超過一定(ding)閾(yu)值時(shi)，光保(bao)護(hu)(hu)的弛豫受到負面影響。此外，研究結(jie)果還觀察到Thalassiosira pseudonana 和Nannochloropsis oceanica 表現(xian)(xian)出兩種(zhong)獨特的延(yan)遲非光(guang)化學淬滅特征：分(fen)別是弱光(guang)低溫(wen)和黑暗(an)高溫(wen)組(zu)合。這(zhe)些發現(xian)(xian)表明，這(zhe)些發現(xian)(xian)表明，Phenoplate方(fang)法可以作為一種(zhong)快速(su)而(er)簡單(dan)的工具來深入了(le)解微藻的光(guang)生物(wu)學特性。以下是部分(fen)實驗(yan)結果。
圖2 三種藻在不同溫度下(xia)光(guang)系統II的(de)相(xiang)對電子傳(chuan)遞速率
圖3 三種(zhong)藻在不同溫度和磷含量下光系統II的相對電(dian)子(zi)傳遞速率
圖4 不同磷含量處理條件下生長的Tetraselmis sp.藻的NPQ數據變化
圖5 三(san)種藻在不同溫(wen)度，磷含量處理(li)下光(guang)曲線+暗弛豫的實(shi)驗結(jie)果與差異
—— 原文 ——
Herdean A, Sutherland D, Ralph P. . New Biotechnology, 2021.