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藻类表型研究周全解决计划（一）

时间：2020-02-20

作者：海洋之神590官网入口

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简介：

海洋之神590官网入口

藻类表型研究周全解决计划

藻类是蓝藻门、眼虫藻门、金藻门、甲藻门、绿藻门、褐藻门、红藻门等一系列水生生物的总称。。。。。。。其形态种类众多，，，，，小至微米级的单细胞微藻，，，，，大至长达几米以致几十米的大型褐藻。。。。。。。藻类作为水体中最主要的初级生产者，，，，，对整个生态系统以致地球圈的稳固都起着极为主要的作用。。。。。。。莱茵衣藻、蓝藻等模式藻类为功效基因、生物进化、光合作用等研究提供了极佳的质料。。。。。。。同时，，，，，许多经济藻类也在食物、医药、能源等行业中饰演主要角色。。。。。。。而水华、赤潮等有害生态征象也是由藻类造成的。。。。。。。因此，，，，，对藻类的研究一直是生物学和生态学中很是主要的热门

现在生命科学研究领域最为引人注目的研究热门之一——表型组学研究，，，，，还主要集中在植物/作物领域。。。。。。。在藻类领域，，，，，表型组学研究刚刚起步，，，，，但生长速率极为迅猛。。。。。。。藻类表型组学一方面是藻类基因组学的增补与验证，，，，，诠释基因组和情形因素对植物表型的重着述用及中心的转变历程；；；；；；另一方面可以用于经济藻类的抗逆心理研究和遗传育种，，，，，周全剖析藻类表型，，，，，获取更优良的经济藻种；；；；；；还可以用于水华、赤潮的爆发气理研究。。。。。。。

藻类表型组学需要周全剖析藻类的表型特征，，，，，尤其是光合心理、形态、颜色、色素组成与漫衍、差别色素的光合孝顺、胁迫心理等方面的丈量与剖析，，，，，使藻类表型数字化、心理生态及功效可视化。。。。。。。这就需要针对藻类表型专门设计的手艺解决计划。。。。。。。

按表型数据类型分类：
藻类作育与通例心理表型数据在线监测仪器	l FMT150藻类作育与在线监测系统 l MC1000 8通道藻类作育系统 l ET-PSI多功效藻类作育与在线监测系统 l AlgaeTron/FytoScope 藻类作育箱
光合作用表型	l AquaPen手持式藻类荧光丈量仪 l Monitoring Pen叶绿素荧光自动监测仪 l FluorCam系列叶绿素荧光成像系统 l FluorCam多光谱荧光成像系统 l FKM多光谱荧光动态显微成像系统 l FL6000双调制叶绿素荧光仪 l TL6000叶绿素热释光丈量系统 l AOM藻类荧光在线监测系统 l PlanTherm植物/藻类热耐受性丈量仪
光谱表型	l PolyPen Aqua PA210试管式高光谱丈量仪 l Specim-IQ手持式高光谱成像仪
高通量综合表型剖析	l 高通量藻类表型剖析系统

按使用方法分类：
监测式仪器	l Monitoring Pen叶绿素荧光自动监测仪 l AOM藻类荧光在线监测系统
便携式仪器	l AquaPen手持式藻类荧光丈量仪 l PolyPen Aqua PA210试管式高光谱丈量仪 l Specim-IQ手持式高光谱成像仪 l FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪
实验室仪器	l FMT150藻类作育与在线监测系统 l MC1000 8通道藻类作育系统 l ET-PSI多功效藻类作育与在线监测系统 l AlgaeTron 藻类作育箱 l FluorCam系列叶绿素荧光成像系统（除便携式） l FluorCam多光谱荧光成像系统 l FKM多光谱荧光动态显微成像系统 l FL6000双调制叶绿素荧光仪 l TL6000叶绿素热释光丈量系统 l PlanTherm植物/藻类热耐受性丈量仪
高通量自动丈量系统	l 高通量藻类表型剖析系统

计划中所枚举的仪器可以凭证详细研究需求无邪组合，，，，，并且所有仪器的国际认可度极高，，，，，海内外科学家均使用这些仪器揭晓了大宗科研论文。。。。。。。下面先容部分系统计划的应用案例。。。。。。。

1. 蓝藻光合作用机理的深入研究

中科院水生生物所王强研究员为了研究亚硝酸盐胁迫对蓝藻Synechocystis sp. PCC 6803光系统II的胁迫机制，，，，，使用AquaPen手持式藻类荧光丈量仪、FL3500叶绿素荧光仪（FL6000之前型号）和TL叶绿素热释光系统，，，，，划分丈量剖析了Fv/Fm最大光化学效率、OJIP快速荧光动力学曲线、QA-再氧化动力学曲线、S-state丈量和TL热释光曲线。。。。。。。研究最终证实亚硝酸盐胁迫首先影响Synechocystis sp. PCC 6803 光系统II受体侧(Zhan X, 2017)

左：实验样品；；；；；；中：Fv/Fm；；；；；；右：OJIP快速荧光动力学曲线

左：QA-再氧化动力学曲线；；；；；；中：S-state丈量：右：TL热释光曲线

左：AquaPen手持式藻类荧光丈量仪；；；；；；中：FL3500双调制叶绿素荧光仪；；；；；；右：TL叶绿素热释光系统

参考文献：Zhang X, Ma F, Zhu X, Zhu J, Rong J, Zhan J, Chen H, He C, Wang Q. 2017. The acceptor side of photosystem II is the initial target of nitrite stress in Synechocystis sp. strain PCC 6803. Appl Environ Microbiol 83:e02952-16

2. 莱茵衣藻分子事务的多组学剖析

莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii的新陈代谢对情形转变有很好的顺应性。。。。。。。加利福尼亚大学的Daniela Strenkert实验模拟一个光暗周期，，，，，研究这一天中莱茵衣藻的转录组与卵白质组转变。。。。。。。这一研究首先要求能够准确模拟一个动态转变的作育情形，，，，，同时还要对相关作育情形及藻类密度、心理等举行监测。。。。。。。这样才华为后续的组学剖析提供只管精准的样品。。。。。。。而现在能抵达这一要求的藻类作育监测仪器只有FMT150藻类作育与在线监测系统。。。。。。。其作育条件设置如下：

n 多台FMT150同步作育

n 200 μE红/蓝光，，，，，12小时昼夜交替，，，，，模拟日升日落

n 白天28 ℃，，，，，夜晚18 ℃

n 通气速率0.2 L/min

n 实时监测温度、OD680和pH

n 恒浊预作育5天，，，，，控制OD680至0.4

左：A.FMT150示意图，，，，，B-D.作育历程中实时监测温度、OD680和pH；；；；；；右：差别光强下最大光化学效率Fv/Fm的动态转变

叶绿素荧光剖析是光合心理和表型组学研究不可或缺的部分。。。。。。。因此本研究同时使用FluorCam关闭式荧光成像系统丈量差别光强下莱茵衣藻最大光化学效率Fv/Fm的动态转变，，，，，反应光强对莱茵衣藻的影响并与卵白质组、转录组数据举行相关剖析。。。。。。。

左：FMT150藻类作育与在线监测系统；；；；；；右：FluorCam关闭式叶绿素荧光成像系统

参考文献：Strenkert D, et al. 2019, Multiomics resolution of molecular events during a day in the life of Chlamydomonas. PNAS 116 (6): 2374-2383

3. 监测南极藻类与地衣的天气响应

2006年，，，，，捷克在南极James Ross岛建设了Johann Gregor Mendel站。。。。。。。驻扎该站的捷克马萨里克大学科研职员从2007年就开展研究外地藻类和地衣对南极温度升高的响应，，，，，从而评估温室效应对南极生态系统的影响。。。。。。。其时他们使用了专门增强极地顺应能力的AquaPen/FluorPen系列手持式叶绿素荧光丈量仪来检测藻类和地衣的光合心理和生长状态。。。。。。。AquaPen/FluorPen既可以手动操作，，，，，也具备无人值守监测叶绿素荧光的功效，，，，，在南极的严酷情形下体现优异。。。。。。。

而近年，，，，，科研职员最先使用专门设计用于监测实验的Monitoring Pen叶绿素荧光自动监测仪。。。。。。。Monitoring Pen在理想情形下可自动一连事情2年，，，，，配有陆地增强版和水下增强版两个版本。。。。。。。

左：Johann Gregor Mendel站2007-2009年使用的AquaPen/FluorPen；；；；；；右：近年最先使用的Monitoring Pen

左：Monitoring Pen陆地增强版；；；；；；右：Monitoring Pen水下增强版

参考文献：Barták M, et al. 2009, Long-term study on vegetation responses to manipulated warming using open top chambers installed in three contrasting Antarctic habitats. Structure and function of antarctic terrestrial ecosystems, Masaryk University

4. 莱茵衣藻高光胁迫响应的分子机制

所有光合生物都必需要应对过量光照来阻止光合氧化胁迫。。。。。。。关于植物和绿藻来说，，，，，高光的最快响应机制就是光系统II的非光化学淬灭（NPQ）。。。。。。。这一历程允许光系统II将过量能量以热量形式清静地耗散掉。。。。。。。PsbS卵白是这一历程中的主要传感器。。。。。。。

为了确定PsbS卵白在莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii的NPQ和光保�；；；；；ぶ械淖饔茫�，，，艾克斯－马赛大学Tibiletti T等作育了可以表达藻类或拟南芥psbS基因的叶绿体转基因株。。。。。。。通过FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统举行的NPQ成像剖析最终批注，，，，，两种PsbS卵白都可以增强莱茵衣藻野生型和npq4突变株的NPQ，，，，，但通过Fv/Fm丈量没有视察到明确的光保�；；；；；せ钚�。。。。。。。

左：NPQ成像图；；；；；；中：光暗周期中的NPQ动态转变；；；；；；右：Fv/Fm数据剖析

同时，，，，，他们还使用了两个白光LED光源板来模拟一连高光胁迫（1200 ?mol m-2 s-1）；；；；；；Fytoled光源系统来模拟波动光照条件（3分钟1200?mol m-2 s-1+3分钟45?mol m-2 s-1）举行生长率实验；；；；；；FluorCam系统自带蓝色LED光源板模拟波动光照条件（3分钟1200?mol m-2 s-1+3分钟20?mol m-2 s-1）举行Fv/Fm剖析。。。。。。。这些LED光源板现实都来自于统一手艺泉源，，，，，即PSI公司的SL3500 LED光源板。。。。。。。这一LED光源的开发就是为了给FluorCam系统丈量叶绿素荧光成像提供高强度、高均一度、高纯度的光照，，，，，同时配备准确到微秒级的自动调控功效。。。。。。。以此LED光源为基础开发的作育系统自然就具备了其他作育系统无法抵达的高性能。。。。。。。西欧许多研究者都会使用这一光源搭建自己设计的作育系统。。。。。。。好比2012年Nature揭晓的“Recovery rates reflect distance to a tipping point in a living system”一文中，，，，，作者就使用了SL3500光源搭建了自主设计的藻类作育系统。。。。。。。

左：FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统；；；；；；中：SL3500 LED光源板；；；；；；右：AlgaeTron/FytoScope藻类/植物作育箱

参考文献：Tibiletti T, et al. 2016. Chlamydomonas reinhardtii PsbS protein is functional and accumulates rapidly and transiently under high light. Plant Physiology, 171(4): 2717-2730

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