FluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像技(ji)術應用案(an)例——藻(zao)類(lei)病(bing)害表(biao)型(xing)研究(jiu)

2019年(nian)中國海(hai)洋(yang)大學(xue)裝(zhuang)備(bei)了(le)*套海洋(yang)生物表(biao)型(xing)組學(xue)光(guang)學(xue)成(cheng)像分(fen)析(xi)系統(tong)，這(zhe)壹(yi)系統(tong)包含(han)以(yi)下子(zi)系統(tong)：

lFKM多光譜熒(ying)光動(dong)態顯微(wei)成(cheng)像系統(tong)

lFluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)

lFluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)

lSpecim IQ 高(gao)光(guang)譜成(cheng)像儀(yi)

lMC1000 8通(tong)道藻(zao)類(lei)培養(yang)監測系統(tong)

圖1. 海(hai)洋(yang)生物表(biao)型(xing)組學(xue)光(guang)學(xue)成(cheng)像分(fen)析(xi)系統(tong)的各(ge)個子(zi)系統(tong)

這(zhe)壹(yi)綜(zong)合系統(tong)可應用於藻(zao)類(lei)光(guang)合功能基(ji)因、逆境脅迫、藻(zao)類(lei)生態、藻(zao)類(lei)表(biao)型(xing)、經(jing)濟藻(zao)類(lei)育(yu)種以(yi)及生物能(neng)源開發(fa)等(deng)研(yan)究(jiu)，同樣(yang)也(ye)適用(yong)於高(gao)等(deng)植(zhi)物(wu)相關研(yan)究。其中，FluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)同樣(yang)適(shi)用於病害造(zao)成(cheng)的(de)藻(zao)類(lei)次生代謝(xie)組(zu)總體分(fen)析(xi)及(ji)藻(zao)類(lei)防(fang)禦(yu)機制研(yan)究(jiu)。

FKM（Fluorescence Kinetic Microscope）多光譜熒(ying)光動(dong)態顯微(wei)成(cheng)像系統(tong)是目前(qian)功能(neng)為(wei)強(qiang)大全(quan)面的(de)植(zhi)物(wu)顯微(wei)熒(ying)光研究(jiu)儀器(qi)，是基(ji)於FluorCam葉綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像技(ji)術的顯微(wei)成(cheng)像定(ding)制系統(tong)。FKM使(shi)科研(yan)工作者(zhe)在(zai)藻(zao)類(lei)和(he)高(gao)等(deng)植(zhi)物(wu)細胞與(yu)亞(ya)細(xi)胞層次深入(ru)理(li)解光合(he)作用(yong)過(guo)程及該過(guo)程中發(fa)生的各(ge)種變化(hua)，為(wei)直(zhi)接研究葉綠(lv)體中光合系統(tong)的工作機理(li)提供(gong)了(le)有(you)力的工具(ju)。FKM作(zuo)為藻(zao)類(lei)/植(zhi)物(wu)表(biao)型(xing)和(he)基(ji)因型(xing)顯微(wei)研(yan)究的(de)雙重(zhong)利器(qi)，得(de)到(dao)了(le)學(xue)界的廣泛(fan)認(ren)可並取得(de)了大量(liang)的(de)科(ke)研成(cheng)果(guo)。FKM與(yu)FluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)配合(he)可以(yi)全(quan)面反(fan)映病(bing)害等(deng)脅迫因(yin)素(su)對藻(zao)類(lei)與(yu)高(gao)等(deng)植(zhi)物(wu)宏觀和(he)微(wei)觀(guan)兩個(ge)層(ceng)次的影(ying)響(xiang)。

圖2. 紫(zi)菜病(bing)害感(gan)染(ran)後的(de)葉綠(lv)素(su)熒(ying)光顯微(wei)成(cheng)像圖：左(zuo)：大熒(ying)光Fm，中：大光(guang)化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)Fv/Fm；1為(wei)病害初(chu)感染(ran)區(qu)域(yu)，2為病害擴(kuo)散(san)區(qu)域(yu)，3為尚未感染(ran)區(qu)域(yu)；右(you)：工作中的FKM系統(tong)

經(jing)過(guo)專門定制設(she)計的FKM多光譜熒(ying)光動(dong)態顯微(wei)成(cheng)像系統(tong)也可以(yi)進(jin)行多光譜顯微(wei)成(cheng)像分(fen)析(xi)。

法國高(gao)等(deng)師(shi)範(fan)學(xue)院(yuan)在(zai)對壺(hu)菌Chytridium polysiphoniae感染(ran)的褐(he)藻(zao)Pylaiella littoralis進(jin)行的(de)研(yan)究中，使(shi)用FKM系統(tong)分(fen)別進(jin)行了(le)多光譜成(cheng)像和(he)葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光成(cheng)像（Gachon，2006）。圖中A，B是在(zai)Pylaiella細胞表(biao)面的(de)Chytridium孢(bao)子(zi)囊，表(biao)明感染(ran)還沒(mei)有(you)發(fa)展(zhan)到(dao)鄰近的(de)細(xi)胞。B.在(zai)UV下，孢(bao)子(zi)囊發(fa)出(chu)了輕微的F440藍(lan)色(se)熒(ying)光，而被(bei)感染(ran)細胞的葉綠(lv)素(su)熒(ying)光則有(you)顯著的下降(jiang)。C，D表(biao)現了(le)重度感(gan)染(ran)的藻(zao)絲(si)中伴(ban)隨著葉(ye)綠素(su)熒(ying)光的減(jian)少(shao)，F440藍(lan)色(se)熒(ying)光組分(fen)有所增加(jia)，這(zhe)可能是由(you)亞細(xi)胞結構中的多酚增加(jia)造成(cheng)的(de)。葉綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像分(fen)析(xi)感(gan)染(ran)同時(shi)影響(xiang)了(le)P. littoralis光系統(tong)II的暗(an)適(shi)應光化(hua)學(xue)能(neng)力(li)（測(ce)量Fv/Fm）和(he)非(fei)光(guang)化(hua)學(xue)淬滅NPQ。

圖3.Chytridium感(gan)染(ran)Pylaiella的FKM熒(ying)光顯微(wei)分(fen)析(xi)：左(zuo)：葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光顯微(wei)成(cheng)像分(fen)析(xi)；右(you)：明視(shi)場(chang)（A，C）和(he)F440藍(lan)色(se)熒(ying)光顯微(wei)成(cheng)像圖（B，D）

中國海(hai)洋(yang)大學(xue)希(xi)望(wang)通(tong)過(guo)這(zhe)壹(yi)系統(tong)，尤(you)其是FKM多光譜熒(ying)光動(dong)態顯微(wei)成(cheng)像系統(tong)與(yu)FluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)廣泛(fan)開展(zhan)不(bu)同基(ji)因型(xing)藻(zao)類(lei)在(zai)病害等(deng)脅迫條件下的(de)表(biao)型(xing)分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu)，從(cong)而(er)揭示藻(zao)類(lei)抗(kang)逆適應的機理(li)，為優良經(jing)濟藻(zao)種開發(fa)提(ti)供(gong)理(li)論依據，目前(qian)已(yi)經(jing)取得(de)了初(chu)步(bu)的研(yan)究成(cheng)果(guo)。對條斑(ban)紫菜Pyropia yezoensis感(gan)染(ran)赤腐(fu)病進(jin)行了(le)多光譜熒(ying)光成(cheng)像分(fen)析(xi)，發(fa)現(xian)紫(zi)菜感(gan)染(ran)區(qu)域(yu)的次生代謝(xie)也(ye)有顯著的升(sheng)高(gao)（Tang L, 2019）。

圖4. 中國海(hai)洋(yang)大學(xue)使(shi)用FluorCam多光譜熒(ying)光成(cheng)像系統(tong)研究(jiu)條斑(ban)紫菜Pyropia yezoensis感(gan)染(ran)赤腐(fu)病後(hou)的次生代謝(xie)響(xiang)應，左：多光譜熒(ying)光F520動(dong)態曲(qu)線；右(you)：RGB和(he)F520成(cheng)像圖（Tang L, 2019）

參考文獻(xian)：

1. Gachon C, et al. 2006. Single-cell chlorophyll fluorescence kinetic microscopy of Pylaiella littoralis (Phaeophyceae) infected by Chytridium polysiphoniae (Chytridiomycota). Eur. J. Phycol., 41(4): 395-403

2. Tang L, et al. 2019. Transcriptomic Insights into Innate Immunity Responding to Red Rot Disease in Red Alga Pyropia yezoensis. Int. J. Mol. Sci. 20: 5970

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