模塊式藻類表型成像分析系統(tǒng)

藻類是藍(lán)藻門、眼蟲藻門、金藻門、甲藻門、綠藻門、褐藻門、紅藻門等一系列水生生物的總稱。其形態(tài)種類眾多，小至微米級的單細(xì)胞微藻，大至長達(dá)幾米乃至幾十米的大型褐藻。藻類作為水體中重要的初級生產(chǎn)者，對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)乃至地球圈的穩(wěn)定都起著極為重要的作用。同時(shí)，很多經(jīng)濟(jì)藻類也在食品、醫(yī)藥、能源等行業(yè)中扮演重要角色。而水華、赤潮等有害生態(tài)現(xiàn)象也是由藻類造成的。

在藻類研究中，需要全面分析藻類的表型特征，尤其是光合生理、形態(tài)、顏色、色素組成與分布、不同色素的光合貢獻(xiàn)、脅迫生理等方面的測量與分析，使藻類表型數(shù)字化、生理生態(tài)及功能可視化。這就需要針對藻類表型專門設(shè)計(jì)的表型成像系統(tǒng)方案。

模塊式藻類表型成像分析系統(tǒng)由FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測單元、FluorCam葉綠素?zé)晒饣蚨喙庾V熒光成像單元、FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像單元、高光譜成像單元（或多光譜成像單元）、RGB彩色成像單元、等組成，是目前市場上配置靈活、功能面、性價(jià)比、技術(shù)的藻類表型與生理生態(tài)研究分析系統(tǒng)。

珊瑚共生體的表型成像研究，左圖：珊瑚收縮－膨脹不同時(shí)相NDVI多光譜成像與GFP綠色熒光蛋白成像分析；右圖；珊瑚表面及垂直剖面樣品分別在弱光和強(qiáng)光適應(yīng)條件下的RGB成像、葉綠素?zé)晒獬上窈蚇DVI多光譜成像分析（Leal MC, et al. 2015）

主要功能特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)：

1. FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測技術(shù)：將生物反應(yīng)器與監(jiān)測儀器*地結(jié)合在一起，用于淡水、海水藻類和藍(lán)藻等的模塊化精確光照培養(yǎng)與生理監(jiān)測：

1) 尺寸容積可選：400ml、1L、3L等，可定制25L、120L的大型培養(yǎng)容器

2) 全LED光源：紅光、藍(lán)光或白光、紅光雙色光源，其他光質(zhì)可定制，大光強(qiáng)達(dá)3000μmol (photons).m^-2.s^-1

3) 精確控制溫度、光強(qiáng)、培養(yǎng)周期、CO₂濃度等培養(yǎng)條件，模擬自然周期變化，并可進(jìn)行恒化或恒濁培養(yǎng)

4) 在線實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、pH值、溶解氧、O₂/CO₂通量、營養(yǎng)鹽變化、光密度、葉綠素?zé)晒鈪?shù)（反映受脅迫狀況和生理狀態(tài)）等多種環(huán)境與生理參數(shù)

5) 通過的電腦軟件實(shí)現(xiàn)外部控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和保存

6) 可選配MC1000 8通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測單元進(jìn)行快速重復(fù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

萊茵衣藻多組學(xué)解析，左圖：使用FMT150進(jìn)行精確控制培養(yǎng)；右圖：使用FluorCam進(jìn)行葉綠素?zé)晒夥治觯⊿trenkert, 2019, PNAS）

2. FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)：可根據(jù)需求選配不同型號和成像大小的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，或選配GFP/YFP等穩(wěn)態(tài)熒光成像、PAR吸收/NDVI成像等：

1) 便攜式葉綠素?zé)晒獬上瘢上衩娣e31.5x41.5mm，可用于野外及實(shí)驗(yàn)室葉綠素?zé)晒獬上穹治觯€可選配光合聯(lián)用系統(tǒng)進(jìn)行光合作用測量和葉綠素?zé)晒獬上穹治鰷y量

2) 封閉式（一體式）葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，為功能（具備全部Protocols包括OJIP、QA再氧化動(dòng)力學(xué)等）、性價(jià)比、使用的臺式植物表型成像分析設(shè)備，可同時(shí)對植物PAR吸收、光譜反射指數(shù)NDVI等進(jìn)行成像測量

3) FluorCam模塊式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，有13x13cm標(biāo)準(zhǔn)版和20x20大型版，模塊式結(jié)構(gòu)，具備可擴(kuò)展性，可選配白色LED光源（用于模擬自然光源）、青色LED光源、綠色LED光源、紅色LED光源、藍(lán)色LED光源等不同激發(fā)光源進(jìn)行光質(zhì)實(shí)驗(yàn)，用于激發(fā)不同的藻類光合色素蛋白（下圖依次為便攜式、一體式、模塊式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)）

4) FluorCam大型葉綠素?zé)晒獬上衿脚_，成像面積可達(dá)35x35cm（下圖依次為便攜式、一體式、模塊式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)和大型葉綠素?zé)晒獬上衿脚_）

5) FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)方案，配備UV紫外光及濾波器激發(fā)并檢測藻類的多光譜熒光，尤其適用于次生代謝組與病害表型研究。有一體式（成像面積13x13cm）或模塊式（成像面積13x13cm或20x20cm）供選配，還可選配實(shí)驗(yàn)室大型多光譜熒光成像平臺

中國海洋大學(xué)使用FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)研究條斑紫菜Pyropia yezoensis感染赤腐病后的次生代謝響應(yīng)（Tang L, 2019）

3. FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像技術(shù)：基于FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)的顯微成像技術(shù)。它由包含可擴(kuò)展部件的增強(qiáng)顯微鏡、高分辨率CCD相機(jī)、激發(fā)光源組、光譜儀、控溫模塊以及相應(yīng)的控制單元和的工作站與分析軟件組成。它不僅可以對微藻、單個(gè)細(xì)胞、單個(gè)葉綠體乃至基粒-基質(zhì)類囊體片段進(jìn)行葉綠素?zé)晒饧岸喙庾V熒光成像分析，還可以進(jìn)行熒光蛋白、熒光染料以及藻類*光合色素的成像分析。

1) 內(nèi)置現(xiàn)今葉綠素?zé)晒庋芯康娜砍绦?，如Fv/Fm、Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)、熒光淬滅、OJIP快速熒光響應(yīng)曲線、QA再氧化等，可獲得70余項(xiàng)參數(shù)及其成像圖

2) 配備10倍、20倍、40倍、63倍和100倍生物熒光物鏡，可以清晰觀測到葉綠體及其發(fā)出的熒光

3) 激發(fā)光源組中包括紅外光、紅光、藍(lán)光、綠光、白光、紫外光和遠(yuǎn)紅光等，能夠研究植物/藻類中任何一種色素分子或發(fā)色團(tuán)

4) 可進(jìn)行GFP、DAPI、DiBAC4、SYTOX、CTC等熒光蛋白、熒光染料的成像分析

5) 高分辨率光譜儀能夠深入解析各種熒光的光譜圖。

6) 控溫系統(tǒng)可以保證實(shí)驗(yàn)樣品在同等溫度條件下進(jìn)行測量，提高實(shí)驗(yàn)精度，也可以進(jìn)行高溫/低溫脅迫研究。

魚腥藻異形胞分化過程中的光合作用規(guī)律（Ferimazova, 2014）

4. Specim高光譜成像技術(shù)，*IQ高光譜成像儀，一體式設(shè)計(jì)，內(nèi)置自動(dòng)推掃、數(shù)據(jù)采集處理、操作系統(tǒng)、觸摸屏及操作鍵、GPS等，機(jī)身小巧輕便，只有1.3kg，實(shí)現(xiàn)輕松手持操作或固定操作，波段范圍400-1000nm，7nm光譜分辨率，204個(gè)波段，圖像分辨率512x512像素，視野31度，物距15cm至無窮遠(yuǎn)，1m視野55x55cm?？蛇x配其它掃描式高光譜成像分析單元（參見下面高光譜成像技術(shù)選型參考表）

5. 可同時(shí)選配RGB成像分析或多光譜成像分析

6. 配置靈活、使用方便，可選配不同單元組合

海洋綠藻、褐藻和紅藻的光譜成像分析（Ginneken V，2017）