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模塊式藻類表型成像分析系統(tǒng)

藻類是藍藻門、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，小至微米級的單細胞微藻，大至長達幾米乃至幾十米的大型褐藻。藻類作為水體中最重要的初級生產者，對整個生態(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，很多經濟藻類也在食品、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、脅迫生理等方面的測量與分析，使藻類表型數字化、生理生態(tài)及功能可視化。這就需要針對藻類表型專門設計的表型成像系統(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葉綠素熒光或多光譜熒光成像單元、FKM多光譜熒光動態(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，是目前市場上配置最靈活、功能最全面、性價比最高、技術領先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光適應條件下的RGB成像、葉綠素熒光成像和NDVI多光譜成像分析（Leal MC, et al. 2015）

主要功能特點與技術指標：

1.  FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測技術：將生物反應器與監(jiān)測儀器獨特地結合在一起，用于淡水、海水藻類和藍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、藍光或白光、紅光雙色光源，其他光質可定制，最大光強達3000μmol (photons).m^-2.s^-1

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

4)  在線實時監(jiān)測溫度、pH值、溶解氧、O₂/CO₂通量、營養(yǎng)鹽變化、光密度、葉綠素熒光參數（反映受脅迫狀況和生理狀態(tài)）等多種環(huán)境與生理參數

5)  通過專用的電腦軟件實現(xiàn)外部控制、數據實時在線監(jiān)測和保存

6)  可選配MC1000 8通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測單元進行快速重復培養(yǎng)實驗

萊茵衣藻多組學解析，左圖：使用FMT150進行精確控制培養(yǎng)；右圖：使用FluorCam進行葉綠素熒光分析（Strenkert, 2019, PNAS）

2.  FluorCam葉綠素熒光成像技術：可根據需求選配不同型號和成像大小的葉綠素熒光成像系統(tǒng)，或選配GFP/YFP等穩(wěn)態(tài)熒光成像、PAR吸收/NDVI成像等：

1)  便攜式葉綠素熒光成像，成像面積31.5x41.5mm，可用于野外及實驗室葉綠素熒光成像分析，還可選配光合聯(lián)用系統(tǒng)進行光合作用測量和葉綠素熒光成像分析測量

2)  封閉式（一體式）葉綠素熒光成像系統(tǒng)，為功能最全（具備全部Protocols包括OJIP、QA再氧化動力學等）、性價比最高、使用最方便的臺式植物表型成像分析設備，可同時對植物PAR吸收、光譜反射指數NDVI等進行成像測量

3)  FluorCam模塊式葉綠素熒光成像系統(tǒng)，有13x13cm標準版和20x20大型版，模塊式結構，具備可擴展性，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、藍色LED光源等不同激發(fā)光源進行光質實驗，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、模塊式葉綠素熒光成像系統(tǒng)）

4)  FluorCam大型葉綠素熒光成像平臺，成像面積可達35x35cm（下圖依次為便攜式、一體式、模塊式葉綠素熒光成像系統(tǒng)和大型葉綠素熒光成像平臺）

5)  FluorCam多光譜熒光成像技術方案，配備UV紫外光及專用濾波器激發(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，還可選配實驗室大型多光譜熒光成像平臺

中國海洋大學使用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（Tang L, 2019）

3.  FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像技術：基于FluorCam葉綠素熒光成像技術的顯微成像技術。它由包含可擴展部件的增強顯微鏡、高分辨率CCD相機、激發(fā)光源組、光譜儀、控溫模塊以及相應的控制單元和專用的工作站與分析軟件組成。它不僅可以對微藻、單個細胞、單個葉綠體乃至基粒-基質類囊體片段進行葉綠素熒光及多光譜熒光成像分析，還可以進行熒光蛋白、熒光染料以及藻類特有光合色素的成像分析。

1)  內置現(xiàn)今葉綠素熒光研究的全部程序，如Fv/Fm、Kautsky誘導效應、熒光淬滅、OJIP快速熒光響應曲線、QA再氧化等，可獲得70余項參數及其成像圖

2)  配備10倍、20倍、40倍、63倍和100倍專用生物熒光物鏡，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、藍光、綠光、白光、紫外光和遠紅光等，能夠研究植物/藻類中任何一種色素分子或發(fā)色團

4)  可進行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)可以保證實驗樣品在同等溫度條件下進行測量，提高實驗精度，也可以進行高溫/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，推薦IQ高光譜成像儀，一體式設計，內置自動推掃、數據采集處理、操作系統(tǒng)、觸摸屏及操作鍵、GPS等，機身小巧輕便，只有1.3kg，實現(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個波段，圖像分辨率512x512像素，視野31度，物距15cm至無窮遠，1m視野55x55cm。可選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選型參考表）

5.  可同時選配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）