基于叶绿素a荧光评估光合生物生理状态的方法是近50多年来植物和微藻研究的重要技术。叶绿素荧光作为无损的探针可以直接探测细胞的光合机制，特别是光系统II（PSII），另外，一定程度上也可以探测到光系统I（PSI）。叶绿素荧光的研究结果可以用来理解光合生物体的生理过程，但也不仅限于此，因为大多数生物代谢途径直接或间接地依赖于光合作用。多年来，研究人员已经开发了大量叶绿素a荧光测量的技术和方法并得到了广泛用的应用，例如直接闪光诱导荧光，脉冲幅度调制荧光（PAM），高分辨率快速荧光诱导，快速重复频率荧光（fRRF），以及星载的地面荧光观测。所使用的仪器最初是由研究人员自己制造的，后来渐渐地商业化。其中一种仪器是德国WALZ公司生产的IMAGING-PAM，它通过CCD相机测量叶绿素a荧光并将荧光数据图像化。叶绿素荧光成像系统的优点是可以同时测量多个样品或大型光合生物的多个区域，可以轻松评估样品的异质性。
了解温度、光照、营养物质、pH值和CO2等多种非生物胁迫对光合生物生理性能的交互影响是预测和理解植物应对气候变化响应的基础。传统上，评估以上多重胁迫的相互作用既费时又费力，亟需新的方法来改善这类研究过程。近日，New BIOTECHNOLOGY (IF=5.1)杂志刊登了悉尼科技大学Andrei Herdean的最新研究文章“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个新的实验方案，用于同时沿多个胁迫梯度进行高通量光生理测量。具体方案的细节是通过将IMAGING-PAM与实验室PCR实验中广泛使用的热循环仪相结合来实现的。
图1 Phenoplate方案及示例数据：IMAGING-PAM+热循环仪，示例数据
上述文章的实验旨在研究微藻对多种环境胁迫相互作用的短期响应，从而揭示其部分表型。改变不同样品中磷（P）的含量，目的是为了限制其对类囊体膜ATP合酶的可用性，以观察这种限制如何影响光合对不同温度的反应。表型组学是藻类研究中的一门新兴学科，将在一系列生物技术应用中产生广泛影响；然而，开发新的工具以满足在特定系列条件下快速筛选多个菌株/物种/突变体仍然是一个技术难题。现在，Phenoplate的出现必将为此类研究学科的发展做出贡献，作者将该类实验过程命名为“Phenoplate Analysis”。
快速光照曲线是评估光合生物生理状态使用最广泛的方法之一。该方法在过去20年中已应用于一系列生理学研究，但它在适应多参数表型的现代应用中进展甚微。为了推进快速光曲线应用于评估多种因素生理影响的研究，开发了Phenoplate。Phenoplate可以用于同时评估温度和光梯度。研究人员把它用于测量三种海洋微藻在温度梯度上的快速光照曲线，并叠加不同磷含量处理，改变磷酸盐的可用性。结果表明，在较低温度下，Tetraselmis sp.藻光保护机制的激活效率较高，当温度超过一定阈值时，光保护的弛豫受到负面影响。此外，研究结果还观察到Thalassiosira pseudonana 和Nannochloropsis oceanica 表现出两种独特的延迟非光化学淬灭特征：分别是弱光低温和黑暗高温组合。这些发现表明，这些发现表明，Phenoplate方法可以作为一种快速而简单的工具来深入了解微藻的光生物学特性。以下是部分实验结果。
图2 三种藻在不同温度下光系统II的相对电子传递速率
图3 三种藻在不同温度和磷含量下光系统II的相对电子传递速率
图4 不同磷含量处理条件下生长的Tetraselmis sp.藻的NPQ数据变化
图5 三种藻在不同温度，磷含量处理下光曲线+暗弛豫的实验结果与差异
—— 原文 ——
Herdean A, Sutherland D, Ralph P. Phenoplate: an innovative method for assessing interacting effects of temperature and light on non-photochemical quenching in microalgae under chemical stress. New Biotechnology, 2021.