隨著全球氣候變化，海洋熱浪的頻率和強(qiáng)度不斷增加，為了加快對(duì)海藻耐熱性的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究，澳大利亞科學(xué)家開發(fā)了一種高效、可重復(fù)且廣泛適用的海藻熱指標(biāo)。根據(jù)陸地T–F0方法，作者在多種海帶中應(yīng)用了這一新方法，并確定了在不同葉狀體形態(tài)或厚度的物種中應(yīng)用的幾個(gè)重要方法考慮因素。結(jié)果表明，這種高通量和高效的方法可以被廣泛采用，以支持全球?qū)Ｔ迥蜔嵝缘纳鷳B(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究，并代表了預(yù)測(cè)海藻對(duì)溫度變化反應(yīng)的重要資源。
圖1 T–F0測(cè)量設(shè)置和熒光曲線示例。（a）Maxi-Imaging-PAM（帶紅色遮光板）與金屬框架安裝在由實(shí)驗(yàn)升降臺(tái)支撐的帕爾貼控溫板上。樣品用雙層玻璃壓住，以便與熱電偶接觸并緩沖溫度。（b）陣列上的海藻樣品帶有網(wǎng)格參考，并覆蓋一層塑料薄膜，每個(gè)樣品都與熱電偶連接。（c）顯示慢上升熒光和快上升熒光（Tcrit）之間的斷點(diǎn)/拐點(diǎn)的溫度依賴性熒光曲線示例。
圖2 三種不同海藻（Ecklonia、Phyllospora和Sargasum）的兩種不同采后處理之間的最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）隨時(shí)間的下降：海水（藍(lán)色實(shí)線）和潮濕棉袋（黑色虛線）。在所有物種中，儲(chǔ)存在棉袋中的樣本的Fv/Fm隨時(shí)間沒有變化，而儲(chǔ)存在海水中的樣本，F(xiàn)v/Fm在采集后25小時(shí)開始下降。點(diǎn)是平均值±SE，每個(gè)物種每個(gè)時(shí)間點(diǎn)n=5。
圖3 確定在海藻上使用熒光測(cè)定時(shí)的適當(dāng)光強(qiáng)和設(shè)備偏移，比較三個(gè)物種的反應(yīng)。（a）使用Fv/Fm對(duì)每個(gè)物種使用Maxi-Imaging-PAM優(yōu)化飽和脈沖光強(qiáng)度。脈沖強(qiáng)度設(shè)置4和6都顯示出具有最小變化的最高Fv/Fm。點(diǎn)是平均值±SE，每個(gè)物種每強(qiáng)度n=10。（b）Diving-PAM與Maxi-Imaging-PAM輸出的Fv/Fm差異以1:1繪制以顯示偏移。點(diǎn)是一系列樣本中成對(duì)組織的原始數(shù)據(jù)，這些樣本在出水時(shí)間上變化，以捕捉整個(gè)Fv/Fm范圍。圖4 根據(jù)之前的工作方案，在樣品底部安裝熱電偶，測(cè)試加熱/冷卻速率對(duì)Tcrit變化的影響，（a）熱Tcrit和（b）冷Tcrit。點(diǎn)是平均值+-SE，n=30每種每加熱/冷卻速率。（c） 根據(jù)（a）和（b）從初始加熱/冷卻速率變化開始重復(fù)實(shí)驗(yàn)，但僅在Tcrit熱的樣品頂部和底部都有熱電偶。根據(jù)先前的協(xié)議，當(dāng)熱電偶放置在底部時(shí)，加熱速率和Tcrit的增加也出現(xiàn)了相同的模式；然而，在樣品頂部有熱電偶的情況下，Tcrit熱不受加熱速率的影響。圖5 Tcrit在兩個(gè)季節(jié)的變化：春季（10月）和夏季（1月），海面溫度分別為16°C和20°C。Ecklonia和Sargasum的Tcrit升高約3°C，季節(jié)和物種之間存在相互作用（P=0.015），物種效應(yīng)（P<0.001），Phyllospora沒有變化。點(diǎn)是指+-SE，每個(gè)物種每個(gè)季節(jié)n=30。研究表明，T–F0曲線可以檢測(cè)耐熱性及其適應(yīng)性的季節(jié)變化和物種水平差異?？蓪⑵渥鳛橐环N標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一指標(biāo)來推進(jìn)熱生態(tài)學(xué)。用依賴溫度的熒光曲線來推導(dǎo)PSII的Tcrit，作為評(píng)估和比較海藻光合耐熱性的一種激勵(lì)工具。其標(biāo)準(zhǔn)化輸出和高通量能力使其能夠快速測(cè)定全球許多種群和物種的耐熱性。臨界溫度的跨物種比較將能夠更好地預(yù)測(cè)群落組成如何隨著海面溫度的變化而變化。該方法還允許計(jì)算和比較熱安全裕度，這是一種衡量熱耐受性與實(shí)際最高海水溫度接近程度的指標(biāo)，是一種用于描述氣候變化下面臨風(fēng)險(xiǎn)的植物物種的常用指標(biāo)。此外，對(duì)臨界溫度沿緯度梯度變化的物種內(nèi)評(píng)估將提供關(guān)于熱生理學(xué)局部適應(yīng)程度的見解。對(duì)種群Tcrit的時(shí)間（例如，季節(jié)間）和空間（例如，熱深度梯度）差異的分析將有助于預(yù)測(cè)氣候變化下的相對(duì)適應(yīng)潛力或范圍變化。最后，將這些表型測(cè)定與遺傳分化或基因表達(dá)模式的測(cè)量相結(jié)合，將為深入了解海藻耐熱性的機(jī)制提供強(qiáng)大的潛力。這些研究對(duì)保護(hù)和恢復(fù)工作以及我們對(duì)光合生物熱生理學(xué)進(jìn)化的基本理解都有意義。
Harris, R.J., Bryant, C., Coleman, M.A., Leigh, A., et al. A novel and high-throughput approach to assess photosynthetic thermal tolerance of kelp using chlorophyll α fluorometry[J]. Journal of Phycology, 2023, 59: 179-192.
相關(guān)閱讀：
? 葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)助力植物脅迫的早期檢測(cè)
? 干旱脅迫對(duì)擬南芥的兩個(gè)光系統(tǒng)都有影響
? 中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大豆新型光信號(hào)調(diào)控因子GmEID1
