识别适应性性状的生物表型分析，正在改变我们对物种在不断变化的环境中的适应性响应和生态相互作用的理解。本文提出了一个便携式多分类群表型分析(Multi‑Taxa Phenotyping，MTP)系统，使用实时生物光学(氧和叶绿素a荧光)测量，可以检索一套跨越光，温度，和/或化学梯度的代谢和光生理参数。MTP系统首次集成了三种成熟的技术：成像脉冲振幅调制叶绿素荧光计、配备光学氧传感器的定制孔板和热循环器。本文证明了MTP系统能够根据代谢参数和光系统II动力学区分不同水生类群的表型性能特征，包括珊瑚、红树林和藻类，具有高通量能力，并考虑了不同环境梯度对性能的相互作用。从MTP系统中提取的指标不仅可以提供水生类群暴露于不同环境梯度下的表现信息，还可以预测关键水生生物对环境变化的表型反应。迫切需要进一步的工作来验证快速表型工具(如MTP系统)如何预测对长期环境变化的表型反应，以便最好地告知这些工具如何支持管理工作。
图1 多分类群表型(MTP)系统和方案。(a) MTP系统示意图，由荧光仪成像装置(上)、板组件(中)和热循环器(下)组成。(b)方案1：多阶段动态光生理响应方案——显示每个阶段的温度处理概况和样品照明步骤。彩色线(蓝色到红色梯度)描绘温度分布，黑线表示光照处理(范围从10到1749µmol光子m−2 s−1)，点线表示方案的三个关键时间点(阶段)。协议的不同部分是：T0至T1，在低光下将样品保持在其环境温度;T1 ~ T2表示弱光条件下温度梯度和驯化的开始；T2至T3为快速光照曲线(RLC)，随后在RLC结束时样品温度从T0返回到初始值；T3为最终测量点。(c)方案2：氧动态响应方案——用于评价分类群的氧动态。黑线表示光强，彩色线表示根据用户要求应用于适配器板的潜在温度范围。T0到T1是测量呼吸作用的黑暗阶段T1到T2是测量光合作用的光明阶段。
图2 使用MTP系统协议收集的多分类数据1。(a)四个分类群的合成图像。(b)散点图：14°C至38.6°C温度梯度上的EK值。(c)显示四个分类群在不同光强和温度梯度下的相对电子传递率(rETR)的热图。(d) RLC期间记录的最大rETR值。(e)由RLC确定的Alpha值。(f)方案1在T3记录的Fq ' /Fm '值。
图3 利用MTP系统提取珊瑚光生理参数的表型差异。
图4 氧动力学鉴定。(a-c)各物种在四种温度下的总光合作用与呼吸(PG:R)比。(d)三个不同物种的平均rETR值。 (e)平均呼吸速率(R;µg O2 cm−2 h−1)在不同温度下30分钟的黑暗下使用方案2测量。(f)总光合作用平均速率(PG;µg O2 cm−2 h−1)，在不同温度下280µmol光子m−2 s−1照射30 min。(g)各物种总光合作用(PG)与平均rETR的关系(n = 32)。(h)三种珊瑚在不同温度下的总光合作用(PG)与呼吸速率(PG:R)和平均rETR值的关系(R = 0.63, n = 96, P < 0.05)。(i) 4种不同温度下所有物种的呼吸(R)与光合作用(PG)的关系(n = 24)。
England, H., Herdean, A., Matthews, J. et al. (2024) A portable multi-taxa phenotyping device to retrieve physiological performance traits. Sci Rep 14, 21826.
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王春颖
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