随着全球气候变化，海洋热浪的频率和强度不断增加，为了加快对海藻耐热性的生态学和进化的研究，澳大利亚科学家开发了一种高效、可重复且广泛适用的海藻热指标。根据陆地T–F0方法，作者在多种海带中应用了这一新方法，并确定了在不同叶状体形态或厚度的物种中应用的几个重要方法考虑因素。结果表明，这种高通量和高效的方法可以被广泛采用，以支持全球对海藻耐热性的生态学和进化的研究，并代表了预测海藻对温度变化反应的重要资源。
图1 T–F0测量设置和荧光曲线示例。（a）Maxi-Imaging-PAM（带红色遮光板）与金属框架安装在由实验升降台支撑的帕尔贴控温板上。样品用双层玻璃压住，以便与热电偶接触并缓冲温度。（b）阵列上的海藻样品带有网格参考，并覆盖一层塑料薄膜，每个样品都与热电偶连接。（c）显示慢上升荧光和快上升荧光（Tcrit）之间的断点/拐点的温度依赖性荧光曲线示例。
图2 三种不同海藻（Ecklonia、Phyllospora和Sargasum）的两种不同采后处理之间的最大量子产量（Fv/Fm）随时间的下降：海水（蓝色实线）和潮湿棉袋（黑色虚线）。在所有物种中，储存在棉袋中的样本的Fv/Fm随时间没有变化，而储存在海水中的样本，Fv/Fm在采集后25小时开始下降。点是平均值±SE，每个物种每个时间点n=5。
图3 确定在海藻上使用荧光测定时的适当光强和设备偏移，比较三个物种的反应。（a）使用Fv/Fm对每个物种使用Maxi-Imaging-PAM优化饱和脉冲光强度。脉冲强度设置4和6都显示出具有最小变化的最高Fv/Fm。点是平均值±SE，每个物种每强度n=10。（b）Diving-PAM与Maxi-Imaging-PAM输出的Fv/Fm差异以1:1绘制以显示偏移。点是一系列样本中成对组织的原始数据，这些样本在出水时间上变化，以捕捉整个Fv/Fm范围。图4 根据之前的工作方案，在样品底部安装热电偶，测试加热/冷却速率对Tcrit变化的影响，（a）热Tcrit和（b）冷Tcrit。点是平均值+-SE，n=30每种每加热/冷却速率。（c） 根据（a）和（b）从初始加热/冷却速率变化开始重复实验，但仅在Tcrit热的样品顶部和底部都有热电偶。根据先前的协议，当热电偶放置在底部时，加热速率和Tcrit的增加也出现了相同的模式；然而，在样品顶部有热电偶的情况下，Tcrit热不受加热速率的影响。图5 Tcrit在两个季节的变化：春季（10月）和夏季（1月），海面温度分别为16°C和20°C。Ecklonia和Sargasum的Tcrit升高约3°C，季节和物种之间存在相互作用（P=0.015），物种效应（P<0.001），Phyllospora没有变化。点是指+-SE，每个物种每个季节n=30。研究表明，T–F0曲线可以检测耐热性及其适应性的季节变化和物种水平差异。可将其作为一种标准化的统一指标来推进热生态学。用依赖温度的荧光曲线来推导PSII的Tcrit，作为评估和比较海藻光合耐热性的一种激励工具。其标准化输出和高通量能力使其能够快速测定全球许多种群和物种的耐热性。临界温度的跨物种比较将能够更好地预测群落组成如何随着海面温度的变化而变化。该方法还允许计算和比较热安全裕度，这是一种衡量热耐受性与实际最高海水温度接近程度的指标，是一种用于描述气候变化下面临风险的植物物种的常用指标。此外，对临界温度沿纬度梯度变化的物种内评估将提供关于热生理学局部适应程度的见解。对种群Tcrit的时间（例如，季节间）和空间（例如，热深度梯度）差异的分析将有助于预测气候变化下的相对适应潜力或范围变化。最后，将这些表型测定与遗传分化或基因表达模式的测量相结合，将为深入了解海藻耐热性的机制提供强大的潜力。这些研究对保护和恢复工作以及我们对光合生物热生理学进化的基本理解都有意义。
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.
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