珊瑚生態系統是極為重要的熱帶、亞熱帶海洋生態系統。但與珊瑚共生的蟲黃藻對高溫極為敏感，由于溫室效應造成的海洋熱浪會引發蟲黃藻離開共生體或者直接死亡，造成珊瑚白化現象，進而使整個珊瑚生態系統死亡。

珊瑚白化的最直接原因就是高溫抑制了蟲黃藻的光合。由于蟲黃藻無法給珊瑚提供能量，進而破壞了蟲黃藻與珊瑚直接的共生關系。因此，對蟲黃藻的光合能力及其對高溫的應答反應，就是珊瑚白化研究和防止的關鍵。而葉綠素熒光成像技術也就成為了相關研究中當仁不讓的核心技術。易科泰作為葉綠素熒光成像技術開發者與供應商，旗下的多種葉綠素熒光成像設備在珊瑚白化與蟲黃藻光合高溫脅迫響應研究取得了大量科研成果，下面介紹部分文獻案例：

研究案例一、珊瑚共生體的葉綠素熒光、葉綠素含量和GFP類似蛋白活體同步成像

早在2015年，葡萄牙阿威羅大學即使用一套定制的FluorCam多光譜熒光成像系統從活體群落尺度對珊瑚共生體的葉綠素含量、光化學效率、綠色熒光蛋白（GFPs）三類關鍵參數進行了同步空間測繪。FluorCam通過切換激發光源與濾光片，并分別應用PAM脈沖調制葉綠素熒光、反射光譜和穩態熒光等成像技術實現三類參數的依次采集：

l 葉綠素熒光最大光化學量子產額Fv/Fm，反映光系統光合效率

l 歸一化植被指數NDVI，估算葉綠素a含量；

l 紫外光GFP綠色熒光蛋白，測量GFPs相對含量。

通過15個光馴化至不同葉綠素含量的肉芝軟珊瑚斷枝的測量分析，證實NDVI與葉綠素a含量呈極顯著線性正相關（r=0.95，P<0.001）。類珊瑚觸手伸展后，觸手區NDVI顯著降低，GFPs集中分布于口盤中心，光合效率Fv/Fm不受觸手伸縮狀態影響。高光適應的肉芝軟珊瑚邊緣出現明顯白化區，該區域初始熒光Fo和NDVI較非白化區分別降低約4%和41%。低光組表面則分布均勻。

這一早期開拓性研究可進一步用于珊瑚白化過程的動態監測、珊瑚光馴化策略研究等方向，也為后續的蟲黃藻高溫應答研究提供了新工具。

參考文獻：Leal M C, et al. 2015. Concurrent imaging of chlorophyll ?uorescence, Chlorophyll a content and green ?uorescent proteins-like proteins of symbiotic cnidarians. Marine Ecology, DOI: 10.1111/maec.12164

研究案例二、中等程度的熱應激可導致珊瑚主動排出光合受損的共生蟲黃藻

很多珊瑚白化實驗都在32℃以上高溫脅迫下觀察到珊瑚細胞脫落、蟲黃藻被大量沖出珊瑚體外。但現實中，絕大多數自然白化事件是由僅高出常年均值1~2℃的“中等熱脅迫"長期作用引發的。廣島大學以30℃中等熱脅迫為切入點，研究珊瑚此時是怎么處理受損蟲黃藻的。

研究人員使用兩種對升溫敏感的造礁石珊瑚——Acropora selago 和 Acropora muricata，先在27℃適應并觀測5天，再用2天逐步升溫到30℃，隨后維持30℃觀測6天。每天中午收集海水中排出的蟲黃藻，FluorCam顯微熒光成像系統（即FKM多功能熒光動態顯微成像系統）測定單個蟲黃藻細胞的PSII最大光量子產量（Fv/Fm），判斷其光合能力。

結果表明，在30℃下，珊瑚排出蟲黃藻的速率和27℃時基本持平，但降解型細胞占比明顯增多。透射電鏡顯示，被排出的降解型細胞經歷了完整的消化過程，這說明在熱脅迫下，珊瑚更積極地識別并消化那些光合受損的蟲黃藻，再通過排遺把它們清出體外。與此同時，珊瑚組織內殘留的蟲黃藻Fv/Fm仍保持在較高水平（A. selago 約0.72，A. muricata 約0.67）。隨著30℃持續暴露，排出蟲黃藻中出現了越來越多形態正常但光合能力已經下降的細胞（Fv/Fm低至0.4甚至更低的比例顯著上升）。這意味著：珊瑚的消化清除能力已經跟不上損傷產生速度，于是改用不經消化的胞吐作用，直接把這些形態正常但光合嚴重受損的蟲黃藻緊急排出去，防止它們在體內積累產生活性氧、引發氧化應激。

研究結論推測，在長時間中等熱脅迫下，如果珊瑚的"消化+應急排出"雙引擎仍然追不上蟲黃藻受損的積累速度，受損蟲黃藻細胞就會在珊瑚組織內堆積，引發宿主氧化損傷，最終導致珊瑚白化。這為預測珊瑚在氣候變暖下的白化閾值提供了生理學依據：關鍵不只是溫度絕對值，還和熱脅迫時長與珊瑚清除能力有關。

參考文獻：Fujise L, Yamashita H, Suzuki G, Sasaki K, Liao LM, et al. (2014) Moderate Thermal Stress Causes Active and Immediate Expulsion of Photosynthetically Damaged Zooxanthellae (Symbiodinium) from Corals. PLoS ONE 9(12): e114321

研究案例三、41℃——蟲黃藻光保護機制的“阿喀琉斯之踵"

蟲黃藻靠非光化學淬滅（NPQ）把光系統II（PSII）多余激發能以熱的形式耗散掉，是珊瑚抗熱漂白的關鍵屏障。但光系統熱耗散有“調節性熱耗散（ΦNPQ）"和“非調節性熱耗散（ΦNO）"兩條路——前者是保護性的，后者往往意味著光損傷。澳大利亞悉尼科技大學希望通過本研究確定ΦNPQ 究竟在哪個溫度失效、被 ΦNO 接管。

研究人員設計了一個稱為Phenoplate的高通量葉綠素熒光成像檢測平臺，其主體為一套集成了溫控循環儀的FluorCam葉綠素熒光成像系統，并通過紅外熱成像儀校準溫度。培養好的Breviolum minutum蟲黃藻樣品加入96孔板，經28℃預適應 5 分鐘后在14 分鐘內達到目標溫度，即“急性熱沖擊"程序。設定溫度梯度 6-71°C，1-2℃步進，每個溫度 4 個生物學重復。在每個溫度梯度下測量快速光響應曲線（RLC，光強梯度10-1085 μmol photons m?2 s?1），同步算 ΦII（PSII 有效量子產額）、ΦNPQ（調節性熱耗散量子產額）、ΦNO（非調節性熱耗散量子產額）、qL（光化學淬滅系數，反映PSII 開放反應中心比例）。熱沖擊處理后把藻放回 28℃，用685 nm葉綠素熒光估相對存活率。

結果表明41℃是光保護的“阿喀琉斯之踵"

ΦII：隨溫度升高而上升，到 41℃驟降至接近 0。

ΦNPQ：在 35℃/強光下有一個峰；41–47℃區間消失；>47℃又在 65℃出現第二個峰。

ΦNO：41–47℃區間全面接管，在所有光強下都占主導。

qL：41℃后在高/低光下都變得高度離散，說明 PSII 的關閉/開放調控"失控"，不再隨光強有序變化。

存活率：在 41℃出現反常的：按常理溫度越高死得越多，但數據顯示41℃存活率比 35℃低，也比 45–55℃低。研究者認為，41℃時調節性熱耗散機制崩潰，而非調節熱耗散機制尚未激活，形成一個短暫的"保護空窗"——PSII承受持續的熱應激壓力無處耗散，反而比更高溫度（非調節熱耗散機制已充分接管）造成了更多的死亡。

本研究在蟲黃藻 B. minutum 中給出調節熱耗散→非調節熱耗散的離散溫度閾值（41℃），而不是之前研究中一般表述的“最大光化學效率Fv/Fm 隨溫度上升逐漸下降"，提示珊瑚白化預警指標可以從“光合效率下降多少"細化到“光保護通路是否切換"， 為理解珊瑚共生藻在急性熱沖擊中的光合失穩機制提供了一個全新的、可量化的臨界點指標。

同時，現在我們也有了集成化程度更高、功能更全面的儀器系統來進行相關的研究。

參考文獻：England, H.; Camp, E.F.;Herdean, A. Photoprotective Switching Reveals a Thermal Achilles’ Heel in Breviolum minutum at 41℃. J. Mar. Sci. Eng. 2025, 13, 1937.

北京易科泰生態技術公司提供藻類智能培養與在線監測、藻類光合表型分析全面解決方案并提供相關參考文獻：

? 葉綠素熒光與多光譜熒光成像技術

l FluorCam葉綠素熒光成像與多光譜熒光成像系統，已發表2000篇以上SCI文獻

l FluorTron®葉綠素熒光/多功能高光譜成像系統：易科泰自主研發，可實現超高分辨率的葉綠素熒光動態成像、次生代謝產物熒光成像、熒光光譜與反射光譜成像分析等功能

l AquaPen手持式藻類葉綠素熒光儀：小巧靈活，兼具PAM脈沖調試式熒光、OJIP快速熒光動力學、OD光密度測量功能

? 藻類智能培養與在線監測技術

l MC1000 八通道藻類培養與在線監測系統：8個獨立LED光照藻類培養通道，精確控制溫度、光質、光強、培養周期、CO₂濃度等培養條件，溫度、光密度在線實時監測，可恒濁培養

l FMT150藻類培養與在線監測系統：平板式培養，容積400ml、1L、3L等，動態調控溫度、光質、光強、培養周期、CO₂濃度等培養條件，可進行恒化和恒濁培養，在線實時監測光密度、葉綠素熒光參數溫度、pH值、溶解O₂/CO₂、排入與排出O₂/CO₂通量、營養鹽等多種環境與生理參數

l ET-PSI大型藻類培養與在線監測系統：25L或100L全LED光源平板式培養器，可實現FMT150全部功能，用于大體系藻類精確培養與科學研究

? 藻類表型成像分析技術

l AlgeaScreen高通量藻類表型成像分析系統：包括藻類自動培養、樣品加注、葉綠素熒光成像與高光譜成像等功能。樣品多孔板的轉運都通過機器人完成，從而實現無人值守的高通量藻類表型自動測量。

l AlgaTech®高通量藻類表型成像分析平臺：易科泰自主研發，集成了高光譜成像、葉綠素熒光成像等光譜成像技術，采用PTS自動傳送技術或STP XYZ三維自動掃描成像技術，實現高通量、非接觸、非損傷高光譜成像、葉綠素熒光成像、UV激發熒光成像分析。