モジュール式藻類表現型イメージング解析システム

藻類は藍藻門、眼虫藻門、金藻門、甲藻門、緑藻門、褐藻門、紅藻門など一連の水生生物の総称である。その形態は種類が多く、小からミクロン級の単細胞微細藻、長さが数メートルから数十メートルの大型褐藻まである。藻類は水体の中で最も重要な一次生産者として、生態系全体、ひいては地球圏の安定に極めて重要な役割を果たしている。同時に、多くの経済藻類も食品、医薬、エネルギーなどの業界で重要な役割を果たしている。水華、赤潮などの有害な生態現象も藻類によるものだ。

藻類研究において、藻類の表現型特徴、特に光合成生理、形態、色、色素組成と分布、異なる色素の光合成貢献、ストレス生理などの方面の測定と分析を全面的に分析し、藻類表現型のデジタル化、生理生態と機能を可視化する必要がある。これには、藻類の表現型に特化した表現型イメージングシステムの設計が必要である。

モジュール式藻類表現型イメージング分析システムはFMT 150藻類培養とオンラインモニタリングユニット、FluorCamクロロフィル蛍光またはマルチスペクトル蛍光イメージングユニット、FKMマルチスペクトル蛍光動態顕微鏡イメージングユニット、高スペクトルイメージングユニット（またはマルチスペクトルイメージングユニット）、RGBカラーイメージングユニットなどから構成され、現在市場で最も柔軟に配置され、機能が最も全面的で、性価比が最も高く、技術がリードする藻類表現型と生理生態研究分析システムである。

サンゴ共生体の表現型イメージング研究、左図：サンゴ収縮−膨張の異なる相NDVIマルチスペクトルイメージングとGFP緑色蛍光蛋白イメージング分析、右図サンゴ表面及び垂直断面サンプルの弱い光及び強い光適応条件下でのRGBイメージング、クロロフィル蛍光イメージング及びNDVIマルチスペクトルイメージング分析（Leal MC，待ち人2015）

主な機能特徴と技術指標：

1. FMT150藻類培養とオンラインモニタリング技術：生物反応器とモニタリング機器を独特に結合し、淡水、海水藻類と藍藻などのモジュール化精密光照射培養と生理モニタリングに用いる：

1) サイズ容積オプション：400 ml、1 L、3 Lなど、25 L、120 Lの大型培養容器をカスタマイズ可能

2) 全LED光源：赤色光、青色光または白色光、赤色光の2色光源、その他の光質はカスタマイズでき、最大光強度は3000μmol（photons）.mに達する^-2s^-1

3) 温度、光強度、培養周期、CO₂濃度などの培養条件、自然周期の変化をシミュレーションし、恒化または恒濁培養を行うことができる

4) オンラインリアルタイムモニタリング温度、pH値、溶存酸素、O₂/CO₂フラックス、栄養塩変化、光密度、クロロフィル蛍光パラメータ（ストレス状況と生理状態を反映）などの多種の環境と生理パラメータ

5) 専用のコンピュータソフトウェアによる外部制御、データのリアルタイムオンラインモニタリング、保存

6) MC 1000 8チャネル藻類培養とオンラインモニタリングユニットを選択的に配合して高速反復培養実験を行うことができる

ラインクロレラの多群学的解析、左図：FMT 150を用いた精密制御培養、右図：FluorCamを用いたクロロフィル蛍光分析（Strenkert、2019、PNAS）

2. FluorCam葉緑素蛍光イメージング技術：需要に応じて異なる型番とイメージングサイズの葉緑素蛍光イメージングシステムを選択、或いはGFP/YFPなどの定常状態蛍光イメージング、PAR吸収/NDVIイメージングなどを選択、配置することができる：

1) 携帯型葉緑素蛍光イメージング、イメージング面積31.5 x 41.5 mm、野外及び実験室葉緑素蛍光イメージング分析に用いることができ、また配光結合用システムを選択して光合成測定と葉緑素蛍光イメージング分析測定を行うことができる

2) 閉鎖式（一体式）クロロフィル蛍光イメージングシステムは、機能が最も完全で（すべてのProtocolsを備えてOJIP、QA再酸化動力学などを含む）、性価比が最も高く、使用が最も便利な卓上植物表現型イメージング分析装置であり、同時に植物PAR吸収、スペクトル反射指数NDVIなどに対してイメージング測定を行うことができる

3) FluorCamモジュール式葉緑素蛍光イメージングシステムは、13 x 13 cm標準版と20 x 20大型版があり、拡張性を備え、白色LED光源（自然光源のシミュレーション用）、青色LED光源、緑色LED光源、赤色LED光源、青色LED光源などの異なる励起源を選択して光質実験を行い、異なる藻類光合成色素蛋白を励起する（下図は携帯型、一体型、モジュール式葉緑素蛍光イメージングシステムの順）

4) FluorCam大型葉緑素蛍光イメージングプラットフォーム、イメージング面積は35 x 35 cmに達することができる（下図は携帯型、一体型、モジュール式葉緑素蛍光イメージングシステム、大型葉緑素蛍光イメージングプラットフォーム）

5) FluorCam多スペクトル蛍光イメージング技術方案、UV紫外光及び専用フィルタを搭載して藻類の多スペクトル蛍光を励起し、検出し、特に二次代謝群と病害表現型の研究に適している。オプションとして一体型（イメージング面積13 x 13 cm）またはモジュール式（イメージング面積13 x 13 cmまたは20 x 20 cm）があり、また実験室大型マルチスペクトル蛍光イメージングプラットフォームをオプションとすることができる

中国海洋大学ではFluorCamを使用マルチスペクトル蛍光イメージングシステムによる縞海苔の研究縞刺身赤腐病感染後の二次代謝応答（Tang L，2019）

3. FKMマルチスペクトル蛍光動的顕微イメージング技術：FluorCam葉緑素蛍光イメージング技術に基づく顕微イメージング技術。拡張可能な部品を含む拡張顕微鏡、高解像度CCDカメラ、励起光源群、分光計、温度制御モジュール、および対応する制御ユニットと専用のワークステーションと分析ソフトウェアから構成されています。それは微細藻、単一細胞、単一葉緑体乃至基粒-基質系嚢胞断片に対して葉緑素蛍光及びマルチスペクトル蛍光イメージング分析を行うことができるだけでなく、蛍光蛋白、蛍光染料及び藻類特有の光合成色素のイメージング分析を行うことができる。

1) 現在の葉緑素蛍光研究のすべてのプログラムを内蔵し、例えばFv/Fm、Kautsky誘導効果、蛍光クエンチ、OJIP高速蛍光応答曲線、QA再酸化など、70項余りのパラメータとそのイメージング図を得ることができる

2) 10倍、20倍、40倍、63倍、100倍の専用生体蛍光対物レンズを搭載し、葉緑体とその蛍光をはっきりと観測することができる

3) 励起光源群には赤外光、赤色光、青色光、緑色光、白色光、紫外光、遠赤色光などが含まれ、植物/藻類のいずれかの色素分子や発色団を研究することができる

4) GFP、DAPI、DiBAC 4、SYTOX、CTCなどの蛍光タンパク質、蛍光染料のイメージング分析が可能

5) 高分解能分光計は、様々な蛍光のスペクトル図を深く解析することができる。

6) 温度制御システムは実験サンプルが同等の温度条件下で測定を行うことを保証でき、実験精度を高め、高温/低温ストレス研究を行うこともできる。

ドクダミ藻異形胞分化過程における光合成法則（Ferimazova，2014）

4. 仕様高スペクトルイメージング技術、IQ高スペクトルイメージャを推薦し、一体式設計、自動プッシュスキャン、データ収集処理、オペレーティングシステム、タッチスクリーン及び操作キー、GPSなどを内蔵し、本体は小型で軽量で、わずか1.3 kgで、簡単な手持ち操作或いは固定操作を実現し、帯域範囲は400-1000 nm、7 nmスペクトル解像度、204帯域、画像解像度は512 x 512画素、視野は31度、物距離は15 cmから無限遠、1 m視野は55 x 55 cmである。他の走査型高スペクトル撮像分析ユニットを選択可能（以下の高スペクトル撮像技術の選択基準表を参照）

5. RGBイメージング解析またはマルチスペクトルイメージング解析を同時に選択可能

6. 構成が柔軟で使いやすく、異なるユニットの組み合わせを選択可能

海洋緑藻、褐藻、紅藻の分光イメージング分析（Ginneken V、2017）