Algae
微藻在水生生態系統中發揮著重要作用，是初級生產和生物質化學循環的重要組成?；诟咝б合嗌V以及拉曼光譜法的色素分析技術，是傳統微藻分類學的經典方法。然而，環境因素（如光照、營養狀況、溫度和生長階段）對微藻的色素組成有顯著影響，導致色素的光譜變異性顯著增加，由此引出藻類學研究中的基本挑戰：如何在單細胞水平上準確評估其色素組成、分類多樣性和生理狀態。
Spectral flow cytometry
色素在藻類生理中起著關鍵作用，驅動光合作用、光保護和應激反應。色素差異不僅幫助細胞適應環境條件，還可作為基于獨特色素組成的分類標記。藻類色素分析傳統上依賴于高效液相色譜，無法實現單細胞維度的精確分析。相比之下，全光譜流式細胞術已成為一種高通量、單細胞的替代方法，不僅提供細胞大小和散射光信息，同時在多個激發波長下捕獲完整的自發熒光（AF）光譜。來自納扎爾巴耶夫大學的研究者，已成功將索尼ID7000全光譜流式分析儀引入到合成藻類-微生物群落分析的研究領域，利用色素的光譜變異性，實現了從物種鑒定計數到群落組成和進化動力學的高通量分析，極大拓展了全光譜流式技術的應用領域（Sony ID7000全光譜流式建立自發熒光指紋庫，助力藻類-微生物群落生態學研究）。
在此基礎上，研究團隊深入挖掘色素光譜變異性，發現藻類色素的多樣性通過初級和次級內共生等進化過程形成，揭示了不同藻類譜系的出現與其獨特色素組成，展示全光譜流式技術在研究微藻多樣性、識別表型光譜特征、檢測代謝適應性以及高分辨率單細胞維度分析領域的廣泛應用前景。
基于藻膽蛋白的微藻AF指紋
是否表達藻膽蛋白（PBP），是微藻譜系分類的重要標志。作者通過分析來自9個主要微藻類群的32個代表性物種的AF光譜，發現含PBP類群（包括藍藻、隱藻、紅藻和灰藻）與不含PBP類群（如綠藻、硅藻、定鞭藻、裸藻和甲藻）在570–600 nm范圍存在顯著光譜特征差異，對應于藻藍蛋白和藻紅蛋白的發射峰。并通過定義三個目標光譜區域R1（494–566 nm）、R2（566–647 nm）和R3（647–712 nm）），量化光譜差異，驗證含PBP類群在R2區域表現出更高的熒光強度，表明其可作為可靠的分類特征。
圖1. Sony ID7000記錄9種微藻類群自發熒光指紋
團藻目群落光譜變異性
利用Sony ID7000多達7激光184熒光通道和360-920nm全波長覆蓋的強大光譜檢測配置，研究團隊聚焦于團藻目（Volvocales），探索了該目下102株在生態和生理特征上具有多樣性的微藻物種，發現R1和R2區域CV值顯著高于R3區域（圖2c）；同時PCA結合k-means聚類分析揭示存在三個顯著的AF簇，表明團藻目內部在色素組成和AF強度方面存在明顯異質性（圖2d）。
圖2. 團藻目102種類群的光譜指紋與信號變異分析
盡管成功識別出團藻目獨特聚類，但實驗發現即便是單一類群培養，微藻也會表現出顯著的AF異質性。作者隨后使用索尼MA900多功能流式分選儀對目標類群進行高純度高效分選，發現單個株系內部存在與細胞生長階段及凋亡狀態相關的不同AF亞群，其共同特征是葉綠素a (Chl a) 熒光強度遞減。例如衣藻類群可分辨出5個不同亞群（圖3）：A1（單細胞）與A2（分裂期細胞）光譜指紋相似；B、C、D亞群Chl a信號逐步減弱，暗示細胞可能處于生理應激狀態。
圖3. 衣藻群落內各狀態亞群光譜分析
基于AF的色素合成與微生物互作監測
為進一步探究AF與生理狀態的密切關系，作者分析了紅球藻在不同條件下的光譜特征（圖4上）。應激組因積累蝦青素而呈紅色，其光譜指紋雖在355 nm與405 nm激發下也有輕微差異，但561 nm激發下熒光強度顯著升高，最能敏感地反映色素狀態的轉變。
圖4. 不同生理狀態（上圖）以及與細菌互作（下圖）狀態下微藻光譜特征變化
此外，作者通過監測15小時內微藻-細菌合成群落的時間分辨光譜，發現9 h起光譜指紋出現顯著漂移（圖4下），證實其合成受特定生長條件誘導，并伴隨pH依賴的光譜特性。由此可見，AF可作為一種非侵入式工具，能夠實時追蹤藻類及細菌中色素的合成與代謝變化。
