如何让珊瑚颜色更多彩，第三部分——新资讯：荧光红：红色荧光蛋白类【转帖】

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黄色荧光蛋白，Yellow Fluorescent Proteins (YFP) – 一种不太常见的荧光蛋白，能发出黄色荧光。蕴含黄色荧光蛋白的生物也比较少，如zoanthid 和一些种类的硬骨珊瑚如Agaricia 。就我个人而言，身居夏威夷岛，我经常在夜间带上特殊装备潜水，观察这种特殊的荧光。www.nightsea.com有更详细的说明。

橙色荧光蛋白，Orange Fluorescent Protein (OFP) - OFP一般指从硬骨珊瑚Lobophyllia hemprichii 身上提取的色素，看名字好像是一种单独的蛋白种类。事实上，橙色荧光蛋白是Kaede-type 荧光蛋白的一个变种。

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红色荧光蛋白，Red Fluorescent Proteins (RFP) – 包含很多亚种，(如Kaede, Ds-Red 和 Chromo-Red)。典型的激发荧光波长在580纳米或更短，有时也会稍稍超过600纳米。

Dronpa – 一种绿色的荧光色素蛋白，当暴露在蓝绿色光（490纳米）下时失去荧光，但在光照提高到400纳米的紫色时，又会恢复荧光。

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Kindling Proteins – 这种蛋白色素（从海葵Anemonia sculata身上提取）可以从无荧光状态转化为具有可见荧光的状态。此反映是根据照射在色素上的光线波段范围发生变化，并且是可控制可逆的变化。

Chromo-Red Proteins – 2008年新分类出来的荧光蛋白色素，来源于硬骨珊瑚Echinophyllia。这种蛋白色素具有色素蛋白质的特性，又能发出最大波长609纳米的强列红色荧光。

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色素蛋白质Chromoproteins (CP) –这种类型的色素没有荧光反映，或荧光及其微弱，可以忽略。这些色素通过吸收光线中特定波长显色，而不是通过荧光反映着色。大多数的色素蛋白质吸收光线中560-593纳米范围内的光谱。也有报道称海葵能吸收的最大波长为610纳米，硬骨珊瑚吸收波长范围一般在480-500纳米范围内。有些色素蛋白质的结构与Ds-Red荧光蛋白色素结构十分相似。事实上，通过基因学研究发现，置换有色蛋白中的一个氨基酸就可以将其转化为荧光蛋白。大多数研究人员关注荧光蛋白，而不重视色素蛋白质，相关学术文章也只有40余篇。

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色素分化

检验色素的分化情况好像没什么意义，不过还是有些有用的信息。我们假设色素分化已经进行了上千年，每种分化枝内部都会有单独的特定性，我们可以利用这些分化数据，与其它数据结合，形成一个粗略的表格，理解色素是如何表现出各种色质，包括光线和其它的可能因素。很有趣的是，有些色素是在某种生物的体内完成进化的，(分支 A 在海葵中, 或者分支D的Kaede-type 色素绝大多数在硬骨珊瑚Faviina的亚种中进化。

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色素命名

下面的表格1-4列出了各种色素的名称速记。因为通常研究人员只列出给定的色素名称，如 mcav4, Eos, or r1.2等，而没有提供更进一步的信息，表1-4是为了我和大家都使用方便，尽管有些研究中使用的名字可能会有些差别，但我想大家会从中受益的。

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目前有4个主要分支，其中分支C有很多亚种。咱们从分支A开始：


Clade A


完全由海葵(Actinaria genera)色素组成，其中包含各种绿色和红色荧光色素，除此之外还有些色素蛋白质，不包含青色或黄色荧光色素。表格1，证据现实，在分支A中，变色是可能发生的，尤其是在Anemonia sculata 内部的kindling' protein，色素蛋白质转变成荧光蛋白色素是可能的。(在强光条件下，从吸收最大波长562纳米的色素蛋白质转变成能发出595纳米荧光的色素蛋白。)

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表1 Clade A 包含各种绿色和红色荧光色素，除此之外还有些色素蛋白质。还包括Anemonia sculata内的kindling protein。关键字: Non-fluorescent protein (Chromoprotein); DsRed-type protein (DsRed); Green Fluorescent Protein (GFP).

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Clade B


分支 B 主要是硬放目色素蛋白质(包括在Acropora, Montipora, Pocillopora, 等等)，3种红色荧光色素(来自于硬骨珊瑚Porites, Montipora, 以及the false coralDiscosoma)，还包括一种青色荧光色素。目前，分支 B 还不包括任何绿色或黄色荧光色素。表2 在分支B中变色经常发生，青色荧光色素除外。


表2 分支 B 包含所有的Acropora 和 Montipora 色素蛋白质，(还包含其它种类) 以及许多Ds-Red type 荧光色素。关键字: Non-fluorescent protein (Chromoprotein); DsRed-type protein (DsRed); Cyan Fluorescent Protein (CFP).

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Clade C, 包含 C1, C2, and C3


这个分支是目前最复杂的，包含一部分青色、绿色、黄色以及红色荧光蛋白色素，还有一种无荧光有色色素蛋白(red pocilloporan来自于硬骨珊瑚Stylophora pistillata)。 绿色荧光蛋白大多来自于Acropora 和 Montipora 种类，也有一些来自于 Meandriina, Fungiina 和 Faviina。见表3。


Taxon Pigment Name Type of Pigment Order/Suborder Excitation Emission Clade


表3 分支 C 有三个亚分支(C1, C2 and C3)总和一共4个主要类型，包含所有荧光：青色、绿色、黄色和红色。关键字: DsRed-type protein (DsRed); Cyan Fluorescent Protein (CFP); Green Fluorescent Protein (GFP); Yellow Fluorescent Protein (YFP).

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Clade D


这个分支内的所有色素都有一点荧光，而其包括 Ds-Red 和 Kaede-type 橙色/红色荧光色素蛋白。 分支 D 包含的色素至少来源于两种软珊瑚(Clavularia 和 Dendronephthya species)，false corals (Discosoma and Ricordea)和许多硬骨珊瑚。这一分支中的许多色素都有变色的可能。其中一种绿色荧光色素 Dronpa 暴露在强烈的蓝绿光下会发生退色。有趣的是，这些色素却来自于硬骨珊瑚Faviina的亚种。见表4。


表4 分支 D 只有荧光蛋白。 它们是青色、绿色和两种红色(Kaede and Ds-Red) 的色素。 关键字: Cyan Fluorescent Protein (CFP); DsRed-type protein (DsRed); Green Fluorescent Protein (GFP); Kaede-type Fluorescent Protein (Kaede).

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关于光强度与珊瑚色素成色品质的实验数据

最近的研究(D'Angelo et al., 2008)报告了光强度与各种珊瑚荧光色素和无荧光色素蛋白成色品质关系的实验数据。实验中使用的小水螅体硬骨珊瑚为Acropora millepora, Acropora pulchra, Hydnophora grandis, Montipora digitata 以及 Seriatopora hystrix。 好像之前排版中将一些色素的标签弄错了，但至少有11个珊瑚色素是绝对没问题的 (4 个青色荧光色素，3 个绿色荧光色素，1 个橙色荧光色素和1个红色荧光色素。两个无荧光色素蛋白)。


珊瑚着色表现是通过光子通量密度这个参数来衡量的(光子通量密度PAR值分级为，非常低 (80 μmol·m2·sec),低(100 μmol·m2·sec) ，中等(400 μmol·m2·sec), 和高(700 μmol·m2·sec))。光周期为12小时。在使用蓝色光谱实验中，金卤灯提供了小于50%的可见光照射。在接下来的讨论中可以看到光子通量密度与水族箱内生物的关系。


试验中采用商用可见光滤镜，将金卤灯的光分为3个类别。图片1中表示了大致的滤镜分离光谱的效果。

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图片1。使用滤镜将金卤灯光分大致分为3个波段的光谱。D'Angelo et al. (2008).


遗憾的是，我们还不知道使用的金卤灯的详细信息。我们只知道该金卤灯是水族专用的，将近50%的光谱是偏蓝色的。金卤灯是kelvin 牌等。如果了解更多的信息，我们就能够更加清楚评估其为水族箱内珊瑚提供照明的效果了。因为金卤灯能够提供较为广泛的光谱，因此我们希望滤镜能够将光谱限制在一个较小的波长范围内。至于其它的信息，通过email没能与试验者取得答案。


当使用蓝、绿和红色滤镜时，研究人员将光子通量密度调整到200 μmol·m2·sec，但要知道，绿色滤镜同样允许蓝色光穿过(占总同光率的25%, 绿色滤镜通过的蓝光至少50 μmol·m2·sec )。红色滤镜滤光效果非常精确。


D'Angelo等人的实验结果提供了关于光照强度和光谱范围对珊瑚着色影响的意想不到的结果。有些色素只需要一点点激发，而有些荧光色素则需要光线达到一定的临界值。至少有一种色素在光线逐渐增强的条件下其浓度呈现了减少的趋势。基于同样的原因，珊瑚虫生产色素是根据不同光线改变的，每种色素对不同颜色光线的反应是不同的。


青色荧光色素

根据我们的定义，青色Cyan (这个英语单词源于希腊语，意思是较暗的蓝色) 色素是指荧光光谱达到500纳米的色素。

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图2。 一种尚未识别的Acropora 种类，显示出了青色（蓝绿色）的荧光。色素很有可能属于分支C2 。 Photo by the author.

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图3。 漂亮的偏蓝色荧光，来自Discosoma specimens。色素很有可能属于分支B。

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图4。Montipora danae (the 'Superman' Montipora)发出的偏蓝色荧光。色素可能属于分支C3。橙红色荧光波长应集中在611纳米，分类还不清楚。Photo by the author.

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表5。青色色素列表，包括生长该色素的珊瑚信息，种类，激发光和荧光灯，还有可以确定的色素分支信息。这里，可以肯定，来自于青色Acropora 和 Montipora 的色素分别属于色素分支C2和C3。


青色荧光色素 483，CFP483


Acropora pulchra 上的青色荧光色素是由D'Angelo 和他的同事们发现的，当时的激发条件是中等强度的光，400 μmol·m2·sec。增加光强度并没有增加青色荧光。当光强度减弱到80 μmol·m2·sec and 100 μmol·m2·sec ，CFP483 也是一种重要的，稍弱些的荧光。见图5。在他们的光谱波长范围实验中，研究人员发现，绿光和蓝光激发该类色素产生荧光效率更高，单独的红光照射也能提升这些色素发出荧光的效果。(见图6)

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图5。金卤灯照射下，光线强度对青色荧光色素483的影响效果。

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图6。不同颜色激发光下青色荧光色素483的表达效果。光强度均为200 μmol·m2·sec


青色荧光色素，CFP484


这个色素还是发现于Acropora species体内 (尤其是 A. millepora – 见图片7)反应与 CFP-483 有所不同。

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图7。Acropora millepora.的青色荧光色素，在红光下拍摄。 Photo by the author.


D'Angelo 及她的团队发现，这种特殊的色素在光线强度从80 μmol·m2·sec 升高到100 μmol·m2·sec 再到 finally 400 μmol·m2·sec过程中不断增加。当光线强度增加到700 μmol·m2·sec时，荧光效果开始减弱 (见图8)。 红光在产生色素的过程中效率较低(见图9)。

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图8。金卤灯照射下，光线强度对青色荧光色素484的影响效果。