在生物技术应用中，光合作用效率是评估自养生物性能的核心指标，其精准量化对菌株筛选、工艺优化具有关键指导意义。然而，传统检测方法存在显著局限，仅能提供有限的间接观测结果，且时间分辨率低下，难以捕捉光合作用动态变化过程，严重制约了光生物技术领域的研发进程。为破解这一技术瓶颈，本研究创新性地开发了光热呼吸测定法，这一非侵入式新型技术实现了光合作用能量转化的实时直接量化，为相关研究提供了全新解决方案。
为突破现有技术瓶颈，本研究引入并验证了一种新型测量方法——光热呼吸测定法。该方法的核心创新在于，通过高灵敏度的微量热仪，同步、连续地测量光合生物在光照条件下的两项关键生理通量：代谢热通量（反映包括散热在内的所有生化反应的总能量变化）和释氧速率（直接表征光反应中光系统II的活性）。这种同步测量实现了对光合作用能量转化的直接“实时簿记”，将光能输入、化学能储存（以氧气释放为标志）以及不可避免的能量耗散（以热形式释放）整合于同一观测框架内。
该技术的核心优势在于多参数同步测量与全过程覆盖能力：通过同步捕获代谢热通量和释氧速率两大关键指标，能够完整涵盖光合作用的光反应与暗反应全过程，同时精准捕捉所有散热副反应，克服了传统方法仅能反映部分反应阶段的缺陷。与传统间接观测手段相比，光热呼吸测定法无需侵入式操作，避免了对生物样本生理状态的干扰，且具备高时间分辨率，可实时追踪光合作用效率的动态变化。
以模式自养生物集胞藻 PCC 6803 为研究对象，该技术取得了一系列精准量化结果：测得其最大守恒能量通量为 5.2±0.8 W・gCDW⁻¹，光能产率达 26.4±5.8 kJ・gCDW⁻¹；通过分析热通量与氧通量间的强相关性，计算得出氧热当量为 488.5±0.3 kJ・mol⁻¹ O₂。此外，研究还系统表征了光合效率的动态特征，明确其存在光饱和现象，测得最大光合效率为 2.3±0.4%，半饱和光强为 360 mmol・m⁻²・s⁻¹，为深入理解光合作用调控机制提供了关键数据支撑。
光热呼吸测定法的核心创新在于成功整合了热力学与呼吸作用数据，构建了多维度、高精度的光合作用效率评估体系。该技术不仅填补了现有方法在实时直接量化方面的空白，更凭借其非侵入性、高分辨率的优势，为光生物技术领域的菌株筛选、工艺优化提供了可靠的技术工具，有望推动微藻固碳、生物能源生产等相关产业的技术升级，为自养生物的工业化应用奠定坚实基础。
原文链接：Direct real-time determination of photosynthetic efficiency by photo-calorespirometry using Synochocystis sp. PCC 6803 as model cyanobacterium
