蓝细菌是一类能够进行光合作用的原核生物。通过藻胆体捕获光能并传递给光系统I和II。组成藻胆体的藻胆蛋白结合线性四吡咯色素,从而具有吸收红光或远红光的能力,并能够发射出强烈的荧光。因此,藻胆蛋白是进化近红外荧光蛋白的理想材料。核膜连接蛋白（Apc E）作为藻胆体的终端能量发射器,起到了连接藻胆体和类囊体膜的作用。由于Apc E的水溶性很差,通过缺失Apc E的loop环得到的缺失突变体Apc E（35）具有较好的水溶性。可由Apc E（35）进化出的能够结合胆绿素（biliverdin,简称BV）的突变体Apc E-14的可溶性依然较低。于是,本研究在Apc E-14的基础上进行定点PCR,发现Apc E-14（F76E）这一突变体具有较好的水溶性。Apc E-14（F76E）的分子量只有12.5 k Da且具有远红光的荧光发射光谱（～667 nm）。因此,将其命名为mini Apc E。接下来,本研究以mini Apc E为模板,通过易错PCR（error-prone PCR）的方式,希望进化出能够用于动物细胞成像的荧光蛋白。最终,本研究得到了与血红素氧化酶（HO1）共表达时,能够在动物细胞中具有微弱荧光的突变体。本实验室已经从来自Chroococcidiopsis thermalis sp.PCC7203的Apc F2亚基进化出了一系列的北斗荧光蛋白（Bei Dou fluorescent proteins,简称BDFPs）。其中BDFP1.2与1.6具有远红光（～670 nm）的荧光光谱,而BDFP1.1具有近红外光（～710 nm）的荧光光谱。本研究以BDFP1.6为模板,通过定点PCR的方式,得到了荧光光谱与BDFP1.1相似,但在动物细胞中的荧光亮度要比BDFP1.1亮6.25倍的突变体,并命名为BDFP1.7。通过模拟并分析BDFP1.7的三维结构,本研究以BDFP1.7为模板,并选择BDFP1.7与BV可能有相互作用的残基进行定点PCR,最终得到了比BDFP1.7亮3.24倍的突变体,并命名为BDFP1.8。且BDFP1.8的亮度是i RFP720的2.38倍。此外,研究结果表明BDFPs的有效亮度（动物细胞内的亮度）与分子亮度（荧光量子产率与摩尔消光系数的乘积）没有相关性。有效亮度主要取决于BDFPs与BV的重组速率以及它们之间的亲和力。通过测定BDFPs、IFP2.0以及i RFP720的稳定性。研究结果表明BDFPs的光稳定性、热稳定性以及酸稳定性要明显强于IFP2.0与i RFP720。此外,BDFP1.6与BDFP1.8能够用于动物细胞的双色成像。本研究还以大肠杆菌为载体,开发了一种可以检测活体动物出血的生物传感器,并使用远红光荧光信号作为输出信号。该生物传感器通过在大肠杆菌BL21（DE3）菌株中缺失hemf基因,并表达HO1、Chu A以及BDFP1.6蛋白而构建。输出荧光信号的BDFP1.6的荧光峰位置在667 nm处,位于远红光的光谱区域。因此,我们将这种生物传感器命名为FRLBD（Far-Red Light for Bleeding Detector）。通过测定FRLBD与血液或血红素的体外反应。本研究发现FRLBD对血红素或血液的检测具有高效性和特异性。为了验证FRLBD是否能够用于体内出血的检测,本研究以斑马鱼为模式动物,并用高浓度的阿司匹林诱导斑马鱼出血,最后,使用卷积神经网络（CNN）来识别图像中的荧光特征。研究结果表明,FRLBD可以用于斑马鱼肠道出血的检测。并且CNN模型预测斑马鱼出血的准确率达到了91%。此外,本文还比较了肠道出血与正常斑马鱼的肠道微生物组成,并且发现在肠道出血的斑马鱼中,肠道内的有害微生物嗜水气单胞菌的含量大大增加,而有益微生物Deefgea和Chitinibacter的含量减少。