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        1. 上海澤泉科技股份有限公司
          中級(jí)會(huì)員 | 第16年

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          如何應(yīng)對(duì)藻華:產(chǎn)毒藻及藻毒素的在線監(jiān)測(cè)

          時(shí)間:2011-3-9閱讀:2768
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          可長(zhǎng)期、自動(dòng)工作的“水下分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室
          *套可在水下原位對(duì)產(chǎn)毒藻(和藻毒素)進(jìn)行定性定量監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)
           
          近30年來(lái),水體富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重,各地水體頻繁爆發(fā)有害藻華(Harmful Algal Blooms, HABs)。在海洋中,主要由甲藻和硅藻引起的赤潮對(duì)海洋生態(tài)造成了嚴(yán)重破壞,每次赤潮往往都對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成巨大損失,人們由于誤食富集了赤潮毒素(如麻痹性貝毒PSP、腹瀉性貝毒DSP、神經(jīng)性貝毒NSP、遺忘性貝毒ASP等)的水產(chǎn)品后導(dǎo)致中毒的現(xiàn)象也頻見(jiàn)報(bào)道。在淡水中,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的湖泊、水庫(kù)等水體經(jīng)常爆發(fā)藍(lán)藻水華,由于這些水體多是城市供水水源地,藍(lán)藻水華伴生的藍(lán)藻毒素(如微囊藻毒素、魚(yú)腥藻毒素等)嚴(yán)重威脅著人們的飲用水安全!有害藻華的爆發(fā)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有嚴(yán)重的破壞,而如果藻華能產(chǎn)毒的話(huà),就直接威脅到人們的生命安全!
           
          目前,我國(guó)各級(jí)監(jiān)測(cè)部門(mén)已將藻毒素的監(jiān)測(cè)納入日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中,但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠!我們知道,能形成藻華的藻中有一部分是能產(chǎn)毒的,而這些能產(chǎn)毒的藻并不是在整個(gè)生活史中都時(shí)時(shí)刻刻在產(chǎn)毒。對(duì)于預(yù)警而言,當(dāng)藻毒素已經(jīng)產(chǎn)生了再進(jìn)行預(yù)警,時(shí)間上往往已經(jīng)較晚。那么,是否有一種方法可以在產(chǎn)毒藻尚未產(chǎn)毒之前就可以預(yù)警呢?
           
          常規(guī)的采樣監(jiān)測(cè)方法往往需要每隔2周-2個(gè)月去采樣然后回來(lái)測(cè)量,看是否有藻毒素存在。兩次測(cè)量都沒(méi)有藻毒素的存在是否就一定能說(shuō)明兩次測(cè)量之間(2周-2個(gè)月)沒(méi)有藻毒素的產(chǎn)生呢? 對(duì)于供水水源而言,如果兩次測(cè)量之間產(chǎn)生了藍(lán)藻毒素而我們卻不知道,就會(huì)嚴(yán)重威脅到人們的飲用水安全!是否有一種方法可以在水下原位、在線、連續(xù)監(jiān)測(cè)水體中是否有產(chǎn)毒藻和藻毒素的存在呢?
           
          為此,美國(guó)蒙特雷海洋研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI)所長(zhǎng)Chris Scholin博士帶領(lǐng)的由生物學(xué)家、機(jī)械工程師和電子工程師組成的研究團(tuán)隊(duì),花費(fèi)近二十年時(shí)間研發(fā)出一款產(chǎn)毒藻及藻毒素在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)ESP。ESP是一臺(tái)全自動(dòng)的水下分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以在水下原位自動(dòng)采樣、過(guò)濾濃縮、破碎細(xì)胞、抽提核酸、進(jìn)行三明治雜交(或競(jìng)爭(zhēng)性酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn))、顯影并拍攝、遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)到岸上的監(jiān)測(cè)中心。利用這種方法,在產(chǎn)毒藻還未爆發(fā)或還未產(chǎn)毒之前,就可以對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)合藻毒素的測(cè)量,就能很好的對(duì)水質(zhì)進(jìn)行早期預(yù)警。
           
          Image Source: MBARI, Moss Landing, CA
           
          產(chǎn)毒藻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)ESP于2009年開(kāi)始由美國(guó)Spyglass公司進(jìn)行商業(yè)化操作,于2010年正式投產(chǎn),并于當(dāng)年銷(xiāo)售出10臺(tái)。其中上zui*的海洋研究所Woods Hole海洋研究所(WHOI6臺(tái)、美國(guó)海洋與大氣管理局(NOAA1臺(tái)、美國(guó)海岸帶觀察與預(yù)測(cè)中心(CMOP1臺(tái)、加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)1臺(tái)和新加坡DHI公司1臺(tái)。其中,WHOI的6臺(tái)ESP的用戶(hù)是上赤潮研究領(lǐng)域大名鼎鼎的Don Anderson教授,第1臺(tái)ESP是由美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA出資購(gòu)買(mǎi)給Anderson教授使用的,后面的5臺(tái)由美國(guó)自然基金委、美國(guó)海洋與大氣管理局(NOAA)、美國(guó)環(huán)境健康科學(xué)研究所等聯(lián)合資助。
           
          2011年1月20日,ESP獲得由美國(guó)聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟頒發(fā)的2011年度“聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟技術(shù)轉(zhuǎn)化杰出獎(jiǎng)(Federal Laboratory Consortium award for Excellence in Technology Transfer”。

           

           

           

           主要功能

          ? 長(zhǎng)期、自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)產(chǎn)毒藻和藻毒素的變化

          ? 長(zhǎng)期、自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)特定藻、細(xì)菌、浮游動(dòng)物等的變化
          提供定制化分子探針組合套裝,完善解決客戶(hù)的特殊需求

          ? 監(jiān)測(cè)結(jié)果可無(wú)線傳輸?shù)桨渡匣?/p>

          ? 可水下原位工作(耐受50 m水壓),也可在監(jiān)測(cè)平臺(tái)或水站房中工作
          ? 可在水下采集并保存樣品,等回收后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析

           

          應(yīng)用領(lǐng)域
          ? 有害藻華的監(jiān)測(cè)預(yù)警
          ? 赤潮藻特別是產(chǎn)毒藻和藻毒素的監(jiān)測(cè)
          ? 水華藍(lán)藻特別是產(chǎn)毒藻和藻毒素的監(jiān)測(cè)
          ? 環(huán)境監(jiān)測(cè)、浮游植物生態(tài)學(xué)研究
          ? 海洋學(xué)與湖沼學(xué)研究
          ? 飲用水水源地安全監(jiān)測(cè)
          ? 水廠供水安全監(jiān)測(cè)

           

           

          ESP 布放

           Image Source: MBARI, Moss Landing, CA

           

           

           檢測(cè)的樣品種類(lèi)

          ESP是一個(gè)*自動(dòng)化的水下分子學(xué)實(shí)驗(yàn)室,目前主要采用三明治雜交(Sandwich Hybridization Assay, SHA)和競(jìng)爭(zhēng)性酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, cELISA)兩種方法來(lái)進(jìn)行分子檢測(cè)。但ESP并不局限于這兩種方法,儀器廠家會(huì)不斷更新采用新的適用于ESP的分子方法,用戶(hù)也可以開(kāi)發(fā)編程新的分子方法應(yīng)用于ESP。

           
          目前用于檢測(cè)的探針主要針對(duì)部分產(chǎn)毒藻、細(xì)菌和浮游動(dòng)物,但能檢測(cè)的類(lèi)型不限于下面列出的種類(lèi)。在不對(duì)ESP硬件系統(tǒng)做任何改動(dòng)的情況下,只需要設(shè)計(jì)合適的探針和試劑盒,就可以對(duì)新的種類(lèi)進(jìn)行檢測(cè)
           
           
          有害藻華相關(guān)藻類(lèi)
               
          ? 鏈狀亞歷山大藻(Alexandrium catenella該種分布廣,北美、歐洲、南非、智利阿根廷和亞洲海域均有分布,青島膠州灣、浙江、天津等海域可見(jiàn)。產(chǎn)生PSP毒素,毒害人類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等。
           
          ? 塔瑪亞歷山大藻(A. tamarense
          典型有毒赤潮藻,分布廣,在較暖的海域里發(fā)生赤潮的頻率較高,日本海、菲律賓、馬來(lái)西亞、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美國(guó)、澳大利亞、香港等地均有赤潮記錄。我國(guó)海域在南海大鵬灣、廈門(mén)海域和膠州灣均有發(fā)現(xiàn),需警惕該種引發(fā)赤潮。產(chǎn)生PSP毒素,毒害人類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等。
           
          ? 赤潮異彎藻(Heterosigma akashiwo
          世界近岸海域廣布種,在溫帶近海底層水溫>15~20℃的夏季大量繁殖。該種在大連灣、膠州灣等曾多次形成赤潮。
           
          ? 澳洲擬菱形藻(Pseudo-nitzschia australis廣泛分布于上升流(upwelling)海域中,能產(chǎn)生軟骨藻酸(Domoic Acid, DA)。軟骨藻酸DA是遺忘性貝毒ASP的活性成分。澳洲擬菱形藻經(jīng)常導(dǎo)致DA中毒,在北美西海岸、新西蘭和歐洲的貝類(lèi)養(yǎng)殖場(chǎng)曾經(jīng)因?yàn)榘闹迶M菱形藻爆發(fā)而關(guān)閉。
           
          ? 多列擬菱形藻/偽優(yōu)美擬菱形藻(P. multiseries / Pseudodelicatisima在中國(guó)東南沿海有分布。該種能產(chǎn)生軟骨藻酸DA,導(dǎo)致中毒。
           
          ? 尖刺擬菱形藻(P. pungens
          中國(guó)東南沿海常見(jiàn)種。該種能產(chǎn)生軟骨藻酸DA,導(dǎo)致中毒。
           
          ? 短凱倫藻(Karenia brevis)[曾用名短裸甲藻(Gymnodinium breve)]
          典型有毒赤潮藻,世界范圍內(nèi)廣泛分布,能產(chǎn)生神經(jīng)性貝毒NSP,其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。
           
          ? 米氏凱倫藻(K. mikimotoi典型有毒赤潮藻,世界范圍內(nèi)廣泛分布,我國(guó)東海曾多次爆發(fā)米氏凱倫藻赤潮。
           
          ? K. papilionacea 主要分布于澳大利亞和新西蘭海域。
           
          ? K. selliformis 主要分布于澳大利亞和新西蘭海域。
           
          ? 銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)和其它微囊藻探針即將上市?。?
          世界范圍內(nèi)主要產(chǎn)毒藍(lán)藻水華種源之一,我國(guó)廣泛分布并頻繁爆發(fā)藍(lán)藻水華。其產(chǎn)生的微囊藻毒素嚴(yán)重危害供水安全。
           
          ? 其它產(chǎn)毒的淡水和海水藻探針將陸續(xù)上市?。?/div>
           
           
           
          藻毒素
           
          ? 軟骨藻酸(Domoic Acid, DA)
          軟骨藻酸DA是遺忘性貝毒ASP的活性成分,主要由擬菱形藻產(chǎn)生。
          ? 麻痹性貝毒(PSP)(探針即將上市!)
          ? 神經(jīng)性貝毒(NSP)(探針即將上市?。?
          ? 腹瀉性貝毒(DSP)(探針即將上市!)
          ? 微囊藻毒素-LR探針即將上市?。?
          ? 微囊藻毒素-RR探針即將上市!)
          ? 其它藻毒素探針將陸續(xù)上市?。?nbsp;
           
           
          細(xì)菌
          ? ARCTIC96BD-19
          ? EB750-1B7
          ? KTCC1119
          ? Marine Alpha Proteobacteria
          ? Marine Cyanobacteria
          ? Marine Group 1 Crenarchaea
          ? Marine Group 2 Euryarchaea
          ? OM60
          ? SAR11
          ? SAR86 clade III
          ? SAR86 clades I-II
           
           
          動(dòng)物幼蟲(chóng)
          下面列的這些動(dòng)物的幼蟲(chóng)多營(yíng)浮游生活,可以通過(guò)ESP系統(tǒng)利用三明治雜交技術(shù)進(jìn)行野外自動(dòng)分析。

          ? 蔓足亞綱(Cirripedia)
          屬于節(jié)肢動(dòng)物門(mén)甲殼綱。全部海生,成體固著生活,背甲變成含石灰質(zhì)的外殼,包被體或全身。頭部不明顯,一般為雌雄同體。如藤壺(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。

          ? 哲水蚤目(Calanoida),但不包括紡錘水蚤屬(Acartia)、北鏢水蚤屬(Arctodiaptomus)、Candacia、真鏢水蚤屬(Eudiaptomus)、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤屬(Tortanus)和Neocopepoda的其它目。(Clade Calanoida, subset exclusive of Acartia, Arctodiaptomus,Candacia,Eudiaptomus,Pseudocalanus, Skistodiaptomus,Tortanus and other orders in the Neocopepoda.)

          哲水蚤目(Calanoida)是節(jié)肢動(dòng)物門(mén)(Arthropoda)、有顎亞門(mén)(Mandibulata)、甲殼綱(Crustacea)、橈足亞綱(Copepoda)的一目。該目種類(lèi)很多,海洋種類(lèi)即已超過(guò)1700種。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和異哲水蚤族,前二者全是海生種,在異哲水蚤族中有一些淡水種和半鹽水種。該目動(dòng)物大多營(yíng)浮游生活,少數(shù)營(yíng)底棲生活。[1]食性為濾食型。濾食水中硅藻、細(xì)菌、有機(jī)碎屑等的懸浮顆粒。該目動(dòng)物(如中華哲水蚤)是許多經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)和幼魚(yú)的基本餌料。有些種類(lèi)(如飛馬哲水蚤)因數(shù)量大,分布廣,又具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,可作為家畜和人類(lèi)的食物。此外,有些種既可作為海流或水團(tuán)的指示種,又可作為實(shí)驗(yàn)生態(tài)、生理、生化的研究對(duì)象。

          ? Calyptogena屬
          蛤類(lèi),尚無(wú)中文名。

          ? 短尾下目(Brachyura)
          螃蟹,學(xué)術(shù)上稱(chēng)短尾下目(學(xué)名:Brachyura),是十足目中的一個(gè)類(lèi),由于節(jié)肢動(dòng)物門(mén)中的分類(lèi)還有爭(zhēng)議,因此有時(shí)它也被看做一個(gè)亞目。這個(gè)類(lèi)中的大多數(shù)動(dòng)物生活在海中,但也有不少生活在淡水中或陸地上。

          ? 甲殼綱(Crustacea)
          無(wú)脊椎動(dòng)物,節(jié)肢動(dòng)物門(mén)中的第3個(gè)大綱。種數(shù)僅次于昆蟲(chóng)綱和蛛形綱。絕大多數(shù)水生,以海洋種類(lèi)較多。

          ? 真核生物(Eukaryota)

          ? 青蟹(Carcinus maenas)
          入侵生物。是歐洲和北非的原生物種,被引入至美國(guó)、澳洲及南非。牠們食量大且為廣鹽性兼廣食性物種。在一些引入此種大食量捕食者的地區(qū),已經(jīng)造成其它螃蟹及雙殼貝物種的減少。在適宜的環(huán)境中,雌性個(gè)體一次可產(chǎn)卵達(dá)到18萬(wàn)5千顆,這些卵在孵化為浮游性幼體前,會(huì)黏附在雌性的泳足上數(shù)個(gè)月。

          ? 西伯加蟲(chóng)科(Siboglinidae)
          屬于須腕動(dòng)物門(mén)(Pogonophora)。該門(mén)動(dòng)物是一類(lèi)海生、非常長(zhǎng)的蠕蟲(chóng)形的后生動(dòng)物,zui長(zhǎng)可達(dá)36cm;是*沒(méi)有口和消化管的非寄生三胚層無(wú)脊椎動(dòng)物。

          ? 貽貝屬(Mytilus)
          貽貝是屬于雙殼類(lèi)的一種貝類(lèi),卵很小,直徑大約70微米左右。每個(gè)母體產(chǎn)卵可達(dá)1200萬(wàn)粒。在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)的個(gè)體,產(chǎn)卵時(shí)可使整個(gè)培養(yǎng)缸中的水變渾。卵在海水中遇到精子即受精發(fā)育。經(jīng)過(guò)擔(dān)輪幼蟲(chóng)和面盤(pán)幼蟲(chóng)時(shí)期,大約3—4個(gè)星期便沉至海底用足爬行,以后分泌足絲附著在外物上,變態(tài)成小貽貝,過(guò)固著的生活。在沿海各地的工廠里,常常汲引海水作為冷卻用水,在引海水的同時(shí),常常也把海水中所含的貽貝幼蟲(chóng)引了進(jìn)來(lái)。這些幼蟲(chóng)進(jìn)到海水管道里以后,可以很快地固著在水管壁上生長(zhǎng)起來(lái)。由于工廠每天都在大量用水,引水管里的水流經(jīng)雷保持很快的速度,所以就給這些小貽貝帶來(lái)了大量的食料和氧氣,使它能在管道里很好的生長(zhǎng)。這樣貽貝便很快的一個(gè)粘一個(gè)的聚生在管道的內(nèi)壁上,無(wú)形中就等于加厚了管璧,縮小了水管的直徑,這樣就會(huì)大大地減少引進(jìn)海水的數(shù)量,有時(shí)甚至于把管道*堵塞,以至不得不暫時(shí)停工檢修?,F(xiàn)在已經(jīng)采取措施防止貽貝在管道里生長(zhǎng)。

          ? 食骨蠕蟲(chóng)屬(Osedax)
          2009年科學(xué)家在蒙特雷峽谷新發(fā)現(xiàn)的蠕蟲(chóng),主要有兩種Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它們以死鯨骨頭為生,沒(méi)有眼睛、腿、嘴和胃,但是長(zhǎng)著色彩鮮艷的柔軟的纖毛,還有綠色的“根”。這種“根”可以滲入死鯨的骨頭,在共生細(xì)菌的幫助下,吸收其中的營(yíng)養(yǎng)。它們zui引人注目的地方是柔軟的紅色纖毛,它們伸入水中,起著鰓的作用。在受到刺激時(shí),蠕蟲(chóng)身體可以縮成一個(gè)透明的管子。身體另一端伸到了死鯨的骨頭中,膨大形成一個(gè)囊。綠色的根就從囊中伸出,根上有許多與其共生的細(xì)菌,這些細(xì)菌可以分解鯨骨中的油。

          ? 多毛綱(Polychaeta)
          多毛綱是環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)下的一個(gè)綱,是環(huán)節(jié)動(dòng)物中zui多的及比較原始的一類(lèi),有6000多種,除極少數(shù)為淡水生活外,其他均為海洋生活。常見(jiàn)的種類(lèi)如沙蠶(Nereis),沙蠋(Arenicola)、巢沙蠶(Diopatra)等。從生態(tài)習(xí)性上,多毛類(lèi)可分為兩種生活類(lèi)型。一種是自由生活的,包括在海底泥沙表面爬行的種類(lèi)、鉆穴的種類(lèi)、自由游泳的以及遠(yuǎn)洋生活的種類(lèi),通稱(chēng)為游走類(lèi)(Errantia)。另一種是不能自由活動(dòng)的,包括一些管居的或固定穴居的種類(lèi),通稱(chēng)為隱居類(lèi)(Sedentaria)。多毛類(lèi)動(dòng)物絕大多數(shù)種類(lèi)體長(zhǎng)10cm左右,直徑2-10mm,但zui小的種類(lèi)體長(zhǎng)不足1mm,zui長(zhǎng)的可達(dá)2—3m。多毛綱中一些種是在大洋中營(yíng)浮游生活,例如浮蠶科(Alciopidae)、玻璃蟲(chóng)科(Tomopteridae)等,它們像其他浮游動(dòng)物一樣,身體往往是透明的,其運(yùn)動(dòng)的方式也像沙蠶的爬行運(yùn)動(dòng)一樣,例如玻璃蟲(chóng)(Tomopterls),其疣足特化成膜狀羽枝,剛毛已消失,觸手極長(zhǎng),適合于浮游生活。

          ? Podoplea,除了Gymnoplea(包括Calanoida)外的所有5個(gè)目
          甲殼類(lèi)動(dòng)物。

          ? Provannidae Provannidae is a family of deep water sea snails, marine gastropod mollusks in the clade Caenogastropoda (according to the taxonomy of the Gastropoda by Bouchet & Rocroi, 2005).

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