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產(chǎn)毒藻及藻毒素在線監(jiān)測系統(tǒng)ESP
產(chǎn)毒藻及藻毒素在線監(jiān)測系統(tǒng)ESP

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產(chǎn)毒藻及藻毒素在線監(jiān)測系統(tǒng)ESP
可長期、自動(dòng)工作的“水下分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室
全球**套可在水下原位對產(chǎn)毒藻(和藻毒素)進(jìn)行定性定量監(jiān)測的系統(tǒng)
近30年來,全球水體富營養(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海洋生態(tài)造成了嚴(yán)重破壞,每次赤潮往往都對水產(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)象也頻見報(bào)道。在淡水中,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的湖泊、水庫等水體經(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)對生態(tài)系統(tǒng)有嚴(yán)重的破壞,而如果藻華能產(chǎn)毒的話,就直接威脅到人們的生命安全!
目前,我國各級監(jiān)測部門已將藻毒素的監(jiān)測納入日常監(jiān)測項(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)測方法往往需要每隔2周-2個(gè)月去采樣然后回來測量,看是否有藻毒素存在。兩次測量都沒有藻毒素的存在是否就一定能說明兩次測量之間(2周-2個(gè)月)沒有藻毒素的產(chǎn)生呢? 對于供水水源而言,如果兩次測量之間產(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)測水體中是否有產(chǎn)毒藻和藻毒素的存在呢?
為此,美國蒙特雷海洋研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI)所長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)測系統(tǒng)ESP(演示視頻下載:視頻1、視頻2。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、過濾濃縮、破碎細(xì)胞、抽提核酸、進(jìn)行三明治雜交(或競爭性酶聯(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,就可以對其進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)合藻毒素的測量,就能很好的對水質(zhì)進(jìn)行早期預(yù)警。
Image Source: MBARI, Moss Landing, CA
(演示視頻下載:視頻1、視頻2
產(chǎn)毒藻在線監(jiān)測系統(tǒng)ESP于2009年開始由美國Spyglass公司進(jìn)行商業(yè)化操作,于2010年正式投產(chǎn),并于當(dāng)年銷售出10臺(tái)。其中國際上***的海洋研究所Woods Hole海洋研究所(WHOI6臺(tái)、美國海洋與大氣管理局(NOAA1臺(tái)、美國海岸帶觀察與預(yù)測中心(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的用戶是國際上赤潮研究領(lǐng)域大名鼎鼎的Don Anderson教授,第1臺(tái)ESP是由美國環(huán)境保護(hù)局(EPA出資購買給Anderson教授使用的,后面的5臺(tái)由美國自然基金委、美國海洋與大氣管理局(NOAA)、美國環(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

► 長期、自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測產(chǎn)毒藻和藻毒素的變化

長期、自動(dòng)、連續(xù)監(jiān)測特定藻、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,完善解決客戶的特殊需求

監(jiān)測結(jié)果可無線傳輸?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)測預(yù)警
赤潮藻特別是產(chǎn)毒藻和藻毒素的監(jiān)測
水華藍(lán)藻特別是產(chǎn)毒藻和藻毒素的監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測、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
水廠供水安全監(jiān)測

ESP 布放

Image Source: MBARI, Moss Landing, CA

檢測的樣品種類

ESP是一個(gè)完全自動(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)和競爭性酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, cELISA)兩種方法來進(jìn)行分子檢測。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,用戶也可以開發(fā)編程新的分子方法應(yīng)用于ESP。

目前用于檢測的探針主要針對部分產(chǎn)毒藻、細(xì)菌和浮游動(dòng)物,但能檢測的類型不限于下面列出的種類。在不對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,就可以對新的種類進(jìn)行檢測。
有害藻華相關(guān)藻類
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。產(chǎn)生PSP毒素,毒害人類、鳥類和魚類等。

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、馬來西亞、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美國、澳大利亞、香港等地均有赤潮記錄。我國海域在南海大鵬灣、廈門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、鳥類和魚類等。

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養(yǎng)殖場曾經(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

中國東南沿海常見種。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?。?/p>

世界范圍內(nèi)主要產(chǎn)毒藍(lán)藻水華種源之一,我國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!)
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?。?/p>

神經(jīng)性貝毒(NSP)(探針即將上市?。?/p>

腹瀉性貝毒(DSP)(探針即將上市?。?/p>

微囊藻毒素-LR探針即將上市!)

微囊藻毒素-RR探針即將上市?。?/p>

其它藻毒素探針將陸續(xù)上市!)

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
下面列的這些動(dòng)物的幼蟲多營浮游生活,可以通過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(Arthropoda)、有顎亞門(Mandibulata)、甲殼綱(Crustacea)、橈足亞綱(Copepoda)的一目。該目種類很多,海洋種類即已超過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)物大多營浮游生活,少數(shù)營底棲生活。[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)魚類和幼魚的基本餌料。有些種類(如飛馬哲水蚤)因數(shù)量大,分布廣,又具有較高營養(yǎng)價(jià)值,可作為家畜和人類的食物。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、生化的研究對象。

Calyptogena屬

蛤類,尚無中文名。

短尾下目(Brachyura)

螃蟹,學(xué)術(shù)上稱短尾下目(學(xué)名:Brachyura),是十足目中的一個(gè)類,由于節(jié)肢動(dòng)物門中的分類還有爭議,因此有時(shí)它也被看做一個(gè)亞目。這個(gè)類中的大多數(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)

無脊椎動(dòng)物,節(jié)肢動(dòng)物門中的第3個(gè)大綱。種數(shù)僅次于昆蟲綱和蛛形綱。絕大多數(shù)水生,以海洋種類較多。

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、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。

西伯加蟲科(Siboglinidae)

屬于須腕動(dòng)物門(Pogonophora)。該門動(dòng)物是一類海生、非常長的蠕蟲形的后生動(dòng)物,*長可達(dá)36cm;是**沒有口和消化管的非寄生三胚層無脊椎動(dòng)物。

貽貝屬(Mytilus)

貽貝是屬于雙殼類的一種貝類,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)過擔(dān)輪幼蟲和面盤幼蟲時(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引了進(jìn)來。這些幼蟲進(jìn)到海水管道里以后,可以很快地固著在水管壁上生長起來。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了大量的食料和氧氣,使它能在管道里很好的生長。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)甚至于把管道完全堵塞,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。

食骨蠕蟲屬(Osedax)

2009年科學(xué)家在蒙特雷峽谷新發(fā)現(xiàn)的蠕蟲,主要有兩種Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它們以死鯨骨頭為生,沒有眼睛、腿、嘴和胃,但是長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,吸收其中的營養(yǎng)。它們*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)物門下的一個(gè)綱,是環(huán)節(jié)動(dòng)物中*多的及比較原始的一類,有6000多種,除極少數(shù)為淡水生活外,其他均為海洋生活。常見的種類如沙蠶(Nereis),沙蠋(Arenicola)、巢沙蠶(Diopatra)等。從生態(tài)習(xí)性上,多毛類可分為兩種生活類型。一種是自由生活的,包括在海底泥沙表面爬行的種類、鉆穴的種類、自由游泳的以及遠(yuǎn)洋生活的種類,通稱為游走類(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,通稱為隱居類(Sedentaria)。多毛類動(dòng)物絕大多數(shù)種類體長10cm左右,直徑2-10mm,但*小的種類體長不足1mm,*長的可達(dá)2—3m。多毛綱中一些種是在大洋中營浮游生活,例如浮蠶科(Alciopidae)、玻璃蟲科(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(Tomopterls),其疣足特化成膜狀羽枝,剛毛已消失,觸手極長,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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