藻类快速检测新技术在三峡水华监测中的应用

第46卷第21期2015年11月人民长江YangtzeRiverVo1．46．No．21NOV．．2015文章编号：1001—4179(2015)21—0013—05藻类快速检测新技术在三峡水华监测中的应用沈强，向想民。，张礼嘉，胡俊(1．水利部中国科学院水工程生态研究所，湖北武汉430079；2．水利部水X-程生态效应与生态修复重点实验室，湖北武汉430079；3．湖北工业大学轻工学部材料学院，湖北武汉430068；4．安徽理工大学测绘学院，安徽淮南232001)摘要：近年来，三峡水库藻类水华频发，而传统的藻类检测方法由于分类鉴定工作量大，难以适应野外大批量样品快速准确分析的要求，因此，开展水华的快速监测和鉴定工作迫在眉睫。在藻类形态特征识别与快速定量检测方面，流式细胞摄像系统(FlowCAM)是目前先进可靠的方法。采用流式细胞摄像系统技术对三峡水库水华藻类样品建立了藻类特征的自动鉴定标准，进行藻类快速检测分析，并与显微镜人工检测方法进行对比研究。结果表明：三峡库区各支流采样点鉴定出的优势藻类为4～1O种；小江黄石、小江河口、大宁河和梅溪河采样点优势种依次为飞燕角甲藻、微囊藻、拟多甲藻和颗粒直链藻，检测结果和显微镜方法检测结果一致；FlowCAM可在l5min内快速完成藻类鉴定分析，测量精度高，有传统检测方法不可比拟的优势。总之，FlowCAM为水华藻类的快速检测提供了一个行之有效的方法。关键词：水华；流式细胞摄像系统；快速鉴定；三峡水库中图法分类号：X52文献标志码：AD0I：10．16232／j．enki．1001—4179．2015．21．0041背景概述近年来，三峡水库藻类水华频频发生，给水生态环境带来危害。水华藻类消亡时水体溶解氧被大量消耗，可造成鱼、虾、贝等水生动物因缺氧窒息而亡；同时水华藻类毒素对浮游动物、鱼类、水禽、家畜及人类都具有毒害作用；有些藻类能产生异味物，直接影响供水安全和人民群众健康⋯。此外，三峡水库水华的发生对水体景观也会造成负面影响。因此，开展三峡库区水华藻类的防治和快速检测预警是迫在眉睫的工作。传统的藻类检测的方法是利用光学显微镜技术，由于分类鉴定工作量较大，难以适应野外大批量样品快速准确分析的要求，且不能进行原位的实时监测，在实际应用中具有一定局限性。目前，国内开展的藻类监测试点工作也以传统方法为主，开展藻类快速监测技术研究有助于提高水利系统水生态在线实时监测能力。随着生物和电子科技的发展，目前藻类快速监测领域已发展出荧光光谱法、流式细胞术、HPLC技术、显微成像技术、分子探针技术等。这些方法的优缺点如下。荧光光谱法可通过识别分析不同门类藻类的特异性荧光光谱，实现基于荧光光谱的藻类快速监测。该方法在1983年就得到美国环境保护署(EPA)的推广应用。然而目前荧光光谱法尚局限于对硅藻／甲藻、绿藻、隐藻和蓝藻4个门类的快速识别，还无法获取藻类形态信息，具一定局限性。流式细胞术也是较早用于藻类快速监测的方法。流式细胞仪本身没有图像采集功能，主要用于区分自养和异养、原核和真核浮游生物类群，特别适用于对微型和微微型浮游生物类群的分析。该方法同样存在藻类种类直接识别的困难。HPLC技术针对浮游植物光合色差异，能够有效进行大量样品分析，但目前一般只能区分浮游植物大收稿日期：2015—08—14基金项目：水利部948项目(201509)；国家自然科学基金项目(51279112)；水资源费项目(1261520237010)作者简介：沈强，男，高级工程师，博士，主要从事藻类学、环境生物研究。E—mail：shenqiang2OO5@gmail．tom14人民长江门类，如蓝藻、硅藻、甲藻，还达不到区分到种类的水平。此外，环境变化以及不同细胞生长周期也会导致浮游植物的光合色素发生变化，从而导致分类结果受到影响。显微成像方法包括光学显微观察、电镜观察、荧光显微方法等。光学显微观察可分辨到种，但前处理工作复杂，样品鉴定必需由经验丰富的分类学专家进行，耗时费力；电镜放大倍数高，有利于辨别疑似种，但样品制备和操作鉴定过程过于复杂；．荧光显微观察则多用于自发荧光的生物。分子探针方法是利用核酸的结构及其识别能力上的特点，进行疑似藻类种类的界定分析，但使用前必须预先获知详实的已知种类的基因组数据，否则疑似种类就无法与之比较。该方法操作过程繁琐，目前仅停留于实验室阶段。在上述快速监测技术基础上，一种综合流式细胞术和显微摄像术的检测手段逐渐成熟。流式细胞摄像系统(FlowCytometerAndMicroscope，FlowCAM)为美国FluidImagingTechnology公司研发的一款同类仪器中的先进监测设备，具备快速计数流体细胞功能，同时自动捕获生物体的图像，弥补了流式细胞术无法获得图像的缺陷。监测数据经进一步图像处理软