隨著北半球大部分地區(qū)的氣溫上升，氣候變化加速了季節(jié)性變化，部分地區(qū)今年有害藻華已經(jīng)有早期出現(xiàn)。一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的物種是微囊藻，它既可以作為單細(xì)胞出現(xiàn)，也可以以大聚集體的形式出現(xiàn)。準(zhǔn)確分析這些顆粒需要高度專業(yè)化的工具。
CytoBuoy的應(yīng)用科學(xué)家對(duì)微囊藻進(jìn)行了一項(xiàng)詳細(xì)的研究，深入探討了關(guān)于微囊藻的檢測(cè)及其背后的技術(shù)。展示了我們的儀器CytoSense/ CytoSub/ CytoSenseXR 如何特別適合這項(xiàng)任務(wù)。這些先進(jìn)的流式細(xì)胞儀設(shè)計(jì)可用于在單次運(yùn)行中分析單個(gè)細(xì)胞和完整藻團(tuán)，為研究人員提供現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室所需的精度。
本報(bào)告使用CytoSense（以及CytoSub）分析了微囊藻（Microcystis sp.）。結(jié)果顯示CytoSense極寬的尺寸接受范圍, 使其能夠在單次運(yùn)行中同時(shí)分析自然水樣的單個(gè)細(xì)胞和藻團(tuán)。
該儀器會(huì)將樣本（各種大小顆粒懸浮液）溫和地吸入到截面積大于1mm2的石英毛細(xì)管中, 顆粒在通過(guò)激光焦點(diǎn)之前會(huì)先對(duì)齊, 隨后進(jìn)入相機(jī)視野。
分析過(guò)程中，像微囊藻的大藻團(tuán)這樣脆弱的顆粒不會(huì)被破壞或分解成碎片, 因此可以獲得可靠的顆粒大小分布信息。
CytoSense檢測(cè)每個(gè)通過(guò)激光焦點(diǎn)的顆粒的多變量熒光和光散射特征信號(hào)，并隨后為目標(biāo)顆粒提供匹配的明場(chǎng)照片。
由于單個(gè)顆粒（單細(xì)胞或藻團(tuán)或其他生物體）被激光照亮，且這種光源是一種非常薄的激光片或“刀片”光，因此激光激發(fā)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍非常大。對(duì)于較大藻團(tuán)，只有一個(gè)薄層被照亮，這顯著減少了多重散射和再吸收效應(yīng)，如圖所示。
與一次性測(cè)量總散射或熒光不同，CytoSense會(huì)對(duì)顆粒進(jìn)行長(zhǎng)度方向上的掃描，通過(guò)將掃描結(jié)果沿長(zhǎng)度方向積分來(lái)獲得總散射或熒光。Dubelaar和Van der Reijden在1995年證明了這種線性關(guān)系的存在。他們使用的一種方法是，先用OPA（CytoSense的前身）分析含有大微囊藻藻團(tuán)的樣本，然后在將藻團(tuán)打散成主要為單細(xì)胞和更小藻團(tuán)后，再次分析同一樣本。
注：黑色：自然水樣；白色：打散成單細(xì)胞的水樣
盡管一些最大的藻團(tuán)包含超過(guò)10,000個(gè)單細(xì)胞，但所有分析顆粒的總積分熒光幾乎相同。這意味著，藻團(tuán)與平均單細(xì)胞之間的熒光比可以用來(lái)指示藻團(tuán)包含的“平均”單細(xì)胞數(shù)量。
在混合樣本中，CytoSense散射光和熒光數(shù)據(jù)的多變量和“輪廓”特性允許識(shí)別和分離微囊藻細(xì)胞和藻團(tuán)以及其他大多數(shù)物種。同時(shí)還有可用的圖像支持。
從大藻團(tuán)的圖像中無(wú)法很好地獲得它們包含的細(xì)胞數(shù)量。有些藻團(tuán)太大，超出了圖像框架。然而，可以使用單細(xì)胞和小藻團(tuán)的圖像來(lái)確認(rèn)激光數(shù)據(jù)的線性。
微囊藻通常含有提供浮力的細(xì)胞內(nèi)氣囊。有時(shí)它們沒有氣囊或失去氣囊，這在圖像中清晰可見，也會(huì)導(dǎo)致光散射特性發(fā)生很大變化。這些變化可以在激光激發(fā)數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)分離。熒光信號(hào)則不受氣囊丟失或塌陷的影響。
下圖展示了微囊藻藻團(tuán)（1倍原始樣本和1倍經(jīng)過(guò)壓力處理后氣囊塌陷的樣本）的分析結(jié)果。
本地池塘水樣本（含有微囊藻）的分析結(jié)果，未進(jìn)行任何樣本預(yù)處理。分析時(shí)間通常為3-10分鐘，具體取決于較大藻團(tuán)的濃度。使用CytoClus軟件進(jìn)行的分析概覽。
左上第二圖是較大藻團(tuán)的散射光和熒光掃描輪廓，藍(lán)色線在概覽照片圖（左上第三圖）中標(biāo)示。掃描輪廓準(zhǔn)確給出了該藻團(tuán)的長(zhǎng)度：570μm。其他“點(diǎn)圖”顯示了分析顆粒的熒光和散射特性，包括單細(xì)胞的簇。
大藻團(tuán)的圖像如下：
左側(cè)圖顯示了分析的各種微囊藻顆粒在它們的側(cè)向散射和前向散射軸上的位置。從示例大藻團(tuán)的位置可以看出，測(cè)量的散射光強(qiáng)度是相當(dāng)線性的。右側(cè)圖顯示了相同的顆粒在熒光特性圖（紅色熒光Total FlRed（通常是葉綠素）Vs橙色熒光Total Fl Orange (通常是藻藍(lán)蛋白)）中，顯示出良好的線性關(guān)系（基于Dubelaar和Van der Reijden 1995年的研究）。
該分布圖顯示了分析的顆粒數(shù)量（垂直方向）與它們的測(cè)量熒光（水平方向）之間的關(guān)系。藍(lán)色組是微囊藻的單細(xì)胞和一些雙細(xì)胞。箭頭指向200熒光單位（熒光單位）處，表示“平均單細(xì)胞”。大藻團(tuán)（上圖）顯示出總橙色熒光為500,000熒光單位，因此我們得出結(jié)論，它由500,000/200 = 2,500個(gè)“平均”單細(xì)胞組成。這種計(jì)算本質(zhì)上是一種尺度歸一化，它允許非常直觀地表示每個(gè)分析藻團(tuán)的細(xì)胞數(shù)量以及總體總數(shù)。當(dāng)然，還可以使用其他方法來(lái)估算生物量（Zhou等人，2012年）。
G.B.J. Dubelaar, C.S. Van der Reijden. 微囊藻水華藻團(tuán)大小分布：流式細(xì)胞儀方法。《水科學(xué)與技術(shù)》，1995年，32(4)，171-176。
Q. Zhou, W. Chen, H. Zhang, L. Peng, L. Liu, Z. Han, N. Wan, L. Li, L. Song. 基于流式細(xì)胞儀的湖底沉積物中形成水華的藍(lán)藻（微囊藻）定量分析協(xié)議?！董h(huán)境科學(xué)雜志》，2012年，24(9)，1709-1717。
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