Streptomyces sp.HJC-D1溶藻过程产物光谱学特征及机理

运用傅里叶红外光谱、三维荧光光谱、透射电镜等技术,研究了溶藻菌株Streptomyces sp.HJC-D1抑制铜绿微囊藻过程中溶解性有机物(DOM)的组成与特性,初步揭示了微生物溶藻机理。结果表明,溶藻菌株发酵液添加量5%(φ)时铜绿微囊藻去除率可达72.6%±5.5%;溶藻产物DOM以类腐殖酸物质为主,平均分子量在1 000Da左右;溶藻过程藻细胞结构遭到明显破坏,推测可能的微生物溶藻机理为:溶藻菌破坏铜绿微囊藻细胞壁,导致藻细胞失活、死亡。     

海洋微藻生长过程藻液三维荧光特征

利用三维荧光光谱技术监测了中肋骨条藻（Skeletonema costatum）,塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）,微小亚历山大藻（Alexandrium mimntum）,锥状斯氏藻（Scrippsiella trochoidea）,东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）及海洋原甲藻（Prorocentrum micans）实验室培养过程中产生的荧光溶解有机物。中肋骨条藻为代表的硅藻主要产生类腐殖质荧光物质,而甲藻在指数增长期主要产生类蛋白荧光物质。进入消亡期后类蛋白荧光和类腐殖质荧光强度迅速增大,原因可能是衰老、死亡藻细胞的破碎释放出大量的荧光有机物质所致,此外还有细菌对非荧光有机物进一步降解。塔玛亚历山大藻、微小亚历山大藻、东海原甲藻及海洋原甲藻的类蛋白荧光强度在消亡后期由于细菌降解或光降解等因素而降低。同属微藻产生的荧光物质相似,例如塔玛亚历山大藻与微小亚历山藻、东海原甲藻与海洋原甲藻,但具体荧光峰位置有所不同。     

藻类叶绿素荧光对除草剂生物毒性响应特性的研究

以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻、斜生栅藻为敏感藻,研究了莠去津、敌稗、敌草隆、灭草松四种除草剂及其混合剂对藻类光合特性的影响规律,实验同时确定了三种微藻荧光对除草剂的最佳响应时间。实验结果表明,除草剂显著降低了藻细胞类囊体膜中光系统Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、实际光合效率(Y(Ⅱ))、绝对电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP),而非光化学猝灭系数(qN)呈现上升趋势,400 μg·L-1敌草隆使蛋白核小球藻Fv/Fm参数值下降了41%。实验选用的三种实验藻在四种除草剂单独和混合胁迫下均发生了不同程度的光抑制效应,表现出光合效率、电子传递速率、光合活性的降低和光保护能力的增强,藻类自身具有一定的光保护机制可以降低除草剂的影响。除草剂能够影响藻细胞叶绿素荧光强度,其中灭草松对蛋白核小球藻的影响最为显著,在400 μg·L-1灭草松影响下蛋白核小球藻的叶绿素荧光强度下降了44%。     

ClO2 预氧化高藻水过程中DOM三维荧光特征变化分析

为探明饮用水处理中ClO₂预氧化高藻水过程DOM三维荧光特征的变化规律,采用三维荧光光谱研究了ClO₂预氧化过程藻类胞内外溶解性有机物组分变化,并通过荧光体积积分法定量分析了DOM组分变化规律。结果表明,高含铜绿微囊藻原水的IOM荧光特征光谱有4个较为明显的荧光峰,主要为类酪氨酸类物质与类色氨酸类等代表的蛋白类荧光峰、腐殖酸类荧光峰、富里酸类荧光峰及可溶性微生物代谢产物峰,占比分别为14.52%,48.27%,16.22%和20.99%;而EOM荧光特征光谱只有1个较为明显的荧光峰,主要为可溶性微生物代谢产物,占比为63.14%,藻类有机物主要含在IOM中。在经过0.5 mg·L-1的ClO₂预氧化后,3 min内叶绿素a的去除率达到73.58%,IOM中以氨基酸、蛋白质及富里酸为代表的Ⅰ区、Ⅱ区及Ⅲ区物质释放至胞外并被ClO₂氧化为类腐殖质。随着ClO₂预氧化的进行,藻细胞不断破裂,IOM释放到水中,造成胞外EOM总响应值的提高,即EOM总响应值增加了54.89%,而IOM总响应值降低了51.50%。因此,饮用水处理高藻水时应该特别注意藻细胞IOM的释放,应选用合适氧化时间,在保证除藻效果良好的情况下,尽可能减少IOM的释放;该研究将为饮用水预氧化除藻及藻类消毒副产物的控制提供一定的理论基础和科学依据。     

铜胁迫下玉米叶片反射光谱的红边位置变化及其与叶绿素的关系

采用5级梯度铜胁迫砂培试验,通过测定叶片反射光谱曲线和叶绿素含量,研究铜胁迫对玉米叶片反射光谱与叶绿素含量的影响。研究表明：玉米叶片反射光谱的红边位置与铜胁迫浓度显著相关(R2≥0.5755),且存在明显的“红边蓝移”现象,即叶片光谱红边位置向短波方向移动。随着铜胁迫浓度的升高或胁迫时间延长,红边蓝移程度增加。不同胁迫浓度之间,叶绿素a、叶绿素b含量及二者比值 (Chla/Chlb)均差异显著(p分别为0.002,0.007和0.001)。叶绿素a、b比值(Chla/Chlb)与培养液中铜浓度呈显著负相关(R=-0.898);Chla/Chlb与平均红边波长显著正相关(R=0.814)。这表明随着铜胁迫浓度升高,Chla/Chlb降低,叶绿素b相对于叶绿素a升高,叶片反射光谱的红边位置蓝移。铜胁迫改变了玉米叶片中Chla和Chlb含量和比值,由此导致的色素吸收光谱变化,是铜胁迫导致叶片反射光谱红边蓝移的可能的生理学成因。     

应用荧光探针研究菠菜叶绿体膜对低强度电磁场的辐射敏感性

应用ANS渗入菠菜叶绿体膜后的ANS荧光光谱和光合细胞Chla荧光参数的变化研究了菠菜叶绿体膜对辐射功率密度为5 mW·cm-2以下的300 MHz低强度电磁场的辐射敏感性。研究发现,在1～5 mW·cm-2的低强度电磁场作用下,菠菜叶绿体ANS荧光光谱的位置没有明显变化,但ANS荧光强度明显增大,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜流动性变小。1～5 mW·cm-2低强度电磁场的作用还使菠菜叶绿体发出的Chla荧光参数F₀减小,f_V／F₀,F_V／F_m和ΔF_V／T增大,F_VI／F_V减小,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜发生了光系统Ⅱ(PSⅡ)无活性中心向有活性中心的转变,PSⅡ潜在活性提高、光合电子传递过程加快,原初光能转换效率增强。菠菜叶绿体膜ANS荧光和Chla荧光对低强度电磁场的这种辐射敏感性说明了低强度电磁场能对菠菜光合作用系统产生非热效应,并且,菠菜光合细胞有可能通过PSⅡ活性中心异质性的转变来适应电磁辐射增强的环境。     

假根羽藻外周天线内能量传递的飞秒光谱研究

在时间相关单光子技术的基础上，对假根羽藻外周天线内叶绿素分子间的能量传递进行研究.采用瞬态吸收与荧光发射谱识别样品内的具有特征光谱组分的分子，得到在叶绿素分子的Q带区主要存在以下六个特征分子：Chlb630,Chlb642,Chla653652,Chla667664,Chla676,680675,Chla683682.630 nm的飞秒脉冲光的激发下，通过对不同特征发射峰出的荧光动力学进行解析得到： 1)Chlb628分子所吸收的能量仅有大约20%被直接传递给其他叶绿素分子,传能时间小于150 fs;2)叶绿素间大部分的能量传递发生在长于76 ps 时间范围内;3)传能时间常量在几百fs及10 ps左右的间接传能可能与具有不同光谱组分特征的叶绿素分子在外周天线内的排列方式以及偶极距的取向有关;4)Chlb654,657652,Chla666664,Chla677,680674和Chla683682以荧光形势耗散能量的时间常量分别为1.41 ns, 1.39 ns, 676 ps, 709 ps，这部分在整个能量耗散中占的比例不超过40%.     

东海硅藻赤潮后海水溶解有机物的荧光特征

利用激发-发射矩阵光谱法(EEMs),测定了2007年4月下旬东海硅藻赤潮消亡后海水溶解有机物的三维荧光,并对荧光特征及其强度与盐度、叶绿素a和碳水化合物的关系进行了分析和讨论。结果显示东海硅藻赤潮后海水中有较强的类蛋白荧光,主要荧光峰有Ex_max/Em_max为270～280/290～315 nm(B峰)和220～230/290～305 nm(D峰)的类酪氨酸荧光峰,230～240/335～350 nm(S峰)和280/320 nm(T峰)的类色氨酸荧光峰,其中B峰强度最大,个别站点荧光强度高达3 955。赤潮消亡主要海区的FI_B/FI_S较大,表明类蛋白溶解有机物主要是由赤潮藻破碎分解产生的类酪氨酸。在255～270/435～480 nm(A峰)和330～350/420～480 nm(C峰)还观察到两种类腐殖质荧光峰,它们的强度低于类蛋白荧光。S峰、A峰和C峰三者之间互相呈较好的正相关,且三者荧光强度与盐度都有显著的线性负相关,其分布均呈现出近岸高远岸低的特点,表明江浙沿岸水的输入是其共同的重要来源。各类荧光峰的强度与叶绿素a的相关性不显著,现存的浮游植物不是赤潮消亡水体中荧光溶解有机物的主要直接来源。     

催化动力学荧光分析新体系Fe(Ⅲ)-H2O2-糠醛缩7-氨基-8-羟基喹啉-5-磺酸的研究

本文对Fe(Ⅲ)催化过氧化氢氧化新试剂糠醛缩7-氨基-8-羟基喹啉-5-磺酸(简称F7A8Q5S)进行了研究,研究结果表明试剂F7A8Q5S本身荧光很弱,被氧化后呈现强荧光,其荧光峰为λex/λem=330/405(nm),Fe(Ⅲ)的含量在0.0～40.0μg·L-1范围内与荧光强度呈良好线性,检测下限为4.68ng·L-1,由此建立了新试剂F7A8Q5S催化荧光测定痕量Fe(Ⅲ)的新方法,方法用于铸造铝合金中Fe(Ⅲ)的含量测定,结果满意.     

东海海水中荧光溶解有机物质的三维荧光光谱特征

2005年3～4月在东海采集了海水样品,利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了水体中溶解有机物质的荧光性质,通过荧光光谱图中荧光峰的位置、数量、强度的变化及荧光峰之间的相关性,初步判断了荧光物质的种类、分布和来源。东海水体中检测到七种荧光峰,分别为高、低激发波长类色氨酸和类酪氨酸荧光峰、紫外腐殖质荧光峰、可见腐殖质荧光峰和海洋腐殖质荧光峰,其中荧光峰B, S和A出现在整个调查海区中;荧光峰T和D出现在调查海域的北部;类腐殖质荧光峰M和C只出现在部分站位的水样中。荧光物质在研究海域表层的主要来源为长江输入,在中层,荧光物质是长江输入和浮游植物共同作用的结果。不同荧光峰强度之间具有较好的正相关性,表明调查海域水体中的类蛋白荧光物质和类腐殖质荧光物质有着相同的来源或在结构上具有某种联系。     

Analysis of Natural Phytoplankton Populations by Pattern Recognition of Two-Dimensional Fluorescence Spectra

Two-dimensional Fourier-transform-based pattern recognition is used to characterize natural populations of marine algae by their two-dimensional, in vivo fluorescence spectra. The two dimensional fluorescence spectrum, termed an excitation-emission matrix (EEM), is acquired using a portable, multichannel fluorescence spectrophotometer (PMFS). Natural populations in the Gulf of Mexico south of Louisiana and the coastal area near Savannah, Georgia are characterized by their measurement of in situ fluorescence. Characterization of unknown populations is achieved by comparing the unknown EEMs to a collection of standard EEMs acquired from 23 species (6 classes) of marine algae. Pattern recognition results from data collected along the Georgia coast indicating diatom populations were confirmed by microscopic examination of selected samples.     

超分子荧光探针用于环境水样中百草枯的测定

基于七元瓜环可使中性红的荧光增强从而设计荧光探针,当在荧光探针中加入百草枯后荧光强度又逐渐降低,利用此种超分子配合物的荧光“开-关”效应,从而建立了一种新颖的检测百草枯的荧光方法。当百草枯浓度在(1~8)×10-6 mol·L-1范围内,百草枯浓度与探针的荧光强度具有良好的线性关系,且检出限为1.4×10-8 mol·L-1,加标回收率为104%~108%,可在河水样品中检测百草枯的含量。     

Measurement of Light and pH Dependence of Single-Cell Photosynthesis by Fluorescence Microscopy

Measurement of algal photosynthetic performance with conventional methods requires thousands of cells obtained by isolation and subsequent cultivation. This is a time-consuming process for many species. We describe a new method to study photosynthetic performance of single algal cells under various environmental conditions by a combination of modulated chlorophyll fluorescence, light microscopy, and sample manipulation techniques. Single cell fluorescence was measured with a modulated microfluorometer integrated in an inverted microscope. The algal cell was sucked onto the tip of a glass microcapillary and positioned in the center of the field of view of the microscope by a micromanipulator. A superfusion device was used to generate a flow of experimental solution of variable composition along the alga. The light dependence of Scenedesmus obtusiusculus single-cell photosystem II (PSII) electron flow was measured at various pH. At a high light intensity PSII electron flow was inhibited at pH 6.5 and higher, while at a low light inhibition occurred at pH 9.5. This is in agreement with inhibition of photosynthesis by substrate (CO₂) limitation at alkaline pH. This approach can easily be extended to study the in vivo effects of other abiotic parameters (temperature, nutrients, toxicants, oxygen) on the photosynthetic performance of algae.     

激光诱导荧光光谱快速检测食源性致病菌

近年来,由微生物污染引起的食品安全问题对人类健康构成威胁。微生物的快速检测对食品安全具有重要意义。目前,微生物快速检测技术存在操作困难,成本高的不足。激光诱导荧光光谱(LIFS)具有灵敏度高、操作方便、设备相对便宜等优点,为微生物的快速检测提供了一种潜在技术。利用便携式405 nm激光激发三种常见食源性致病菌(粪肠球菌、鼠伤寒沙门氏菌和铜绿假单胞菌)的荧光,并利用微光纤光谱仪检测光谱。通过调节激光器功率(10～100 mW)得到粪肠球菌的荧光强度,验证了激光器功率(Power,P)与细菌荧光强度的关系,结果表明最佳激光器功率范围为50～80 mW。测量了在激光器功率P=50 mW时细菌样品的荧光光谱,并讨论了细菌种类和荧光光谱之间关系。结合文献分析粪肠球菌在528 nm处出现黄酮的荧光峰,铜绿假单胞菌中的原卟啉发射634 nm荧光峰。实验结果表明：(1)铜绿假单胞菌在634和703 nm处的荧光峰,可作为直接识别特征;(2)基于多元统计,将粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的光谱划分为9个特征区,采用动态聚类法得到粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌的识别率均达到100%。结果表明,激光诱导荧光光谱法可有效检测铜绿假单胞菌、粪肠球菌和鼠伤寒沙门氏菌。相较于其他微生物快速检测技术,LIFS方法操作方便,检测速度快,识别率高,对食源性致病菌的快速检测具有重要的应用价值。     

基于藻类光合作用抑制效应的敌草隆毒性响应参数研究

藻类作为单细胞生物,其个体小、易培养、对毒物敏感、且能够观察细胞水平上的中毒症状,是快速检测水质生物毒性的理想受试生物。“藻类生长抑制试验”依赖于藻类细胞的繁殖代谢过程,测量周期长,无法满足生物毒性快速检测的需求。藻类光合作用过程对污染物毒性的响应速度和灵敏度显著优于“藻类生长抑制试验”,以藻类光合作用状态为毒性测试指标可大幅缩短毒性检测时间。现有“光合作用抑制实验”多采用可变荧光Fv或最大光化学量子产量Fv/Fm作为生物毒性反应终点,缺乏对多个光合荧光参数响应敏感性的对比分析,造成生物毒性定量检测的灵敏度不高。以蛋白核小球藻为受试对象,以叶绿素荧光作为藻类光合作用状态快速无损探针,采用荧光动力学手段测量藻类光合荧光参数,对典型除草剂DCMU抑制下的多个光合荧光参数的毒性响应敏感性进行对比分析,得到适用于快速、定量评价DCMU胁迫效应的关键光合参数,提高DCMU生物毒性检测的速度和灵敏度。结果显示：(1)DCMU对光合荧光参数F₀,Fm,σ_PSⅡ,τ_QA,Fv,Fv/Fm, Yield,rP,NPQ,α响应显著,其中参数α,rP,Fv/Fm,yield和NPQ在5 min即呈现出类似时长（96 h）的响应效应;(2)参数α,rP,Fv/Fm,yield和NPQ的5 min抑制程度对DCMU浓度具有良好的剂量效应关系。其中,参数NPQ的相关系数和EC_{50-5 min}分别为0.998 5和2.41 μg·L-1,显著优于其他四个参数,且优于96 h的测量结果。采用光合荧光参数NPQ作为5 min定量测量DCMU生物毒性的反应终点,可极大缩短DCMU生物毒性的检测时间（从96 h缩短至5 min）,并显著提高检测灵敏度（与光合抑制方法常规参数Fv/Fm相比,EC₅₀降低了81.4%）。实验结果为基于藻类光合抑制效应的DCMU生物毒性定量检测提供了基础数据,研究方法也为其他污染物胁迫下的藻类光合荧光参数筛选提供了参考。     

Effect of sonication frequency on the disruption of algae

In this study, the efficiency of ultrasonic disruption of Chaetoceros gracilis, Chaetoceros calcitrans, and Nannochloropsis sp. was investigated by applying ultrasonic waves of 0.02, 0.4, 1.0, 2.2, 3.3, and 4.3 MHz to algal suspensions. The results showed that reduction in the number of algae was frequency dependent and that the highest efficiency was achieved at 2.2, 3.3, and 4.3 MHz for C. gracilis, C. calcitrans, and Nannochloropsis sp., respectively. A review of the literature suggested that cavitation, rather than direct effects of ultrasonication, are required for ultrasonic algae disruption, and that chemical effects are likely not the main mechanism for algal cell disruption. The mechanical resonance frequencies estimated by a shell model, taking into account elastic properties, demonstrated that suitable disruption frequencies for each alga were associated with the cell’s mechanical properties. Taken together, we consider here that physical effects of ultrasonication were responsible for algae disruption.