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應(yīng)用自動(dòng)在線流式細(xì)胞術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海洋海岸微生物濃度

瀏覽次數(shù):899 發(fā)布日期:2023-3-23  來源:澤泉
摘要
海洋微生物無處不在,通過光合作用和生物地球化學(xué)循環(huán)等關(guān)鍵過程,在海洋中發(fā)揮著基本作用。由于其很高的更替頻率和不完整的分布,監(jiān)測(cè)時(shí)需要在正確的時(shí)間和空間取樣。使用兩個(gè)在線流式細(xì)胞儀系統(tǒng)對(duì)那不勒斯灣沿岸地區(qū)的海洋微生物進(jìn)行了監(jiān)測(cè),驗(yàn)證一種新的概念,證明該技術(shù)可以作為一個(gè)實(shí)時(shí)水質(zhì)報(bào)警系統(tǒng)的有用工具。建議將細(xì)菌和微型浮游植物濃度作為水質(zhì)的一般指標(biāo),這是評(píng)估環(huán)境條件變化的影響所必需的第一步,隨后將深入分析群落組成是否存在病原體或其他指標(biāo)。在調(diào)查期間,我們發(fā)現(xiàn)在未經(jīng)處理的城市廢物排放區(qū)或河流輸入?yún)^(qū)細(xì)菌濃度高。一般說來,細(xì)菌的豐度與鹽度呈負(fù)相關(guān),這表明它們利用陸地來源的有機(jī)物進(jìn)行生長。所使用的技術(shù)方法也是根據(jù)旨在評(píng)估和改善歐洲海洋水域質(zhì)量的歐洲指令2008/56/EC,是監(jiān)測(cè)沿海地區(qū)的一種有用和快速的方法。

介紹
海洋微生物具有高度的動(dòng)態(tài)性,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)性質(zhì)的變化反應(yīng)非常快,從而導(dǎo)致急性污染事件為了捕捉這些反應(yīng)并確定其原因,需要高頻準(zhǔn)確的測(cè)量。大多數(shù)用于監(jiān)測(cè)海洋微生物的方法都存在重復(fù)性低、響應(yīng)時(shí)間長和對(duì)勞動(dòng)力要求高的問題。流式細(xì)胞術(shù)提供了一個(gè)解決這些限制的方法,允許快速、準(zhǔn)確和可復(fù)制的海洋微生物計(jì)數(shù),并在海洋生態(tài)學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。流式細(xì)胞術(shù)是一種利用散射和熒光來鑒別和計(jì)數(shù)細(xì)胞類型的非軸測(cè)、基于單細(xì)胞的方法。由于光合色素的自熒光性,光合微生物可以直接分析,而非自熒光微生物(如異養(yǎng)細(xì)菌)則需要在分析前進(jìn)行染色。染色步驟需要樣品處理和孵育時(shí)間,這是正確評(píng)估細(xì)胞濃度所必需的。在環(huán)境科學(xué)中,自動(dòng)流式細(xì)胞術(shù)已用于自發(fā)熒光微生物和染色后的異養(yǎng)細(xì)菌。我們將這兩種方法結(jié)合起來,分別使用了用于在線分析光營養(yǎng)微生物的Cytosense(CytoBuoy BV)和連接到海洋航行船的泵的OnCyt自動(dòng)流式細(xì)胞儀(OnCyt Microbiology AG)。證明了高空間分辨率監(jiān)測(cè)表面微生物分布是可行的,并提供了有用的第一手信息,可用于快速和實(shí)時(shí)地指示水質(zhì)。

材料和方法

2017年6月19日在RV Vettoria上采樣。地表水由船泵通過在線熱鹽計(jì) (SBE45 MicroThermalSalinograph,Seabird Electronics),測(cè)量溫度和鹽度,并通過在線熒光計(jì)測(cè)量總熒光(CycloPS7,Turner Design 連接databank)。然后,水流過采樣裝置,并依次通過Cytosense流式細(xì)胞儀(Cytobuy BV)和OnCyt在線流式細(xì)胞儀(OnCyt Microbiology AG)。

Cytosense每2分鐘分析一次樣品,而OnCyt每13分鐘(取決于染色時(shí)間)分析一次樣品,對(duì)應(yīng)每1km 采樣一次,取決于船速。常規(guī)流式細(xì)胞儀分析的離散樣本每10分鐘在表面采集一次,以驗(yàn)證onCyt計(jì)數(shù)。在,將這些樣品固定、冷凍并稍后在實(shí)驗(yàn)室用SYBRGreen染色后進(jìn)行分析。從CytoSense中,獲得了Synechochoccus sp(藍(lán)藻)、微微真核生物(1-3μm大小的混合種群)和納米真核生物的計(jì)數(shù)(2-10μm大。瑫r(shí)onCyt提供非熒光,主要是異養(yǎng)細(xì)菌的濃度。

結(jié)果與討論

盡管對(duì)于自養(yǎng)微微浮游生物(藍(lán)藻和微微真核生物),onCyt系統(tǒng)與傳統(tǒng)流式細(xì)胞術(shù)的比較已有報(bào)道,而且對(duì)于異養(yǎng)微生物,onCyt系統(tǒng)已用于淡水系統(tǒng),但其在海水中的應(yīng)用仍需測(cè)試。因此,我們調(diào)整了染色方案,以適應(yīng)onCyt在培養(yǎng)溫度和時(shí)間方面的需要。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,在含50 mM EDTA染色之前,樣品中加入多聚甲醛和戊二醛的混合物(1%和0.05%最終濃度)。使用CytoSense和onCyt獲得的細(xì)胞計(jì)數(shù)與通過常規(guī)流式細(xì)胞術(shù)獲得的計(jì)數(shù)顯著正相關(guān),如圖所示,對(duì)于細(xì)菌,計(jì)數(shù)和亞群(高核酸,HNA和低核酸,LNA,圖1c和d)都適用。

 

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圖1 通過CytoSense、onCyt和常規(guī)流式細(xì)胞術(shù)(Verse)獲得的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

a)CytoSense Vs Verse藍(lán)藻聚球藻計(jì)數(shù)的相關(guān)性b)onCyt Vs Verse總異養(yǎng)細(xì)菌計(jì)數(shù)的相關(guān)性c)通過onCyt獲得的異養(yǎng)細(xì)菌的流式圖d)通過Verse獲得的異養(yǎng)細(xì)菌生的流式圖

 

上船后,兩臺(tái)流式細(xì)胞儀在熱鹽分析儀之后連接到船上的采樣線上。然后海水被分成兩條線,一條通向CytoSense,另一條通向onCyt。兩臺(tái)儀器同時(shí)采集了樣本。
 

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圖2 顯示了船的軌跡以及巡航期間收集的溫度、鹽度和熒光值。

兩個(gè)低鹽度區(qū)域很明顯,一個(gè)靠近港口(Torre Annunziata),另一個(gè)位于受薩諾河(Sarno)影響的區(qū)域。第一個(gè)位于離海岸一英里的城市垃圾收集站附近。第二條河流與薩諾河相對(duì)應(yīng),薩諾河流經(jīng)幾個(gè)農(nóng)村和城市地區(qū),然后排入那不勒斯灣。a)溫度,b)葉綠素?zé)晒,c)航跡,d)鹽度。箭頭表示鹽度較低的地點(diǎn),Torre Annunziata(上圖)和Sarno(下圖)

 

細(xì)菌總濃度顯示出這兩個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的峰值,第一個(gè)區(qū)域(Torre Annunciata)的最高濃度為1.5 x 106cell/ml,第二個(gè)區(qū)域(Sarno)的濃度為1.4 x 106cell/ml(圖3)。盡管HNA在Torre Annunziata占主導(dǎo)地位,但HNA和LNA均存在于Sarno現(xiàn)場(chǎng)(未顯示),表明采樣軌跡沿線的群落組成發(fā)生了變化。事實(shí)上,HNA和LNA現(xiàn)在被識(shí)別為不同的細(xì)菌集群,最終代表了相同的較大分支,但屬于不同的分類單元,而不像以前認(rèn)為的那樣,是更多(HNA)或更少(LNA)活性細(xì)菌。

 

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圖3 樣本軌跡(左側(cè))和中異養(yǎng)細(xì)菌總濃度(右側(cè))cell/ ml

在Sarno現(xiàn)場(chǎng)采集的樣本顯示存在大腸桿菌,這是近期糞便污染的指標(biāo),但在Torre Annunziata現(xiàn)場(chǎng)(Milva Pepi,pers.Comm.)沒有,這表明在僅根據(jù)細(xì)菌總濃度正確評(píng)估人類健康風(fēng)險(xiǎn)之前,進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)菌分析的重要性。有毒藻類也是如此,其中單獨(dú)的分類鑒定并不總是與必須使用其他適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法證明的毒素的存在相對(duì)應(yīng)。

 

自養(yǎng)微生物組分也顯示出兩個(gè)區(qū)域之間的明顯分離,藍(lán)細(xì)菌聚球藻(Synechococcus)在南部地區(qū)占優(yōu)勢(shì),而微微真核生物和隱藻在北部地區(qū)占優(yōu)勢(shì)(圖4)。這也證實(shí)了先前的觀察結(jié)果,表明原核生物(藍(lán)藻)與大型真核生物(微微真核生物和隱藻)對(duì)不同的環(huán)境線索做出反應(yīng),后者通常負(fù)責(zé)總?cè)~綠素的峰值(如熒光模式所示,圖1b)。

 

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圖4 樣本軌跡(左側(cè))和a)聚球藻b)微微真核生物c)隱藻濃度cell/ml

結(jié)論

自動(dòng)高頻流式細(xì)胞儀被證明是一種檢測(cè)海洋微生物的成本效益高、速度快的方法,允許實(shí)時(shí)測(cè)量細(xì)胞濃度與環(huán)境因素相關(guān)性,以便解釋和潛在地用作水質(zhì)標(biāo)志,并為進(jìn)一步干預(yù)鋪平道路。反過來,微生物群落,特別是異養(yǎng)細(xì)菌,似乎是環(huán)境條件變化的有用標(biāo)志,需要考慮并納入水質(zhì)評(píng)估,如歐洲指令2008/56/EC所要求的,其目標(biāo)是在2020年內(nèi)達(dá)到所有歐洲水域的良好環(huán)境狀態(tài)(GES)。

由于細(xì)菌細(xì)胞總數(shù)可能不會(huì)進(jìn)一步反映致病性或毒性對(duì)人類健康的風(fēng)險(xiǎn),因此必須謹(jǐn)慎行事。然而,流式細(xì)胞術(shù)可能是首次篩選的一種有價(jià)值的方法,實(shí)時(shí)預(yù)警潛在的關(guān)鍵位點(diǎn),以便通過其他方法進(jìn)一步監(jiān)測(cè)和控制。
 

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