滨松中国
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藻类延迟冷光测量技术
延迟冷光为环境测量提供了新的可能
那么什么是延迟冷光呢?

当组成动植物的物质被光照射时,多少会发射出荧光。荧光通常指在极短的时间内(纳秒或者皮秒级别)消退的光发射。然而,在几秒到几十秒时间范围内慢慢消退的光发射,被称为延迟冷光。

与传统荧光相比,这种延迟冷光极其微弱,所以对其进行测量是非常困难的。所以尽管这种现象早在50多年前就被首次发现,我们还是对其不甚了解,关于其引发机制的理论也各种各样。而且,只有少量的科学家进行此领域的研究。

在滨松光子,早在十多年前,我们就开始专注于延迟冷光的研究。从那时起,我们应用我们自己的低光量测量技术展开了研究,探索能够持续几秒到几十秒的延迟冷光(其光量太低以至于很难探测和研究)。随着从不同生物体获取的延迟冷光数据的累积,以及大量的测量专业技术应用,我们渐渐地打开了这个隐藏的机制。

我们注意到一个事实,延迟冷光会直接反应藻类的光合代谢,并且开始考虑延迟冷光测量技术应用于评测化学物质对藻类的影响。所以我们现在正在进行一项研究,旨在研发适用于该领域的测量装置和实用测试方法。


植物的叶子(左)和延迟荧光图像(右)
可以发现几乎没有叶绿素的区域也几乎没有延迟冷光

藻类暴露于光合抑制剂(抗霉素A)中时延迟冷光衰减曲线的变化
活有机体和化学物质

当我们想到环境污染问题时,我们倾向于首先想到像二噁英这样的化学物质,以及当我们身体接触到会伤害我们健康的物质,或者我们吃的肉、植物、鱼中包含的那些会伤害我们健康的物质。然而,仅仅研究某几种有害的物质是不够的。

比如说,有种化学物质,可能会严重损害某种有机体,而该有机体是生态系统的一部分,通过这种方式该化学物质制造了一种生物失衡,改变了生态系统。当这种情况发生时,我们不知道这种改变将会以何种形式、在何种地点影响其他的生物体和整体环境。有机体,包括我们人类直接的或者间接地被这些化学物质所威胁着,因为我们可能对其引发原因一无所知。

因此,有必要评估化学物质对植物和动物的有害影响(生态风险评估)。化学物质控制法修正案和农业化学品管理法修正案现在需要用藻类、水蚤或者鱼来进行生态风险评估。

在这些对象中,最常用藻类来评估。其包括依照经济合作与发展组织(OECD)建立的测试指南201(TG-201)进行72小时的藻类生长抑制测试。在生长抑制测试中,被测试的化学物质被用在绿色藻类上,然后对这些藻类培养72小时。通过对藻类细胞进行计数来检查物质对生长抑制的程度,由此确定该化学物质对生物的影响。

包括前期准备在内(比如藻类预培养),该项测试不仅需要相当长的时间来研究一种化学物质,而且还花费巨大,比如需要专长于植物培养的专家。据说有超过十万种的物质参与循环,所以以这种方式对所有物质进行研究并不是一项简单的工作。

这些情况已经使得全世界范围内都需要一种简单又迅速的化学物质生态风险评估方法。

目前的生态风险评估测试标准仅仅基于由于化学物质引起的生长抑制,而不包括对毒素表达机制在内的定性评估。因此,有人指出单单这种测试不足以在环境保护上取得进步。


绿藻(左)及其延迟发光图像(右)
延迟冷光大大增加了应用藻类进行生态风险评估的可能性

将延迟冷光运用在评估有毒物质对藻类影响的测试上,是在20世纪80年代被首次提出的。然而直到现在,依然没有既简单又精确的延迟冷光探测技术,所以研究的努力最开始专注于叶绿素荧光,因为这种荧光测量相对简单。

运用延迟冷光的测试技术之优势是速度,因为从测量开始到数据分析的评估可以几小时内完成。这意味着未来可以运用延迟冷光来创造简单的筛选技术(screening techniques),来替代传统的需要几天才完成的生长抑制分析。

除了测试化学物质引起的藻类生长抑制,延迟冷光技术还为未来通过预测新陈代谢抑制途径来评估毒素发展机制带来了希望。

在滨松光子,除了持续不断的研发测试装置以解决目前的技术问题和需求,我们还将通过生产测量套件来提出低成本、易使用的测试技术,从而使得处理藻类变得容易的同时满足生态风险评估的所有需求。