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可长期、自动工作的“水下分子生物学实验室” 全球**套可在水下原位对产毒藻（和藻毒素）进行定性定量监测的系统 近30年来，全球水体富营养化日趋严重，各地水体频繁爆发有害藻华（Harmful Algal Blooms， HABs）。在海洋中，主要由甲藻和硅藻引起的赤潮对海洋生态造成了严重破坏，每次赤潮往往都对水产养殖业造成巨大损失，人们由于误食富集了赤潮毒素（如麻痹性贝毒PSP、腹泻性贝毒DSP、神经性贝毒NSP、遗忘性贝毒ASP等）的水产品后导致中毒的现象也频见报道。在淡水中，经济发达地区的湖泊、水库等水体经常爆发蓝藻水华，由于这些水体多是城市供水水源地，蓝藻水华伴生的蓝藻毒素（如微囊藻毒素、鱼腥藻毒素等）严重威胁着人们的饮用水安全！有害藻华的爆发对生态系统有严重的破坏，而如果藻华能产毒的话，就直接威胁到人们的生命安全！ 目前，我国各级监测部门已将藻毒素的监测纳入日常监测项目中，但这还远远不够！我们知道，能形成藻华的藻中有一部分是能产毒的，而这些能产毒的藻并不是在整个生活史中都时时刻刻在产毒。对于预警而言，当藻毒素已经产生了再进行预警，时间上往往已经较晚。那么，是否有一种方法可以在产毒藻尚未产毒之前就可以预警呢？ 常规的采样监测方法往往需要每隔2周-2个月去采样然后回来测量，看是否有藻毒素存在。两次测量都没有藻毒素的存在是否就一定能说明两次测量之间（2周-2个月）没有藻毒素的产生呢？ 对于供水水源而言，如果两次测量之间产生了蓝藻毒素而我们却不知道，就会严重威胁到人们的饮用水安全！是否有一种方法可以在水下原位、在线、连续监测水体中是否有产毒藻和藻毒素的存在呢？ 为此，美国蒙特雷海洋研究所（Monterey Bay Aquarium Research Institute， MBARI）所长Chris Scholin博士带领的由生物学家、机械工程师和电子工程师组成的研究团队，花费近二十年时间研发出一款产毒藻及藻毒素在线监测系统ESP（演示视频下载：视频1、视频2）。ESP是一台全自动的水下分子生物学实验平台，可以在水下原位自动采样、过滤浓缩、破碎细胞、抽提核酸、进行三明治杂交（或竞争性酶联免疫吸附试验）、显影并拍摄、远程传输数据到岸上的监测中心。利用这种方法，在产毒藻还未爆发或还未产毒之前，就可以对其进行监测，结合藻毒素的测量，就能很好的对水质进行早期预警。 Image Source: MBARI， Moss Landing， CA （演示视频下载：视频1、视频2） 产毒藻在线监测系统ESP于2009年开始由美国Spyglass公司进行商业化操作，于2010年正式投产，并于当年销售出10台。其中国际上***的海洋研究所Woods Hole海洋研究所（WHOI）6台、美国海洋与大气管理局（NOAA）1台、美国海岸带观察与预测中心（CMOP）1台、加拿大不列颠哥伦比亚大学1台和新加坡DHI公司1台。其中，WHOI的6台ESP的用户是国际上赤潮研究领域大名鼎鼎的Don Anderson教授，第1台ESP是由美国环境保护局（EPA）出资购买给Anderson教授使用的，后面的5台由美国自然基金委、美国海洋与大气管理局（NOAA）、美国环境健康科学研究所等联合资助。 2011年1月20日，ESP获得由美国联邦实验室联盟颁发的2011年度“联邦实验室联盟技术转化杰出奖（Federal Laboratory Consortium award for Excellence in Technology Transfer）”。 主要功能 ► 长期、自动、连续监测产毒藻和藻毒素的变化 ► 长期、自动、连续监测特定藻、细菌、浮游动物等的变化 ► 提供定制化分子探针组合套装，完善解决客户的特殊需求 ► 监测结果可无线传输到岸上基站 ► 可水下原位工作（耐受50 m水压），也可在监测平台或水站房中工作 ► 可在水下采集并保存样品，等回收后在实验室进行分析 应用领域 ► 有害藻华的监测预警 ► 赤潮藻特别是产毒藻和藻毒素的监测 ► 水华蓝藻特别是产毒藻和藻毒素的监测 ► 环境监测、浮游植物生态学研究 ► 海洋学与湖沼学研究 ► 饮用水水源地安全监测 ► 水厂供水安全监测
检测的样品种类 ESP是一个完全自动化的水下分子学实验室，目前主要采用三明治杂交（Sandwich Hybridization Assay， SHA）和竞争性酶联免疫吸附试验（competitive Enzyme-Linked Immunosorbent Assay， cELISA）两种方法来进行分子检测。但ESP并不局限于这两种方法，仪器厂家会不断更新采用新的适用于ESP的分子方法，用户也可以开发编程新的分子方法应用于ESP。 目前用于检测的探针主要针对部分产毒藻、细菌和浮游动物，但能检测的类型不限于下面列出的种类。在不对ESP硬件系统做任何改动的情况下，只需要设计合适的探针和试剂盒，就可以对新的种类进行检测。 有害藻华相关藻类 ► 链状亚历山大藻（Alexandrium catenella） 该种分布广，北美、欧洲、南非、智利阿根廷和亚洲海域均有分布，青岛胶州湾、浙江、天津等海域可见。产生PSP毒素，毒害人类、鸟类和鱼类等。 ► 塔玛亚历山大藻（A. tamarense） 典型有毒赤潮藻，分布广，在较暖的海域里发生赤潮的频率较高，日本海、菲律宾、马来西亚、埃及、西班牙、阿根廷、意大利、美国、澳大利亚、香港等地均有赤潮记录。我国海域在南海大鹏湾、厦门海域和胶州湾均有发现，需警惕该种引发赤潮。产生PSP毒素，毒害人类、鸟类和鱼类等。 ► 赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo） 世界近岸海域广布种，在温带近海底层水温>15～20℃的夏季大量繁殖。该种在大连湾、胶州湾等曾多次形成赤潮。 ► 澳洲拟菱形藻（Pseudo-nitzschia australis） 广泛分布于上升流（upwelling）海域中，能产生软骨藻酸（Domoic Acid， DA）。软骨藻酸DA是遗忘性贝毒ASP的活性成分。澳洲拟菱形藻经常导致DA中毒，在北美西海岸、新西兰和欧洲的贝类养殖场曾经因为澳洲拟菱形藻爆发而关闭。 ► 多列拟菱形藻/伪优美拟菱形藻（P. multiseries / Pseudodelicatisima） 在中国东南沿海有分布。该种能产生软骨藻酸DA，导致中毒。 ► 尖刺拟菱形藻（P. pungens） 中国东南沿海常见种。该种能产生软骨藻酸DA，导致中毒。 ► 短凯伦藻（Karenia brevis）[曾用名短裸甲藻（Gymnodinium breve）] 典型有毒赤潮藻，世界范围内广泛分布，能产生神经性贝毒NSP，其活性成分是短裸甲藻毒素brevetoxins。 ► 米氏凯伦藻（K. mikimotoi） 典型有毒赤潮藻，世界范围内广泛分布，我国东海曾多次爆发米氏凯伦藻赤潮。 ► K. papilionacea 主要分布于澳大利亚和新西兰海域。 ► K. selliformis 主要分布于澳大利亚和新西兰海域。 ► 铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和其它微囊藻（探针即将上市！） 世界范围内主要产毒蓝藻水华种源之一，我国广泛分布并频繁爆发蓝藻水华。其产生的微囊藻毒素严重危害供水安全。 ► 其它产毒的淡水和海水藻（探针将陆续上市！） 藻毒素 ► 软骨藻酸（Domoic Acid， DA） 软骨藻酸DA是遗忘性贝毒ASP的活性成分，主要由拟菱形藻产生。 ► 麻痹性贝毒（PSP）（探针即将上市！） ► 神经性贝毒（NSP）（探针即将上市！） ► 腹泻性贝毒（DSP）（探针即将上市！） ► 微囊藻毒素-LR（探针即将上市！） ► 微囊藻毒素-RR（探针即将上市！） ► 其它藻毒素 （探针将陆续上市！） 细菌 ► ARCTIC96BD-19 ► EB750-1B7 ► KTCC1119 ► Marine Alpha Proteobacteria ► Marine Cyanobacteria ► Marine Group 1 Crenarchaea ► Marine Group 2 Euryarchaea ► OM60 ► SAR11 ► SAR86 clade III ► SAR86 clades I-II 动物幼虫 下面列的这些动物的幼虫多营浮游生活，可以通过ESP系统利用三明治杂交技术进行野外自动分析。 ► 蔓足亚纲(Cirripedia) 属于节肢动物门甲壳纲。全部海生，成体固着生活，背甲变成含石灰质的外壳，包被体或全身。头部不明显，一般为雌雄同体。如藤壶(Balanus)、石砌(Pollicipes)等。 ► 哲水蚤目（Calanoida），但不包括纺锤水蚤属（Acartia）、北镖水蚤属（Arctodiaptomus）、Candacia、真镖水蚤属（Eudiaptomus）、Pseudocalanus、Skistodiaptomus、歪水蚤属（Tortanus）和Neocopepoda的其它目。（Clade Calanoida， subset exclusive of Acartia， Arctodiaptomus，Candacia，Eudiaptomus，Pseudocalanus， Skistodiaptomus，Tortanus and other orders in the Neocopepoda.） 哲水蚤目（Calanoida）是节肢动物门（Arthropoda）、有颚亚门（Mandibulata）、甲壳纲（Crustacea）、桡足亚纲（Copepoda）的一目。该目种类很多，海洋种类即已超过1700种。哲水蚤目下分同哲水蚤族、等哲水蚤族和异哲水蚤族，前二者全是海生种，在异哲水蚤族中有一些淡水种和半盐水种。该目动物大多营浮游生活，少数营底栖生活。[1]食性为滤食型。滤食水中硅藻、细菌、有机碎屑等的悬浮颗粒。该目动物（如中华哲水蚤）是许多经济鱼类和幼鱼的基本饵料。有些种类（如飞马哲水蚤）因数量大，分布广，又具有较高营养价值，可作为家畜和人类的食物。此外，有些种既可作为海流或水团的指示种，又可作为实验生态、生理、生化的研究对象。 ► Calyptogena属 蛤类，尚无中文名。 ► 短尾下目（Brachyura） 螃蟹，学术上称短尾下目（学名：Brachyura），是十足目中的一个类，由于节肢动物门中的分类还有争议，因此有时它也被看做一个亚目。这个类中的大多数动物生活在海中，但也有不少生活在淡水中或陆地上。 ► 甲壳纲（Crustacea） 无脊椎动物，节肢动物门中的第3个大纲。种数仅次于昆虫纲和蛛形纲。绝大多数水生，以海洋种类较多。 ► 真核生物（Eukaryota） ► 青蟹（Carcinus maenas） 入侵生物。是欧洲和北非的原生物种，被引入至美国、澳洲及南非。牠们食量大且为广盐性兼广食性物种。在一些引入此种大食量捕食者的地区，已经造成其它螃蟹及双壳贝物种的减少。在适宜的环境中，雌性个体一次可产卵达到18万5千颗，这些卵在孵化为浮游性幼体前，会黏附在雌性的泳足上数个月。 ► 西伯加虫科（Siboglinidae） 属于须腕动物门（Pogonophora）。该门动物是一类海生、非常长的蠕虫形的后生动物，*长可达36cm；是**没有口和消化管的非寄生三胚层无脊椎动物。 ► 贻贝属（Mytilus） 贻贝是属于双壳类的一种贝类，卵很小，直径大约70微米左右。每个母体产卵可达1200万粒。在实验室里培养的个体，产卵时可使整个培养缸中的水变浑。卵在海水中遇到精子即受精发育。经过担轮幼虫和面盘幼虫时期，大约3—4个星期便沉至海底用足爬行，以后分泌足丝附着在外物上，变态成小贻贝，过固着的生活。在沿海各地的工厂里，常常汲引海水作为冷却用水，在引海水的同时，常常也把海水中所含的贻贝幼虫引了进来。这些幼虫进到海水管道里以后，可以很快地固着在水管壁上生长起来。由于工厂每天都在大量用水，引水管里的水流经雷保持很快的速度，所以就给这些小贻贝带来了大量的食料和氧气，使它能在管道里很好的生长。这样贻贝便很快的一个粘一个的聚生在管道的内壁上，无形中就等于加厚了管璧，缩小了水管的直径，这样就会大大地减少引进海水的数量，有时甚至于把管道完全堵塞，以至不得不暂时停工检修。现在已经采取措施防止贻贝在管道里生长。 ► 食骨蠕虫属（Osedax） 2009年科学家在蒙特雷峡谷新发现的蠕虫，主要有两种Osedax rubiplumus和Osedax frankpressi。它们以死鲸骨头为生，没有眼睛、腿、嘴和胃，但是长着色彩鲜艳的柔软的纤毛，还有绿色的“根”。这种“根”可以渗入死鲸的骨头，在共生细菌的帮助下，吸收其中的营养。它们*引人注目的地方是柔软的红色纤毛，它们伸入水中，起着鳃的作用。在受到刺激时，蠕虫身体可以缩成一个透明的管子。身体另一端伸到了死鲸的骨头中，膨大形成一个囊。绿色的根就从囊中伸出，根上有许多与其共生的细菌，这些细菌可以分解鲸骨中的油。 ► 多毛纲（Polychaeta） 多毛纲是环节动物门下的一个纲，是环节动物中*多的及比较原始的一类，有6000多种，除极少数为淡水生活外，其他均为海洋生活。常见的种类如沙蚕（Nereis），沙蠋（Arenicola）、巢沙蚕（Diopatra）等。从生态习性上，多毛类可分为两种生活类型。一种是自由生活的，包括在海底泥沙表面爬行的种类、钻穴的种类、自由游泳的以及远洋生活的种类，通称为游走类（Errantia）。另一种是不能自由活动的，包括一些管居的或固定穴居的种类，通称为隐居类（Sedentaria）。多毛类动物绝大多数种类体长10cm左右，直径2-10mm，但*小的种类体长不足1mm，*长的可达2—3m。多毛纲中一些种是在大洋中营浮游生活，例如浮蚕科（Alciopidae）、玻璃虫科（Tomopteridae）等，它们像其他浮游动物一样，身体往往是透明的，其运动的方式也像沙蚕的爬行运动一样，例如玻璃虫（Tomopterls），其疣足特化成膜状羽枝，刚毛已消失，触手极长，适合于浮游生活。 ► Podoplea，除了Gymnoplea（包括Calanoida）外的所有5个目 甲壳类动物。 ► Provannidae Provannidae is a family of deep water sea snails， marine gastropod mollusks in the clade Caenogastropoda (according to the taxonomy of the Gastropoda by Bouchet & Rocroi， 2005). |
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