【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】產(chǎn)毒藍藻水華威脅水生態(tài)系統(tǒng)健康和飲用水安全，除了在淺水湖泊常見的微囊藻水華之外，新型水華藍藻——拉氏尖頭藻(Raphidiopsis raciborskii)由于其入侵性、高毒性、暴發(fā)性等特征日益受到關(guān)注。拉氏尖頭藻是具有固氮能力的絲狀水華藍藻，曾被稱為拉氏擬柱胞藻(Cylindrospermopsis raciborskii)，具有產(chǎn)毒和無毒株系，其中產(chǎn)擬柱胞藻毒素的藻株主要分布在澳大利亞和東南亞地區(qū)的湖庫水體。
對中國而言，拉氏尖頭藻可能是一種外來入侵物種。國際上普遍認為拉氏尖頭藻是熱帶物種，起源于非洲，目前已傳播擴散到全球亞熱帶和溫帶地區(qū)。2000年以來，中國東南地區(qū)許多水庫型飲用水水源地陸續(xù)發(fā)生拉氏尖頭藻水華，水華形成之前的早期檢測、早期診斷、早期預警對藍藻水華防控十分關(guān)鍵。然而，經(jīng)典的顯微鏡法、流式細胞儀方法不能區(qū)分產(chǎn)毒和無毒株系；直接測定擬柱胞藻毒素的高效液相色譜法需要富集大量水樣，水華發(fā)生之前較難檢測出毒素；普通的熒光定量PCR方法難于對低豐度藍藻進行有效監(jiān)測。因此，研發(fā)快速、簡便、靈敏、精準的方法，進行產(chǎn)毒拉氏尖頭藻早期檢測十分必要。
2009-2010年廈門石兜、坂頭水庫發(fā)生過嚴重的拉氏尖頭藻水華(亦稱為拉氏擬柱胞藻水華)，曾經(jīng)導致水庫供水功能喪失。中國科學院城市環(huán)境研究所水生態(tài)健康研究組研究員楊軍團隊自2009年起，對石兜、坂頭水庫進行長期連續(xù)定位監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)受氣候變化、人類活動和水文過程影響，低水位促進拉氏尖頭藻水華發(fā)生(Yang et al., 2016. Science of the Total Environment 557/558: 445–452)；升溫可降低拉氏尖頭藻水華發(fā)生的營養(yǎng)鹽閾值，甚至中營養(yǎng)條件下發(fā)生藍藻水華(Yang et al., 2017. Water Research 120: 52–63)，水華可顯著改變微型真核浮游生物群落(Liu et al., 2019. The ISME Journal 13: 2196–2208)，特別是在廈門枯水年份(2009–2010年、2014–2015年、2017–2018年、2020年)，拉氏尖頭藻均為絕對優(yōu)勢種，在石兜、坂頭水庫形成不同程度的水華。
楊軍團隊在2018年成功分離、培養(yǎng)產(chǎn)毒拉氏尖頭藻藻株后，利用純培養(yǎng)的藻株建立了基于數(shù)字PCR(dPCR)的檢測方法，可同時檢測拉氏尖頭藻與產(chǎn)擬柱胞藻毒素特異基因。數(shù)據(jù)顯示，dPCR檢測結(jié)果與qPCR方法和顯微鏡計數(shù)結(jié)果均具有較強的相關(guān)性，結(jié)果一致性較高。但是，在拉氏尖頭藻低豐度情況下(1-105 cell L-1)，dPCR精確度更高。此外，在檢測環(huán)境樣品時，dPCR方法檢出率最高，尤其是在低豐度條件下優(yōu)勢更明顯。
研究建立的dPCR方法能夠快速、精準地同時評估環(huán)境樣品中的拉氏尖頭藻豐度和產(chǎn)毒潛力，具有操作簡便、省時高效、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點。在實際應用中dPCR方法的最大優(yōu)勢是檢測限低，能夠在水華發(fā)生之前檢測到低豐度拉氏尖頭藻，因此可以作為風險管理中的早期預警信號；dPCR方法在產(chǎn)毒拉氏尖頭藻鑒別方面也獨具優(yōu)勢，可以同時評估環(huán)境樣品中的拉氏尖頭藻及其產(chǎn)毒潛力；dPCR方法應用于有害藍藻監(jiān)測，可為水庫型水源地管理部門和相關(guān)機構(gòu)提供充足的預警時間，以實施管理優(yōu)化措施，避免或減少有害藍藻造成的經(jīng)濟損失和健康風險。
相關(guān)研究成果以Precision early detection of invasive and toxic cyanobacteria: a case study of Raphidiopsis raciborskii為題，發(fā)表在學術(shù)期刊Harmful Algae上。研究工作得到國家自然科學基金、福建省自然科學基金等的資助。
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