应用细胞芯片技术研究有毒赤潮藻生活史

申请人发展了细胞芯片技术平台并应用于赤潮藻的细胞微环境可控的连续单细胞培养观察研究。探索研究发现，有毒赤潮藻塔马亚历山大的生活史中有孢囊大量释放孢子的过程，在细胞芯片上可以观察到一个孢囊一次可释放50个孢子。这是一个重要而待揭示的赤潮藻生活史缺失环节。同时也说明细胞芯片技术在赤潮单细胞藻类研究中的独特优势。为此，本研究将进一步发展细胞芯片技术及芯片的微环境自动化控制技术，利用这种新的赤潮藻研究技术开展具有规模的芯片上在线连续生活史模拟研究，特别针对这种孢子大量释放的过程制定有毒赤潮藻塔马亚历山大生活史研究的攻关计划。计划以有毒赤潮藻塔马亚历山大为典型赤潮生物开展赤潮藻生活史关键环节的研究。重点弄清楚生成孢囊、产生大量孢子以及这些大量孢子的最终归宿等生活史中缺失环节的动态过程及演化的物理、化学、或生物方面的精确条件。研究结果将为赤潮研究提供新的研究思路和连续的赤潮藻生活史细节。

本研究按计划进行了3个年度的工作，重点是在已有的技术基础上，把赤潮藻生活史研究中的动态观察作为芯片实验室技术发展的主要目标，并且对于研究中发现的赤潮藻释放“游动孢子”的问题进行深入细致的研究。研究成果包括：1 进一步发展了玻璃芯片的内置微泵及集成技术，将内置微泵的尺寸降低到1平方毫米，控制的线路降低为两通路，成果正在整理发表中；2 在芯片上实现10-100毫米范围的浓度梯度控制，该梯度控制主要针对游动速度快的赤潮藻如塔马亚历山大等甲藻的梯度控制；3 以有毒典型赤潮藻塔马亚历山大为例，应用芯片实验室技术可以很好地观察并分离游动营养细胞及其释放的“游动孢子”，有利于对这些“游动孢子”的产生方式及在赤潮藻生活史中的重要作用进行连续显微观察及深入研究；4 发现一个棕鞭藻新种，该藻与细菌一起构成的微环境能够对赤潮种的增殖有控制作用。本研究通过反复确认（以塔马亚历山大为例），发现孢子释放的的一种情况是，孢囊释放出来的“游动孢子”与原来形成孢囊的营养游动细胞的DNA不一致，不属于甲藻，却属于棕鞭藻，说明它们之间有寄生关系；5 同时，这一过程还有细菌的参与，三者间形成复杂的相互作用关系，这三者间的关系在甲藻的生活史中是重要的一环。进一步的研究可能利用这一结果发展出进行甲藻赤潮预测治理的可行性方案。这个方案的要点是，监测有毒赤潮生物的同时监测其生物控制因子。例如监测有毒甲藻塔马亚历山大的同时监测棕鞭藻及细菌生物量。