[发明专利]非外置鞘液流式细胞术在线分析藻类和有色可溶性有机物的方法

说明书

技术领域

本发明属于水质成分在线检测分析技术领域，涉及水中的藻类和有色可溶性有机物（Chromophoric dissolved organic matter，CDOM）的检测，具体地说是一种非外置鞘液流式细胞术在线分析藻类和有色可溶性有机物的方法。

背景技术

藻类指是原生生物界一类真核生物(有些也为原核生物，如蓝藻门的藻类)。主要水生，无维管束，能进行光合作用。其中含有藻胆蛋白，其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体，由色素基团藻胆素和载体蛋白共价结合而成。它分为藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白和别藻蓝蛋白四种，由于它们在不同藻类中的含量不同，致使有的藻类呈现红色，有的则为绿色。国内蓝藻中含有的蛋白以藻蓝蛋白为主，该蛋白的最大吸收峰在620nm附近，能发射强烈的荧光，具有很好的吸光性能和很高的量子产率。

蓝藻水华是由于水体中氮、磷等营养物质大量累积，在气候条件适宜情况下，快速繁殖并在水面聚集而产生的自然灾害现象。蓝细菌为单细胞生物，个体比细菌大，一般直径或线度为3~15微米。蓝藻可在短时间内迅速繁殖，使水体透明度显著下降。蓝藻生长还加快了水体氧的消耗，使水体缺氧，导致鱼类和其它水生生物大量死亡，破坏生态功能和生物多样性。

此外，某些藻类本身含有藻毒素，会危及饮水安全。如蓝藻含有神经毒素，可通过食物链不断富集。人们吃了含有神经毒素的鱼类、螃蟹等，将加速人脑神经退化、肌肉萎缩，加大老人痴呆症发病风险；其中微囊藻毒素毒性非常强，将严重损害人的肝脏，导致肝癌。

湖泊是人类最重要的水资源之一，在湖泊周围也是我国人口和工业聚集区。因为人类活动的影响，湖泊的富营养化日趋严重，其直接后果就是蓝藻水华的发生，2007年太湖爆发的蓝藻水华严重影响了周边居民的正常生活。2009年山东境内多处湖水暴发蓝藻。今年9月湖北武汉东湖的子湖水果湖暴发大量蓝藻，沿湖行走就能闻到强烈臭味。同年江西南昌市军山湖水质明显变差，蓝藻暴发，连村民家养的牛都不愿意喝湖水了。蓝藻已成为我国湖泊、河流等水体的主要污染之一。

如何在蓝藻水华爆发前进行准确的预警变得非常重要。目前我国对蓝藻的监测主要采用显微计数、叶绿素含量测定、卫星遥感等技术。显微计数需要由专业人员操作，花费的时间长，过程复杂，并且分析样品的效率低。叶绿素含量测定是一种相对较快速简单的测量技术，但传统的测量方法多为现场抽滤后带回实验室抽提，然后进行分光光度计分析、荧光分光光度计分析或高效液相色普（HPLC）分析，但这种技术最快也需要1~2天才能获得结果。这两种方法均不能立即反映出水体中的藻类信息，而是要经过一段分析时间，从而降低了生物监测的时效性，大大影响有害蓝藻的监测/预警。卫星遥感具备监测范围广、数据多、不受地理位置和人为条件限制等优点，但其容易受天气条件影响，且往往需要藻类细胞累积到一定程度才能监测到，往往达不到预警的效果，而且费用高，数据分析复杂。南非的湖泊学家保罗·奥博郝斯特博士研究出一种可以预测有毒的蓝绿藻在淡水环境（如江河湖泊）中暴发的方法，其采用水蛭作为生物指示物，因为与某些大型无脊椎动物相反，水蛭可以在被蓝藻释放的有毒物质污染的水中生存，它们的存在往往是水质差的证明。如果水蛭出现在比较稠密的蓝藻周围，说明这种蓝藻极有可能是有毒的。但水蛭不能说明水体中的毒性水平到底有多高。同时这种方法需要专业的人员进行操作，耗时长，方法的通用性差。

要想在蓝藻水华爆发前进行准确的预警，对水中蓝藻含量进行连续监测是切实可行的途径。目前的连续监测主要依靠流失细胞仪来监测分析，流式细胞仪检测的基本原理为：根据流体动力学原理让液体中的颗粒（包括细胞）逐一通过激光束（检测区），激光照射到颗粒上会引起光的散射，如果颗粒（如藻细胞）含有色素还可以发出荧光，这些散射光和荧光被检测器收集后转换成电信号存储下来，并利用软件进行自动分析。水中的浮游植物细胞做为一个个颗粒，当然可以进行流式细胞计数，由此即可监测水中蓝藻的含量。

有色可溶性有机物（Chromophoric dissolved organic matter, CDOM）存在于所有水体中，又称黄质。它是溶解性有机物库的重要组成部分。由腐殖酸，芳烃聚合物等一系列物质组成，主要是土壤和水生植物降解的产物，在内陆水体和海湾沿岸CDOM以河流陆源排放为主，在远海CDOM浓度非常低，其来源主要是海水中低等植物残体腐烂降解后形成。由于有色可溶性有机物（CDOM）中含有丰富的碳、氮、磷等湖泊生源要素，在湖泊各种物理，化学和生物反应以及藻类暴发过程中都扮演了重要的角色。