流式细胞技术应用于生态毒理学的研究方法及进展

应用与环境生物学报　2006,12(1):131～134 C h in J A ppl Environ B iol=ISSN10062687X　2006202225

流式细胞技术应用于生态毒理学的研究方法及进展3

于洋1,2　孔繁翔133

(1中国科学院南京地理与湖泊研究所　南京　210008)

(2南京大学环境学院环境污染与资源化研究国家重点实验室　南京　210093)

摘　要　流式细胞技术(fl o w cyt o metry,FC M)能精确敏感地测定种群丰度、细胞分布及单个细胞生理生化特性.它已被广泛应用于医学和海洋学领域,最近,这种技术开始逐渐应用到生态毒理学研究中.本文综述了目前流式细胞技术用于生态毒理学研究中的方法及进展,并对今后发展作了展望.图2参35

关键词　流式细胞技术;生态毒理学;进展

CLC　X171.5

Progress i n Appli ca ti on s of Flow Cyto m etry to Ecotox i colog i ca l Stud i es3

Y U Yang1,2&K ONG Fanxiang133

(1N anjing Institute of Geography and L i m nology,Chinese Acade m y of Sciences,Nanjing210008,China)

(2S tate Key Laboratory of Environm ental Pollution and Resources,College of Environm ent,N anjing University,Nanjing210093,China) Abstract　Fl o w cyt o metry(FC M)is a p recise and sensitive technique with the ability t o deter m ine s pecies abundance,cell dis2 tributi on,and additi onal bi oche m ical and physi ol ogical characteristics of individual cell.A lthough it is widely used in medical and oceanographic studies,FC M has only recently been app lied f or ecot oxicol ogical studies.This paper describes s o me recent de2 vel opments and future p r ogresses of FC M.Fig2,Ref35

Keywords　fl o w cyt o metry;ecot oxicol ogy;p r ogress

CLC　X171.5

生态毒理学目前已从经典的单物种实验逐步发展为多污染物综合效应、多物种群落或可控模拟生态系统的研究方法,因此对相应的分析测试方法也提出了更高的要求.在研究中生物生态系统通常被认为是一种“黑匣子”系统.研究者设计这个匣子的输入,并检测输出,从而对在特殊的环境压力下细胞行为及生理状态进行测定.在某种外界压力下,如何精确客观地还原输出信息,对研究微生物生态系统意义重大.目前的生态毒性实验通常是通过藻类、细菌、无脊椎动物和鱼类的生长抑制效应,建立特殊毒物的剂量效应关系,获取水或沉积物环境质量的标准,进行生态风险分析、评估污染物对海洋及淡水的环境影响等等.这些实验使用不同浓度的毒物对生长期细胞作用特定时间来获取相关的效应信息,往往存在一些局限.例如,在实验中为使检测限达到一定的灵敏度,一般均使用了高于实际环境的细胞密度,这将改变毒物的形态、分配及随后毒物的生物利用率[1];自动计数技术难以鉴别活死细胞及微粒;不能同时测量种群的多个指标;这种测试只能提供一种对毒物的平均效应,而不能反映种群中的单个细胞各自产生的效应,因此不能进行精确的毒物作用机制研究,准确反应实际环境中所发生的事件[2].

自1989年以来,流式细胞技术(fl o w cyt o metry,FC M)作为一种对单个细胞快速的定量检测方法被广泛用于医学和海洋学,近年来也逐步被用于生态毒理学研究中[3～7].它的优势在于

收稿日期:2004211203 接受日期:2004212201

3国家重点基础研究发展计划(2002CB412305)、中国科学院创新项目(KZ CX22311)、中国科学院百人计划项目和南京地理与湖泊研究所所长基金共同资助　Supported by the State Key Basic Research and Devel2 opment Pr oject of China,the Knowledge I nnovati on Pr oject and1002Excel2 lent2Y oung2Scientists Pr oject of the Chinese Acade my of Sciences

33通讯作者　Corres ponding author(E2mail:fxkong@)能同时检测单个细胞的多种指标.除藻类的自发荧光外,已涉及多种生理生化指标.本文结合作者近期的研究结果,综述FC M 应用于生态毒理学研究的最新进展.

1　多指标的毒性学研究

1.1　固有参数及自发荧光方法

FC M提供2种光散射的检测,前向角光散射(FS C)反映细胞大小,而侧向角光散射(SS C)反映细胞内部精细结构和颗粒性质,同时也与细胞大小及形状有关.这两种指标能直观地表征污染物对细胞造成的物理影响.R i oboo等曾报道,除草剂作用微藻Chlorell avulgaris可以增大其细胞体积,使FS C信号比对照细胞显著增加[8].Franklin等发现,Cu离子作用48h以上对Chlo2 rella s p.和Phaeodactylum tricornutum的FS C和SS C信号都有刺激作用,其EC

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值与细胞分裂抑制率有同样的敏感性[9].Cid等也发现了类似的结果[10].

FC M还可以在原位检测浮游生物特定的自发荧光(如叶绿素、藻红素、藻蓝素等),它们也能一定程度上反映细胞的活性状态.其中叶绿素a是FC M检测的常用指标,它能提供在光合作用中能量的吸收、转移、利用等信息.Franqueira等发现,Cu对微藻叶绿素a荧光略有刺激,除草剂则有明显抑制作用[11].而Franklin等分析了几种淡水和海洋藻类,发现不同的Cu浓度能影响叶绿素a荧光强度的增减[6].藻蓝素由于受激发和吸受波长的限制,研究较少,但也有报道.于洋等发现,Cu在24h后能抑制微囊藻的藻蓝素荧光,不过抑制幅度明显小于叶绿素a[5].

1.2　染料荧光方法

FC M的荧光信号通常所与选择的染料或底物有关.目前已