1

藍(lán)藻水華

藍(lán)藻，也稱藍(lán)綠藻，是一種含氧的光合作用細(xì)菌，天然存在于淡水、咸淡水、 海水和陸生環(huán)境中。它是一種利用光能將二氧化碳（CO2）轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)并產(chǎn)生氧氣的自養(yǎng)細(xì)菌，約起源于30億年前，其光合作用促成了地球演化過程中最關(guān)鍵的事件——地球大氣的氧化。藍(lán)藻并非嚴(yán)格意義上的藻類，而是一種光能自養(yǎng)型的原核生物。此外，許多藍(lán)藻也不是藍(lán)綠色的，由輔助色素藻藍(lán)蛋白產(chǎn)生的獨(dú)特青色（藍(lán)綠色）常被普遍存在的葉綠素a或其他輔助色素（如紅色的藻紅素、橙黃色的胡蘿卜素）取代。因此，藍(lán)藻可以呈現(xiàn)出各種各樣的顏色，如綠色、紅色、棕色、黃色等。

藍(lán)藻可形成致密的水華。藍(lán)藻水華指主要由藍(lán)藻引起的水體顏色的明顯改變。常見導(dǎo)致水華形成的屬有絲囊藻、胞藻、長(zhǎng)胞藻、微囊藻、節(jié)球藻、浮絲藻和束毛藻，如上圖所示。藍(lán)藻水華會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水質(zhì)問題，它們?cè)龃笏臐岫葟亩鴮?dǎo)致水下植物窒息，微生物降解衰老死亡的水華消耗大量氧氣，導(dǎo)致魚類和底棲無脊椎動(dòng)物因缺氧而死亡。藍(lán)藻會(huì)產(chǎn)生帶有異味的氣體混合物，干擾湖泊的娛樂功能和水庫儲(chǔ)蓄飲用水的功能。此外，藍(lán)藻水華還可以產(chǎn)生多種藻毒素，當(dāng)被鳥類、哺乳動(dòng)物和人類攝入時(shí)會(huì)引起肝臟、消化和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。這些毒素在水華中釋放到周圍的水中主要發(fā)生在細(xì)胞死亡和裂解（即細(xì)胞破裂）期間，而不是從藍(lán)藻細(xì)胞中持續(xù)釋放出去。當(dāng)然，存在一些種類的藍(lán)藻能夠?qū)⒍舅兀?xì)胞外）釋放到水中而不會(huì)發(fā)生細(xì)胞破裂或死亡。

人們經(jīng)常把藍(lán)藻與綠藻混淆，因?yàn)閮烧叨紩?huì)產(chǎn)生致密的水華現(xiàn)象，阻礙游泳和釣魚等活動(dòng)，并可能導(dǎo)致氣味問題和氧氣消耗。從組成上來看，藍(lán)藻不具有葉綠體、線粒體、高爾基體、中心體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和水面液泡等細(xì)胞器，唯一的細(xì)胞器是核糖體。而綠藻是一種真核生物，真綠藻植物的細(xì)胞與高等植物相似，也有細(xì)胞核和葉綠體，有相似的色素、貯藏養(yǎng)分及細(xì)胞壁的成分。最重要的是，與藍(lán)藻不同，綠藻通常不被認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生毒素。近年來的大量研究表明，富營(yíng)養(yǎng)化、二氧化碳濃度升高和全球氣候變暖可能會(huì)增加全球許多水生生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)藻水華的發(fā)生頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，這一趨勢(shì)已引起極大關(guān)注，因?yàn)樗赡軐?duì)水生食物網(wǎng)的生物多樣性和功能產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，受到污染的水源作為飲用水、沐浴用水、漁業(yè)用水或娛樂用水的用途都將大打折扣。由于水體持續(xù)的富營(yíng)養(yǎng)化、CO2濃度上升以及未來的全球變暖等，預(yù)示著藍(lán)藻水華爆發(fā)的頻率將會(huì)進(jìn)一步增高，藍(lán)藻水華防控己成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問題。

2

虹科SOLA光源用于藻華成像

藍(lán)藻的存在威脅生態(tài)系統(tǒng)功能，并降低娛樂，飲用水，漁業(yè)和人類健康的水質(zhì)。因此，通過一些技術(shù)手段來表征藻華的組成是否為有害藍(lán)藻是非常有必要的，這其中最常用的方法便是微分干涉差（DIC）相位顯微鏡與熒光顯微鏡。DIC相位顯微鏡技術(shù)利用了基于偏振光的微分干涉相襯成像原理，能夠使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，特別是一些較大的細(xì)胞器，如核、線粒體等的立體感特別強(qiáng)，適合于顯微操作。目前像基因注入、核移植、轉(zhuǎn)基因等的顯微操作常在這種顯微鏡下進(jìn)行，比如在對(duì)藍(lán)藻細(xì)胞的活性表征中可以采用這種顯微技術(shù)。熒光顯微鏡技術(shù)需要用光源照射被檢物體，使之發(fā)出熒光，然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。這種方法是是生命科學(xué)領(lǐng)域研究的中心，它具有對(duì)分子和細(xì)胞目標(biāo)進(jìn)行顏色編碼檢測(cè)和對(duì)活細(xì)胞和有機(jī)體成像的能力，同時(shí)具有較高的分辨率。通常用于研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、化學(xué)物質(zhì)的分布及定位等。

在表征藻華的組成時(shí)，熒光顯微鏡優(yōu)于 DIC 相位顯微鏡。這主要是由于藻華的組成是多樣的，將水體中的藍(lán)藻水華與可能有害或無害的其他水華區(qū)分開來是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，有毒和無毒的藍(lán)藻水華可能與令人討厭的綠藻水華、漂浮植物和其他已知水華相混淆。熒光顯微鏡可以通過不同的熒光效應(yīng)顯示出不同的藻華結(jié)構(gòu)，從而區(qū)分有害的藍(lán)藻與其他藻類。由美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）公共衛(wèi)生與環(huán)境評(píng)估中心的Robert Zucker博士和Emma Brentjens研究出了快速的一分鐘熒光技術(shù)，可用于根據(jù)藻類的獨(dú)特色素吸收特性生成淡水藍(lán)藻和綠藻的復(fù)合圖像。綠藻主要含有葉綠素，因此可以被藍(lán)光有效激發(fā)。藍(lán)藻中含有藻膽體，則采用綠光激發(fā)，因此可以生成來自不同波長(zhǎng)激發(fā)的偽彩色圖像，從而區(qū)分綠藻和藍(lán)藻。通過不同的顏色顯示對(duì)藻華組成進(jìn)行分析，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)水樣的水質(zhì)評(píng)估，從而能夠采取有效的措施來應(yīng)對(duì)可能存在的有害藍(lán)藻水華現(xiàn)象。下面的偽彩色圖像來自于2021年12月從北卡羅來納州貝茨湖的水樣，它們是使用虹科SOLA光源進(jìn)行成像的。

熒光顯微鏡技術(shù)中使用的傳統(tǒng)汞弧和金屬鹵化物光源已經(jīng)普遍存在多年，但由于性能不穩(wěn)定和更換燈泡的持續(xù)消耗而存在使用限制。如今，它們大多被固態(tài)光源所取代。虹科的固態(tài)光源技術(shù)為研究人員和儀器制造商提供了簡(jiǎn)單LED照明質(zhì)量的突破性改進(jìn)，這使得熒光顯微鏡在樣品吞吐量和空間分辨率方面的能力得以擴(kuò)展，并推動(dòng)了許多新應(yīng)用的開發(fā)，在熒光顯微鏡的應(yīng)用方面提供了強(qiáng)有力的光源支持。

3

虹科SOLA光源介紹

虹科系列SOLA光源是顯微鏡和其他生命科學(xué)應(yīng)用中現(xiàn)代固態(tài)照明的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，是傳統(tǒng)汞弧燈與金屬鹵素?zé)舻闹苯犹娲摺?/strong>

該產(chǎn)品線現(xiàn)在包括4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，這些型號(hào)通過光源數(shù)量和光譜輸出進(jìn)行區(qū)分：SOLA，SOLA FISH，SOLA U-nIR和SOLA V-nIR光源。

SOLA 光源：激發(fā) DAPI、GFP/FITC、YFP、Cy3、mCherry、Cy5 和光譜相似的熒光團(tuán)，提供白光輸出。SOLA FISH光源：475-600nm區(qū)域的輸出被紅移，為SpectrumGreenTM，SpectrumRedTM和其他通常用于細(xì)胞遺傳學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中熒光原位雜交（FISH）分析的熒光團(tuán)提供最佳激發(fā)。SOLA V-nIR 和 U-nIR 光源：最廣泛的光譜覆蓋范圍，包括用于激發(fā) Cy7 和 ICG 等熒光團(tuán)的近紅外 （nIR）輸出，以及受益于 nIR 光增強(qiáng)的組織穿透力的其他應(yīng)用。

目前，更新的SOLA 光源產(chǎn)品線都增加了主動(dòng)光輸出穩(wěn)定、全線性強(qiáng)度控制和電子控制接口。SOLA光源不含任何需要更換或校準(zhǔn)的部件，不需要日常維護(hù)，典型的工作壽命為10年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何燈泡。所有SOLA固態(tài)光源都不含汞，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

SOLA光源系列的光譜輸出與SOLA實(shí)物圖