【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】產(chǎn)毒藍(lán)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(lán)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(lán)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(duì)中國(guó)而言，拉氏尖頭藻可能是一種外來入侵物種。國(guó)際上普遍認(rèn)為拉氏尖頭藻是熱帶物種，起源于非洲，目前已傳播擴(kuò)散到全球亞熱帶和溫帶地區(qū)。2000年以來，中國(guó)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(cè)、早期診斷、早期預(yù)警對(duì)藍(lán)藻水華防控十分關(guān)鍵。然而，經(jīng)典的顯微鏡法、流式細(xì)胞儀方法不能區(qū)分產(chǎn)毒和無毒株系；直接測(cè)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(cè)出毒素；普通的熒光定量PCR方法難于對(duì)低豐度藍(lán)藻進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。因此，研發(fā)快速、簡(jiǎn)便、靈敏、精準(zhǔn)的方法，進(jìn)行產(chǎn)毒拉氏尖頭藻早期檢測(cè)十分必要。
 

　　2009-2010年廈門石兜、坂頭水庫發(fā)生過嚴(yán)重的拉氏尖頭藻水華(亦稱為拉氏擬柱胞藻水華)，曾經(jīng)導(dǎo)致水庫供水功能喪失。中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所水生態(tài)健康研究組研究員楊軍團(tuán)隊(duì)自2009年起，對(duì)石兜、坂頭水庫進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)定位監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)受氣候變化、人類活動(dòng)和水文過程影響，低水位促進(jìn)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(yíng)養(yǎng)鹽閾值，甚至中營(yíng)養(yǎng)條件下發(fā)生藍(lán)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(duì)優(yōu)勢(shì)種，在石兜、坂頭水庫形成不同程度的水華。
 

　　楊軍團(tuán)隊(duì)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(cè)方法，可同時(shí)檢測(cè)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(cè)結(jié)果與qPCR方法和顯微鏡計(jì)數(shù)結(jié)果均具有較強(qiáng)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(cè)環(huán)境樣品時(shí)，dPCR方法檢出率最高，尤其是在低豐度條件下優(yōu)勢(shì)更明顯。
 

　　研究建立的dPCR方法能夠快速、精準(zhǔn)地同時(shí)評(píng)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(jiǎn)便、省時(shí)高效、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中dPCR方法的最大優(yōu)勢(shì)是檢測(cè)限低，能夠在水華發(fā)生之前檢測(cè)到低豐度拉氏尖頭藻，因此可以作為風(fēng)險(xiǎn)管理中的早期預(yù)警信號(hào)；dPCR方法在產(chǎn)毒拉氏尖頭藻鑒別方面也獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，可以同時(shí)評(píng)估環(huán)境樣品中的拉氏尖頭藻及其產(chǎn)毒潛力；dPCR方法應(yīng)用于有害藍(lán)藻監(jiān)測(cè)，可為水庫型水源地管理部門和相關(guān)機(jī)構(gòu)提供充足的預(yù)警時(shí)間，以實(shí)施管理優(yōu)化措施，避免或減少有害藍(lán)藻造成的經(jīng)濟(jì)損失和健康風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　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(xué)術(shù)期刊Harmful Algae上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金等的資助。