本实验的目的是展示采用微孔板形式进行微藻筛选的可重复性和适应性。该快速筛选方法结合了 WATER-脉冲振幅调制(WATER-PAM)荧光测定技术,以光合产量作为光系统 II(PSII)健康状况的指标,并利用小体积的细菌-微藻共培养体系。
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本实验的目的是展示采用微孔板形式进行微藻筛选的可重复性和适应性。该快速筛选方法结合了 WATER-脉冲振幅调制(WATER-PAM)荧光测定技术,以光合产量作为光系统 II(PSII)健康状况的指标,并利用小体积的细菌-微藻共培养体系。
传统的微藻实验操作方法通常使用较大量的培养液(20 ml 至 5 L),以便在实验过程中对培养物进行取样1–7。然而,大量取样在多个方面可能存在问题:1)导致实验过程中培养体系的总体积以及表面积与体积比发生变化;2)常采用伪重复(即,从同一处理组的同一个培养瓶中多次取样8),而非真正的重复(即,从多个重复处理组中分别取样);3)实验持续时间受限于培养液的总体积;4)在长期实验中难以维持无菌培养或正常细菌微群落,因为在取样过程中容易发生污染。
使用微孔板可使每个重复样的培养体积达到1 ml,并在12.65 × 8.5 × 2.2 cm的板内实现多达48个独立处理,从而减少实验体积,并在无需对任一处理进行亚抽样的情况下实现大量重复。此外,该技术可进行调整以适应多种实验形式,包括:细菌-藻类共培养、藻类生理学测试以及毒素筛选9–11。含有藻类、细菌和/或共培养物的各个孔可用于多种实验室操作,包括但不限于:水脉冲振幅调制(WATER-PAM)荧光测定、显微镜观察、细菌菌落形成单位(cfu)计数以及流式细胞术分析。微孔板格式与WATER-PAM荧光测定相结合,可在实验过程中对光化学产量及其他光化学参数进行多次快速测量,样品间变异小、重复性高,并避免了在实验期间对大体积培养瓶或锥形瓶进行多次亚抽样所带来的诸多问题。
浮游植物生理学的传统研究通常在中等规模的实验体系中进行,体积范围从锥形瓶中的20 ml到烧瓶中的5 L1–7。这种实验规模需要在监测过程中进行取样,因为每个时间点都需牺牲重复样本,从而导致实验设置难以管理。
通过微型化藻类生理学实验的实验体积,在相同昼夜培养箱空间内增加独立实验数量,将减少或消除从大体积培养中取样不足和伪重复带来的限制。已开发出一种微孔板格式的藻类生物测定方法,采用1 ml培养体积在不同条件下进行藻类实验操作。这种小体积实验方式可增加重复次数,由于重复样本和实验之间的变异性降低,提高了实验的可重复性,并可在长达140天内维持实验对照(例如,无菌藻类培养)的同时实现真正的重复(即,真实生物学重复)(图2)12。
这种微量滴定板格式可轻松适用于多种实验问题,例如:某种细菌与其藻类宿主之间是否存在共生、中性或致病性相互作用?某种化合物的添加对藻类具有刺激作用还是毒性作用?利用这种新格式,可以快速、高通量地回答上述及其他类似问题9–11。
48孔微孔培养板可使每个1 ml的孔成为一个独立的实验体系,并在单个时间点进行取样。可从此1 ml体积中检测多种参数,包括但不限于:利用水体脉冲振幅调制(WATER-Pulse-Amplitude-Modulated,WATER-PAM)荧光仪(见材料与设备表)13测定叶绿素荧光及光化学参数。WATER-PAM荧光测定法是一种快速、非侵入性的技术,可用于监测藻类实验过程13。该方法能够利用少量培养液体积(将150–300 μl培养物用培养基稀释至2–4 ml体积用于WATER-PAM检测)来测定光合效率和光系统II(PSII)的健康状况14,15。除WATER-PAM荧光测定外,该实验体系还可用于测定多种其他参数,包括但不限于:显微观察附着于藻细胞的细菌以及藻细胞形态的变化;细菌菌落形成单位(cfu)计数;以及用于藻细胞计数和亚群鉴定的流式细胞术。
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1. 实验设置的计算




2. 实验设置用藻类细胞的培养
3. 准备用于接种的细菌细胞
4. 实验设置前的细菌准备

5. 实验设置前的藻类准备
6. 准备实验性共培养
7. 设置微量滴定板

图1. 48孔微孔板中样品放置的示意图。 各孔加样方式如下:第1列和第6列,A至F行(
)加入1 ml 1x PBS(或其他无菌溶液/培养基);A行和F行,第2至8列(
)加入1 ml 细菌对照;B行和E行,第2至8列(
)加入1 ml 藻类对照;C行和D行,第2至8列(
)加入1 ml 共培养液。该微孔板分为4个象限(A2、A5、D2 和 D5),每个象限分别对应特定的采样日(第1至4天),应在不同微孔板间进行随机化并相应标记。在每一天内,建议使用随机数生成器对藻类对照(
)和共培养(
)孔位进行随机化。在盖子上标记覆盖1x PBS 和/或细菌对照孔的位置,以防止对藻类培养物造成遮光影响。
8. 对库存样品进行PAM荧光测定读数
9. 从微孔板获取PAM荧光测定读数
10. 示例实验
该实验为一种细菌(Phaeobacter gallaeciensis BS107)与一种微藻(Emiliania huxleyi 菌株 (CCMP3266))的10天共培养实验。实验包括微藻对照组、细菌对照组以及细菌-微藻共培养实验组。

11. 其他关注参数
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WATER-PAM 荧光测定读数。
WATER-Pulse-Amplitude-Modulated(PAM)荧光测定法是一种快速高效的方法,用于测定藻类培养物的荧光(作为叶绿素含量的替代指标)和光合产量(PSII 健康状况)。PAM WinControl 软件会生成一个包含原始数据值的电子表格(以下为暗适应藻类样品的基本参数):
F0 = 暗适应细胞的荧光强度
Fm = LED 饱和脉冲光后的最大荧光值
Fv/Fm = (Fm - F0)/Fm = 暗适应样品的潜在量子产量19
PAM 荧光测定法具有多种用途,可提供大量关于藻类光合作用系统及其健康状况的信息。此外,在检测...
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微型化格式下的藻类生长。
将藻类培养物微型化至微孔板中1 ml的培养体积,可增加实验内的重复次数。在整个实验过程中确保藻类处于健康状态至关重要;可采用微孔板形式进行生长曲线测定(图2),以评估不同藻类培养基,确保满足藻类的营养需求。此外,优化昼夜循环(光照与黑暗周期)和温度条件也可能十分关键。针对特定藻类进行适当优化后,可使藻类培养物保持健康状态,并在26天内维持峰值荧光水平,甚至在140天后仍可检测到潜在的光化学量子产量(图2)。
尽量减少蒸发效应。
在基于液体的检测中,应尽量减少蒸发效应,因为通常会观察到“边缘效应”,即微孔板边缘孔中的蒸发量大于靠近板中央孔中的蒸发量。尽管在板的边缘已观察到蒸发现象,但蒸发速率并不会限制实验持续时间,因为在此实验体系中已成功维持了健康的藻类培养物,其荧光峰值出现在第26天(图2)。为尽量减少任何潜在的“边缘效应”,可在微孔板四周的孔(A和H列,1...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究得到了加拿大自然科学与工程研究理事会(资助号 402105)、加拿大创新基金会(资助号 129087)以及阿尔伯塔省教育部与培训部(资助号 AAETRCP-12-026-SEG)对 RJC 的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10立方英尺昼夜培养箱(6012-1) | 卡龙公司 | 112310-6012-1-11 | www.caronproducts.com |
| Nunc EasYFlask 25 cm²2,通气/闭盖,7 ml 工作体积,200 个/箱 | 赛默飞世尔科技 | N156340 | www.fishersci.ca |
| 多孔组织培养板 – 48孔 | BD 生物科学发现实验耗材 | 353078 | www.bdbiosciences.com |
| P1000 Gilson 移液器标准—Gilson移液器 | Mandel Scientific Company Inc. | GF-F123602 | www.mandel.ca |
| P10mL Gilson 移液器标准—Gilson移液器 | Mandel Scientific Company Inc. | GF-F161201 | www.mandel.ca |
| 宽口吸头,非无菌 [100–1,250 µl] | VWR International | 89079-468 | www.ca.vwr.com |
| 超细非无菌吸头 [100–1,250 µl] | VWR International | 89079-470 | www.ca.vwr.com |
| Finntip 10 ml [体积:1 - 10 ml] | 赛默飞世尔科技 | 9402151 | www.fishersci.cn |
| WATER-脉冲幅度调制(Water-ED) | Heinz Walz GmbH,德国埃菲尔特里希 | EDEE0232 | www.walz.com |
| 15 mm 直径石英玻璃比色皿(WATER-K) | 卡龙公司 | www.caronproducts.com | |
| 氯化钠(结晶状/符合美国化学会标准),Fisher Chemical | 赛默飞世尔科技 | 赛默飞世尔科技 | www.fishersci.ca |
| BD Difco 海洋肉汤 2216 | BD 生物科学发现实验耗材 | BD 生物科学发现实验耗材 | www.bdbiosciences.com |
| BD Bacto 琼脂 | BD 生物科学发现实验耗材 | BD生物科学发现实验室器具 | www.bdbiosciences.com |
| L1 培养基试剂盒,50 L | 国家海洋藻类与微生物保藏中心 | 国家海洋藻类与微生物保藏中心 | www.ncma.bigelow.org |
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