流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用
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流式细胞仪在生物学中的应用
流式细胞仪在生物学中的应用流式细胞仪（Flow Cytometry，FCM）是一种在液流中快速检测细胞特性的技术。
它通过将单个细胞与特异性抗体或其他标记物结合，将细胞的多种特性，如细胞大小、内部结构、细胞表面标志等转化为光信号，再通过光电检测系统和计算机数据处理系统进行数据分析和显示。
流式细胞仪在生物学研究中具有广泛的应用价值，为生命科学、医学和生物技术等领域提供了强有力的工具。
流式细胞仪、生物学、细胞特性、抗体、数据分析流式细胞仪主要由样品管、喷嘴、检测器、液流系统、数据处理系统等组成。
其基本原理是利用喷嘴将细胞样品以单细胞悬液形式分散到流动的液流中，每个细胞与一系列特异性抗体或其他标记物结合，从而对细胞特性进行多参数检测。
检测器将接收到的光信号转化为电信号，再由计算机处理系统进行数据处理和显示。
流式细胞仪具有高通量、高灵敏度、多参数同时检测等特点。
细胞分类：流式细胞仪可通过检测细胞表面标志物或细胞内抗原物质，对细胞进行分类和亚群分析，有助于揭示细胞在生理和病理状态下的功能和作用。
细胞计数：流式细胞仪可快速准确地测定细胞样品中的细胞数量和细胞浓度，为生物学研究和临床诊断提供依据。
DNA/RNA提取：流式细胞仪在结合特异性抗体和其他标记物后，可从细胞中提取 DNA或 RNA进行基因表达谱分析、突变检测等研究。
抗体制备：流式细胞仪可用于筛选和鉴定针对特定抗原的抗体，为免疫学研究提供重要工具。
为了进一步了解流式细胞仪在生物学中的应用，我们以一个具体案例进行分析。
研究者采用流式细胞仪对某一肿瘤细胞的生物学特性进行检测，以评估其恶性程度和治疗效果。
实验步骤：（1）收集肿瘤细胞样品，并制备成单细胞悬液；（2）将肿瘤细胞悬液与特异性抗体结合，使抗体与细胞表面标志物或内部抗原物质反应；（3）通过流式细胞仪进行检测，获取光信号并转化为电信号；（4）利用计算机处理系统进行数据分析，绘制细胞特性图谱；（5）根据图谱数据分析肿瘤细胞的生物学特性。
浮游植物细胞丰度的概念
浮游植物细胞丰度的概念浮游植物细胞丰度是描述水体中浮游植物数量多少的概念。
浮游植物是指那些微小的、能够通过水流自由漂浮的植物，包括浮游藻类、浮游细菌和浮游真菌等。
它们是水生生态系统中的重要组成部分，对维持水体生态平衡和生化循环具有重要作用。
因此，对于浮游植物细胞丰度的研究对于水体环境的监测和水生生态学的研究具有重要意义。
浮游植物细胞丰度可以通过多种方法进行测量，包括显微镜观察、流式细胞仪、荧光光度计等。
其中，显微镜观察是最常用的方法之一。
通过显微镜观察悬浮液中的浮游植物，可以计算出单位体积或单位质量中的浮游植物细胞数量。
流式细胞仪和荧光光度计则通过分析浮游植物悬浮液中的荧光特性或散射光信号，来确定浮游植物细胞的丰度。
浮游植物细胞丰度的变化受到很多因素的影响。
首先，水体的养分浓度是影响浮游植物细胞丰度的重要因素之一。
通常来说，水体中的营养盐含量越高，浮游植物细胞丰度越高。
养分浓度的变化往往与水体的富营养化程度相关，过高或过低的养分浓度都会对浮游植物细胞丰度产生负面影响。
其次，环境因子也对浮游植物细胞丰度的变化有着重要的影响。
水体温度的升高会促进浮游植物的繁殖和生长，从而增加浮游植物细胞的丰度。
光照强度和光周期也是影响浮游植物细胞丰度的重要环境因子。
光合作用是浮游植物进行生物质合成的重要过程，光照强度的增加和恒定的光周期会促进浮游植物的光合作用，从而提高浮游植物细胞的丰度。
此外，水体的水动力学和水质状况也对浮游植物细胞丰度产生影响。
水体中的流速和湍流强度会影响浮游植物的输运和沉降，从而影响浮游植物细胞的丰度分布。
水质中的氧溶解度、pH值和有机物含量等也会对浮游植物细胞丰度产生影响。
不同种类的浮游植物对于这些环境因子的敏感性和适应能力也不同，因此不同水体中浮游植物细胞丰度的分布也存在差异。
最后，人类活动也对浮游植物细胞丰度产生一定的影响。
例如，农业和工业废水的排放会导致水体中养分的过度富集，从而引发富营养化现象，增加浮游植物细胞的丰度。
流式细胞术在细胞生物学研究中的应用
特异性结合 。用荧光素 （ 如 Ｆ Ｉ Ｔ Ｃ 、 Ｐ Ｅ等 ） 标记 的 Ａ ｎ ｎ ｅ ｘ ｉ ｎ Ｖ作 为荧光探针可与 Ｐ Ｓ相 结 合 ， 该 标 记 能 被 流 式 细 胞 仪 准 确 检
测 。
运用 Ｆ Ｃ Ｍ进行细胞绝对计数通常有三种方法 ， 包括双 平 台技术 、 单平 台标准微球 技术和 定量进样 体积技 术 。双平
检 测 中得 到 广 泛 应 用 。 二、 细胞膜及其相关分子的检测
血 细胞在分化 的不 同阶段及 细胞活化的过程 中出现或消 失 的细 胞 表 面分 子统 称 细胞 分 化 群 （ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｃ Ｄ ） 。Ｆ Ｃ Ｍ 是以流式 细胞仪 和荧光 素标 记的单克隆抗体作为
胞生物学研究的多个领域 。 细胞绝对计数
一
、
摄取 ｈ ｏ ｅ ｃ ｈ ｓ ｔ 染料 ， 呈 现强蓝色荧光 ， 而坏 死细胞 主要摄取 Ｐ Ｉ
而 呈 红 色荧 光 。 因 此 ， 在 细胞 凋亡 研 究 中通 常用 Ｆ Ｃ Ｍ 结 合
分析细胞浓度或细胞 亚群 的浓 度统称 为细胞绝 对计 数 。 在临床研究 中， 明确某 些细胞 的绝对数 量对 于病情 的判断具 有重要意义 ， 例 如通过 对艾 滋病患 者外 周血 中 Ｃ Ｉ Ｍ 细 胞绝 对计数 的动态观察 ， 可以协助判断疾病进程 、 观测疗效 和判 断
细胞群体 中所 占的比例 ， 不 能体现 在单位体 积血液 中 的绝 对 数量 。利用 Ｆ Ｃ Ｍ进行混合 细胞群体 中的亚 群细胞 绝对计 数， 快速稳定 ， 数 据准 确、 重复性好 ， 对 临床疾病 的断定 、 治 疗 具有重要 意义。
２ ．Ｆ ａ ｓ ／ Ｆ ａ ｓ Ｌ 、 Ｐ Ｓ等 细胞 膜 表 面分 子 的 检 测 ： Ｆ ａ ｓ 及其配体 Ｆ ａ ｓ Ｌ是近年来研究较为深人的有关 细胞凋 亡的膜 表面分 子 。 Ｆ ａ ｓ ／ Ｆ ａ ｓ Ｌ除 了 可 以 介 导 Ｔ ／ Ｂ淋 巴细胞 的凋亡 ， 也 能 作 用 于
测 。
运用 Ｆ Ｃ Ｍ进行细胞绝对计数通常有三种方法 ， 包括双 平 台技术 、 单平 台标准微球 技术和 定量进样 体积技 术 。双平
检 测 中得 到 广 泛 应 用 。 二、 细胞膜及其相关分子的检测
血 细胞在分化 的不 同阶段及 细胞活化的过程 中出现或消 失 的细 胞 表 面分 子统 称 细胞 分 化 群 （ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｃ Ｄ ） 。Ｆ Ｃ Ｍ 是以流式 细胞仪 和荧光 素标 记的单克隆抗体作为
胞生物学研究的多个领域 。 细胞绝对计数
一
、
摄取 ｈ ｏ ｅ ｃ ｈ ｓ ｔ 染料 ， 呈 现强蓝色荧光 ， 而坏 死细胞 主要摄取 Ｐ Ｉ
而 呈 红 色荧 光 。 因 此 ， 在 细胞 凋亡 研 究 中通 常用 Ｆ Ｃ Ｍ 结 合
分析细胞浓度或细胞 亚群 的浓 度统称 为细胞绝 对计 数 。 在临床研究 中， 明确某 些细胞 的绝对数 量对 于病情 的判断具 有重要意义 ， 例 如通过 对艾 滋病患 者外 周血 中 Ｃ Ｉ Ｍ 细 胞绝 对计数 的动态观察 ， 可以协助判断疾病进程 、 观测疗效 和判 断
细胞群体 中所 占的比例 ， 不 能体现 在单位体 积血液 中 的绝 对 数量 。利用 Ｆ Ｃ Ｍ进行混合 细胞群体 中的亚 群细胞 绝对计 数， 快速稳定 ， 数 据准 确、 重复性好 ， 对 临床疾病 的断定 、 治 疗 具有重要 意义。
２ ．Ｆ ａ ｓ ／ Ｆ ａ ｓ Ｌ 、 Ｐ Ｓ等 细胞 膜 表 面分 子 的 检 测 ： Ｆ ａ ｓ 及其配体 Ｆ ａ ｓ Ｌ是近年来研究较为深人的有关 细胞凋 亡的膜 表面分 子 。 Ｆ ａ ｓ ／ Ｆ ａ ｓ Ｌ除 了 可 以 介 导 Ｔ ／ Ｂ淋 巴细胞 的凋亡 ， 也 能 作 用 于
流式细胞术在植物研究中的应用
流式细胞术在植物研究中的应用作者：徐可来源：《农家科技中旬刊》2018年第02期摘要：随着我国社会经济的不断发展，流式细胞仪也在不断改革创新，其自身能对液流中的细胞，或是其他微粒多参数的进行分析与分选，具有速度快、灵敏度高、参数多、全面分析、对细胞无害等特点。
本文通过分析流式细胞术在植物研究中的应用，以期为今后相关研究提供经验及帮助。
关键词：流式细胞术；植物研究；应用1.前言流式细胞仪（FCM）是集物理技术、细胞免疫化学技术、计算机技术、流体力学、单克隆抗体技术等相融合的一种高科技技术设备。
该仪器主要包含光学技术、液流技术、细胞分选技术以及信号采集数据处理技术等，其能根据细胞理化性质，如细胞大小、DNA含量以及表面抗原等参数，准确分析细胞群体或亚群体[1]。
2.流式细胞仪的结构与原理流式细胞仪主要由四大部分组成：液流系统；光学系统；电子系统；分选系统。
其主要的技术指标包括：分选速度与纯度、荧光分辨率、分选收获率等方面。
细胞仪工作原理：将需要检测的标本制作成一个单细胞液，通过特异性的荧光染料对标本进行染色，并将标本放入实验管，通过流体力学系统的压缩，让其进入布满鞘液的流动室，当标本的压力和鞘液的压力形成一定的压力差，细胞就会在鞘液的制约下形成单列成排的现象，通过鞘液流动室的喷嘴向外喷出，经过激光聚集区最后形成细胞柱，与激光束形成交叉垂直，通过激光的扫射，形成产生荧光信号和散射光。
散射光信号主要包括前向角散射与侧向角散射，荧光信号可以反映出经过测试后的细胞的大小，而散射光则反映了经过检测的细胞胞膜以及胞质和核膜的折射、细胞内的小颗粒的形状。
经过设备的光学系统比如其中的滤片、透镜以及检测器，聚集光的散射或者光的吸收还有细胞的电阻抗等信号，然后通过计算机技术进行收集和分析，显示出被检测的信号，并将每一项指标都进行分析，通过二维点阵图或一维直方图、数据表或三维图形得以显示。
除此之外，FCM还能分别选择或者选取比较有针对性的细胞，经过分离，有效的降低单细胞的含有数量。
流式细胞影像系统(Flow CAM)在海洋微型浮游生物群落结构研究中的
流式细胞影像系统（Flow CAM）在海洋微型浮游生物群落结构研究中的应用发展作者：韩留玉陈绵润来源：《科学导报·学术》2020年第59期【摘要】微型浮游生物是海洋生态系统中最基本的组成部分。
近年来，海洋微型浮游生物群落在海洋生态系统中的地位和作用越来越得到人们的关注，这与微型浮游生物观测技术的发展以及它们在海洋生态系统中的应用有着密切的关系。
流式细胞影像系统（Flow CAM）是近年来发展起来的浮游生物生态学研究方法，通过结合流式细胞术和显微镜技术，能够实现浮游生物的自动分类，提高微型浮游生物样品的分析效率。
【关键词】微型浮游生物;Flow CAM;自动分类1海洋微型浮游生物的研究进程近年来，由于海洋显微观测技术的发展，使得生物学家能够观察到越来越小的海洋微型浮游生物，进而对它们的分类、生理生态学、种群增长率、营养行为以及在微食物环中的作用研究越来越多。
目前国际上通常所说的海洋微型浮游生物包括微型真核自养生物、微型真核异养生物、微型原核自养生物和微型原核异养生物等单细胞生物以及浮游病毒等多个类群。
近年来的研究表明，海洋微型浮游生物在海洋生态系统中的作用尤其是生产力中的作用越来越重要，在海洋生态系统中的生物地球化学循环和能量代谢中发挥着越来越重要的作用。
定量检测微型浮游生物的种群动态变化，不仅有利于研究其种间营养关系，更有助于探索其在海洋生态系统中所起的重要作用。
传统显微计数方法虽然可以通过形态特征观察不同类型的微生物来分别计数，但費时费力，人为误差较大。
流式细胞摄像系统（Flow CAM）的应用，使得这些问题迎刃而解。
2海洋微型浮游生物观测技术的发展（1）显微镜计数法显微镜法是最传统的细胞计数方法。
通常用网具采集样品并用固定剂固定后带回实验室，在显微镜下计数。
其优点是计数结果准确，可以从物种水平对形态多样性和不规则的浮游生物进行鉴定。
但耗时耗力，对操作人员的专业知识及能力要求比较严格，计数结果的人工主观性误差比较大。
流式细胞仪在生物学研究中的应用
流式细胞仪在生物学研究中的应用流式细胞仪（Flow cytometer）是一种广泛应用于生物学研究的仪器，通过对细胞的特性进行快速、准确地分析和分选，为科学家提供了重要的数据和信息。
本文将探讨流式细胞仪在生物学研究中的应用，并展示其在不同领域的重要性。
一、流式细胞仪的原理和技术流式细胞仪的工作原理基于细胞在液体流动状态下被传感、检测和反应的过程。
它通过将细胞悬浮液经过细胞仪仪器内的细长管道，并在细胞通过过程中激发和测量其特定性质，从而实现对细胞的多参数分析和评估。
流式细胞仪的技术包括激光激发、细胞传感和荧光信号检测等。
激光激发利用高能激光束对细胞进行激活并激发其内部或表面荧光标记物的发射。
细胞传感通过聚焦和引导细胞通过检测区域，确保单个细胞按顺序经过检测装置。
荧光信号检测则通过光学检测系统捕捉和记录细胞放射出的特定波长的荧光信号。
二、流式细胞仪在免疫学研究中的应用1. 免疫表型分析：流式细胞仪可以用于识别和分析多种免疫细胞，如T细胞、B细胞、巨噬细胞等，并评估它们的表型特征，如表面标记物的表达情况、活化状态等。
2. 免疫细胞功能研究：通过对细胞的功能进行评估，如蛋白质分泌、细胞增殖、细胞凋亡等，可以了解它们在免疫反应中的作用和调控机制。
3. 免疫细胞亚群分析：流式细胞仪可以将免疫细胞按照特定标志物进行分拣和分选，从而获得纯度较高的特定亚群细胞，以便进行进一步的研究。
三、流式细胞仪在细胞生物学研究中的应用1. 细胞周期分析：通过流式细胞仪的荧光探测系统，可以对细胞进行DNA含量的测定，从而确定其所处的细胞周期阶段和细胞增殖状态。
2. 細胞凋亡檢測：流式细胞仪可以通过检测特定标志物如磷脂翻转等，对凋亡细胞进行分析和鉴定，以了解细胞凋亡的机制和调控网络。
3. 细胞增殖和细胞死亡研究：通过荧光染料等方法，流式细胞仪可以评估细胞增殖和死亡相关的指标，如活细胞数量、细胞周期分布、凋亡率等。
四、流式细胞仪在癌症研究中的应用流式细胞仪在癌症研究中具有重要意义，可以用于：1. 癌细胞鉴定和分离：通过特定标志物的荧光检测，流式细胞仪可以将癌细胞与正常细胞进行区分，从而进行纯化和特异性分析。
流式细胞术在水体微型生物研究中的应用
器 功 能进 行 了开 发 并 研 制 成 功 新 型 多 功 能 流 式 细
超微 浮游 植 物 通 常 不 易 进 一 步 区分 ， 这 一 群 的分
辨率 可用 特别 的 聚集 程 序 加 强 ， 或 用 其 它方 法 如
自动 资料 分 析程 序 的神 经 网 络 方法 等 ［ ３ １ ，这 一 方法 基 于 内荧 光 和 光 散 射 可 充 分 区分 ２ — ０种 微 型 浮 ０４ 游植 物 ， 但 这 一技 术 区分 种 类 主 要 不 是 依 据 分 类 学 方 法 ，更 主要 的是 依 其生 物 光 学 特 征 。 另 一 种 增 强辨别微 型浮游植物 的方法 是细胞 Ｄ Ａ染色 ， Ｎ ＤＮ Ａ信 号 的 变 异 系 数 比散 射 或 自发 荧 光 信 号 小 得 多 ， 在 ＤＮ 频 率 直 方 图 可 分 辨 出不 同大 小 的 细 Ａ 胞 。在 流 式 细 胞 术 中 ，应 用 核 糖 体 Ｒ ＮＡ探 针 来 区 分 单 种 是 很 有 前 途 的 ，部 分 核 糖 体 Ｒ Ａ 序 列 在 进 Ｎ 化 过 程 中高 度 保 守 ，不 同的 ｒ Ｎ Ｒ Ａ序 列 与进 化 关 系 相 关 性 很好 ，荧 光标 记 ｒ Ｎ Ｒ Ａ探 针 相 对 较 小且 容 易
流式 细 胞 术 是 利 用 流式 细 胞 仪 对 微 小 生 物 颗 粒 的 多 种 物 理 、生 物 学 特 性 进 行 定 量 ，并 对 特 定 细 胞 群 体 进 行 分 选 的分 析 测 量 技 术 。 它 是 当代 激 光、 流体 力 学 、光 学 和 电子 计 算 机 等 学科 技 术 高 度 发展 的产物 ，是生 命 科 学众 多研 究 领域 中最 先进 的 仪器 之 一 。流式 细胞 仪 在 ２ ０世 纪 ７ ０年代 中期 实现 了 商 品 化 ，此 后 ，该 技 术 不 断 改 进 ，在 生 物 医学 领域 的应 用 趋 于成 熟 和完 善 。我 国从 ２ ０世纪 ８ ０年 代 初 引进 第 一 台商 品 机 ， １９ ９ ０年 ，林 波 海 等 研 制 成功 我 国第 一 台流式 细 胞 仪 【 ｌ 】 ，此后 ，徐 滨 等 对 仪
超微 浮游 植 物 通 常 不 易 进 一 步 区分 ， 这 一 群 的分
辨率 可用 特别 的 聚集 程 序 加 强 ， 或 用 其 它方 法 如
自动 资料 分 析程 序 的神 经 网 络 方法 等 ［ ３ １ ，这 一 方法 基 于 内荧 光 和 光 散 射 可 充 分 区分 ２ — ０种 微 型 浮 ０４ 游植 物 ， 但 这 一技 术 区分 种 类 主 要 不 是 依 据 分 类 学 方 法 ，更 主要 的是 依 其生 物 光 学 特 征 。 另 一 种 增 强辨别微 型浮游植物 的方法 是细胞 Ｄ Ａ染色 ， Ｎ ＤＮ Ａ信 号 的 变 异 系 数 比散 射 或 自发 荧 光 信 号 小 得 多 ， 在 ＤＮ 频 率 直 方 图 可 分 辨 出不 同大 小 的 细 Ａ 胞 。在 流 式 细 胞 术 中 ，应 用 核 糖 体 Ｒ ＮＡ探 针 来 区 分 单 种 是 很 有 前 途 的 ，部 分 核 糖 体 Ｒ Ａ 序 列 在 进 Ｎ 化 过 程 中高 度 保 守 ，不 同的 ｒ Ｎ Ｒ Ａ序 列 与进 化 关 系 相 关 性 很好 ，荧 光标 记 ｒ Ｎ Ｒ Ａ探 针 相 对 较 小且 容 易
流式 细 胞 术 是 利 用 流式 细 胞 仪 对 微 小 生 物 颗 粒 的 多 种 物 理 、生 物 学 特 性 进 行 定 量 ，并 对 特 定 细 胞 群 体 进 行 分 选 的分 析 测 量 技 术 。 它 是 当代 激 光、 流体 力 学 、光 学 和 电子 计 算 机 等 学科 技 术 高 度 发展 的产物 ，是生 命 科 学众 多研 究 领域 中最 先进 的 仪器 之 一 。流式 细胞 仪 在 ２ ０世 纪 ７ ０年代 中期 实现 了 商 品 化 ，此 后 ，该 技 术 不 断 改 进 ，在 生 物 医学 领域 的应 用 趋 于成 熟 和完 善 。我 国从 ２ ０世纪 ８ ０年 代 初 引进 第 一 台商 品 机 ， １９ ９ ０年 ，林 波 海 等 研 制 成功 我 国第 一 台流式 细 胞 仪 【 ｌ 】 ，此后 ，徐 滨 等 对 仪
流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用
流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用3孙书存 陆健健 张利华(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海200062)Applications of Flow C ytometer in E cological Studies of N ano -and Pico -phytoplankton.Sun Shucun and Lu Jianjian (S tate Key L aboratory of Estuarine and Coastal Research ,East China Nor 2m al U niversity ,S hanghai 200062).Chinese Journal of Ecology ,2000,19(1):72-78.Flow cytometer (FCM )can be used to obtain the muti -parameters of the light scattering and fluo 2rescence of individual cell rapidly and conveniently.It has been more and more applied in oceano 2graphic and limnological studies.The work principles of FCM and its applications in the ecological studies of nano -and pico -phytoplankton were introduced and reviewed based on some recent pub 2lications abroad and at home in this paper.By means of FCM ,sub -populations of phytoplankton can easily be classified ,counted and sorted ,and then further studies of the ada ptive ability and eco 2logical responses of the sub -populations can be implemented.It was concluded that FCM would have a prosperous prospect in the studies of the primary production and the microbial food web in marine ecosystem.K ey w ords :flow cytometer (FCM ),muli -parameters measurement ,nano -and pico -phytoplankton ,ecology ,application. 3本文受河口海岸国家重点实验室与厦门大学海洋生态环境开发室基金资助;李俊红同学帮助收集文献,特此致谢。
应用流式细胞仪监测太湖藻类初探
第28卷第4期2012年8月中国环境监测Environmental Monitoring in China Vol．28No．4Aug．2012应用流式细胞仪监测太湖藻类初探徐兆安1，高怡1，吴东浩1，张会勇2（1.太湖流域管理局水文水资源监测局，江苏无锡214024；2.泽泉开放实验室，上海200333）摘要：流式细胞仪在海水微型浮游生物监测领域应用较为广泛，但在淡水藻类定量研究以及生物监测中应用仍较少。
探讨了应用便携式浮游植物流式细胞仪CytoSense 监测太湖藻类的可行性和时效性。
结果表明，为了提高检测结果的准确性，流式细胞仪的应用过程中最好是现场采样、现场分析。
流式细胞仪对藻细胞密度的检测下限为100万个/L ，大于100万个/L 时检测结果与人工镜检结果相吻合；在悬浮物含量小于108mg /L 的水体中，流式细胞仪检测结果具备较高的准确性。
另外，流式细胞仪操作简单、分析速度快、便携性好、无污染，在太湖藻类监测中具有一定应用前景。
关键词：流式细胞术；淡水藻类；监测；太湖中图分类号：X835文献标志码：A文章编号：1002-6002（2012）04-0069-05Preliminary Study on Freshwater Algae Monitoring by Flow Cytometer ：A Case Study in Taihu LakeXU Zhao-an 1，GAO Yi 1，WU Dong-hao 1，et al．（1.Monitoring Bureau of Hydrology and Water Resources ，Taihu Basin Authority ，Wuxi 214024，China ）Abstract ：Flow cytometer was widely used in marine microbial plankton research ，but seldomly used in freshwater algae quantitative study biological monitoring and early warning of algae blooms．In this paper ，we discussed the possibility of algae monitoring by CytoSense flow cytometer．The results indicated that field operation is the best way to get good results．The lower detection limit was 1million cells /L and above which the results of flow cytometer agrees well with manual microscopy results．Besides ，flow cytometer acquired reliable results in waters where suspended sediment concentration less than 108mg /L．CytoSense is portable ，easy to operate ，and with fast analysis ability and non-pollution to environments．It shows extensive application prospects in Taihu Lake algae monitoring．Key words ：Flow cytometer ；Freshwater algae ；Monitoring ；Taihu Lake收稿日期：2010-10-22；修订日期：2010-12-31基金项目：水利部引进国际先进水利科学技术计划项目（“948”项目，200907）作者简介：徐兆安（1972－），男，江苏兴化人，工程硕士，高级工程师．流式细胞术（Flow cytometry ，FCM ）是集光电和计算机一体化的生物学测定技术［1］，其最早应用于免疫学、血液学、病理学中，20世纪80年代开始应用于海洋生物学，现在在海洋学和湖沼学中的应用越来越多［2］。
流式细胞仪在生物学研究中的应用
流式细胞仪在生物学研究中的应用近年来，随着科技的发展和生物学研究的不断深入，流式细胞仪作为一种快速、准确、高效的细胞学分析技术，受到越来越多生物学家的欢迎。
本文将全面介绍流式细胞仪在生物学研究中的应用，包括其基本原理、技术特点以及在生命科学领域的应用等方面。
一、基本原理流式细胞仪是通过测量细胞、粒子和分子在流动系统中的物理和化学信息，使用户可以识别和分类细胞的仪器。
其工作原理是利用激光束从流动细胞悬液中挑选个别细胞，将其分析，并在计算机上显示、记录和分析细胞的各项信息。
具体来说，流式细胞仪的工作过程包括三个阶段：样品制备、流动过程和数据处理。
首先，需要将样品进行制备，例如免疫荧光染色等。
其次，将样品在固定压力下流动于细管中，同时经过激光束的照射。
最后，激光照射样品后，细胞发出的荧光信号、散射光和吸光度等信息会被捕获并分析，从而记录下每个单一细胞的信息。
二、技术特点1.高灵敏度流式细胞仪在采集数据时，能够捕捉到极小的样品细胞，识别其细胞表面标志物，可以对样本进行快速的生物学表征。
2.高通量流式细胞仪具有高通量的优势，可以迅速分析大量细胞。
通过对细胞的识别、分类和计数等操作，提高了实验效率。
3.多参数流式细胞仪支持许多参数的测量，可以进行多重分析，并可用于多种实验室应用，包括用于单细胞基因表达（例如FACSseq）、细胞彩色分析（例如CyAn ADP）和多种其他实验模式。
三、生命科学领域应用1.免疫学研究流式细胞仪在免疫学研究中具有广泛的应用。
例如，可以用来分离和分析不同种类的淋巴细胞，研究T或B细胞的分化发育等问题。
2.细胞生物学研究流式细胞仪在细胞生物学研究中也发挥了重要作用。
通过测量细胞的生化活动、分子构成和功能等参数，研究细胞的分化、增殖和凋亡等生命特征，为重大疾病的治疗提供了理论基础。
3.肿瘤学研究流式细胞仪在肿瘤学研究中也得到广泛应用。
例如，可以利用流式细胞术来实现单克隆抗体检测、肿瘤干细胞分离和检测等，为早期肿瘤的诊断和治疗提供帮助。
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流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用3孙书存 陆健健 张利华(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海200062)Applications of Flow C ytometer in E cological Studies of N ano -and Pico -phytoplankton.Sun Shucun and Lu Jianjian (S tate Key L aboratory of Estuarine and Coastal Research ,East China Nor 2m al U niversity ,S hanghai 200062).Chinese Journal of Ecology ,2000,19(1):72-78.Flow cytometer (FCM )can be used to obtain the muti -parameters of the light scattering and fluo 2rescence of individual cell rapidly and conveniently.It has been more and more applied in oceano 2graphic and limnological studies.The work principles of FCM and its applications in the ecological studies of nano -and pico -phytoplankton were introduced and reviewed based on some recent pub 2lications abroad and at home in this paper.By means of FCM ,sub -populations of phytoplankton can easily be classified ,counted and sorted ,and then further studies of the ada ptive ability and eco 2logical responses of the sub -populations can be implemented.It was concluded that FCM would have a prosperous prospect in the studies of the primary production and the microbial food web in marine ecosystem.K ey w ords :flow cytometer (FCM ),muli -parameters measurement ,nano -and pico -phytoplankton ,ecology ,application. 3本文受河口海岸国家重点实验室与厦门大学海洋生态环境开发室基金资助;李俊红同学帮助收集文献,特此致谢。
作者简介:孙书存,男,1998年毕业于中国科学院植物研究所,获理学博士学位。
现为华东师范大学河口海岸国家重点实验室博士后。
主要从事植物种群生物学、生态系统生态学,已发表论文近10篇。
微型浮游植物是水域生态系统中的初级生产者,是海洋生态系统存在的基础。
习惯上浮游植物根据其粒径大小有分为小型浮游植物(micro -phytoplankton ,>20um ),微型浮游植物(nano -phytoplank 2ton ,<20um ,>2um )和超微型浮游植物(pico -phytoplankton ,<2um )三类[13]。
本文将后两类统称为微型浮游植物。
在早期的多数研究中,检测技术和方法落后:譬如测定水域中的生物量和叶绿素a 含量常用的拖网方法,几乎丢失了所有的微型浮游植物;即使是实验室内常用0.45um 或0.8um 的筛绢过滤,也有部分微型植物丢失,特别是蓝细菌和原绿藻(Prochlorococ 2cus marinus )。
目前微型浮游植物已被证明在水域生态系统的生物地球化学循环和能量流动中占有重要地位。
微型浮游植物,特别是1988年发现的原绿藻,由于具有独特的色素,能在真光层底部进行高效率的光合作用,在海洋的初级生产力中占有重要地位[10];它们的贡献经常超过传统的生产者硅藻,尤其在热带海域。
在印度洋的寡养水域中,75%以上的初级生产力由小于5um 的微型浮游植物所形成[6,21],世界其它几大洋也都表现出类似且情况[26,31,32]。
这些成就的取得与检测技术的进步密切相关:表面荧光显微镜(epifluorence microscope )的应用发现了蓝细菌,流式细胞仪(flow cytometer )的应用发现了原绿藻[10]。
最近几乎所有的关于微型浮游植物的研究都是应用这两种仪器完成的。
特别是流式细胞仪正以它快速、灵活和定量的特点而被广泛应用于多个学科[4]。
生态学杂志 2000,19(1)∶72-78Chinese Journal of Ecology 流式细胞仪是将样品细胞悬浮于液体中,并在流动过程中逐个地经过测量区进行快速测量。
它的最大特点是同时测定每个细胞的多个参数,根据这些特征参数对细胞群体进行分类分选,进而对各亚群体进行研究。
它最早应用于免疫学、血液学、病理学中,80年代开始应用于海洋生物学,现在在海洋学和湖沼学中的应用正越来越多。
本文根据国内外的一些报道,以及使用流式细胞仪的一些体会,对流式细胞仪的工作原理及其在微型浮游植物生态学中的应用作一介绍。
1 工作原理流式细胞仪是对悬液中的细胞或细胞器进行快速测量。
只能测量一个细胞中的总核酸和总蛋白,而不能测定细胞某一特定部位的核酸和蛋白;但显微镜可以研究组织结构、细胞定位和荧光在细胞的位置;因而流式细胞仪可以和显微镜技术相互补充。
同时由于现代荧光技术和多参数相关测量技术的发展,流式细胞仪在细胞群体或组成群体的亚群体进行定量分析时,又有其它仪器无法比拟的优越性。
流式细胞仪包括液流系统、光学系统和电子系统3个部分。
液流系统有喷嘴和流动室等组成,样品和鞘液在流动室内充分混合后一起由喷嘴喷出;光学系统又光源、滤片和检测器等组成,常用光源是弧光灯或激光,多使用氩离子激光器或氪离子激光器,能发出多种波长的荧光,滤片可以调节激光的波长选择器选择波长,并可滤去散射光波长;整个仪器由电子电路和计算机控制,用以收集、显示、分析和贮藏被测定的各种信号及控制细胞的分选收集。
仪器工作时待测细胞被制成单个细胞的悬液,有的经过特异性的荧光染料染色后放入样品管中,在气体的压力下进入流动室。
流动室内充满鞘液,在鞘液的约束下,细胞排成单列由流动室的喷嘴喷出,成为细胞液柱。
液柱与激光束垂直相交,相交点成为测量区。
通过激光区的细胞被激发产生荧光。
在与入射光束和液柱垂直的方向放置光学系统用以收集荧光信号和散射光信号。
所测量的散射光信号包括前向角散射和侧向角散射。
一般来讲,前向角散射光的强度与细胞的大小有关,对同一个细胞群体,散射光强的细胞大一些;侧向角散射光对质膜的折射率较敏感,对细胞内的较大的颗粒也有反映,所以常用侧向角散射光来获取有关细胞内部的精细结构和颗粒性质的信息。
常用激光器发出的绿光和蓝光两条谱线最强,照射细胞后所发出的荧光可被检测器收集,其荧光特征与细胞内所含色素和特异性染料有关。
荧光测量时常使用线性放大器或对数放大器,即放大器的输入和输出是线性关系或对数关系。
2 在微型浮游植物生态学中的应用2.1 微型浮游植物亚类群的划分水中颗粒物的组成非常复杂,既含有沙粒等无机颗粒物,又含有非生命有机物和生命有机物,一般而言,含有色素的浮游植物不超过总有机颗粒的50%,在1ml海水中大约有106个细菌,105个蓝细菌和原绿藻,104个微型含叶绿素的细胞103个中等含叶绿素的细胞,102个较大的含叶绿素的细胞,而原生动物纤毛虫的含量更低,约1个・ml-1[45]。
同类细胞的群体数目愈大,在流式细胞仪的结果显示中愈明显,也较容易与其它类群划分。
原生动物因为其密度相对较低,所测量的样品体积又小,即使被流式细胞仪检测到,也很难与其它颗粒物相区分,因此流式细胞仪倾向于测量个体小、数量大的个体,如异养浮游细菌、37孙书存等:流式细胞仪在微型浮游植物生态学中的应用蓝细菌和原绿藻等。
浮游植物都含有光合色素,包括叶绿素a和b,藻红蛋白,藻蓝蛋白,以及辅助色素如胡萝卜素、墨角藻色素等。
它们在经过流式细胞仪的测量区时,受激发光斑照射,能发出荧光。
因为不同的浮游植物类群含有的主要光合色素不同,所发出的荧光特征也不相同(表1)。
如果某一类群表1 主要浮游植物类群的光学特性[20]Tab.1 Optical characteristics of the majorphytoplankton class类群主要色素吸收峰(nm)荧光峰(nm)绿藻叶绿素a420-450680-690叶绿素b 470-490,630-650-硅藻叶绿素a420-450680-690墨角藻黄素450-550-β胡萝卜素甲藻叶绿素a420-450680-690多甲藻黄素450-550-隐藻叶绿素a420-450680-690藻红蛋白540-570580-630蓝细菌叶绿素a420-450680-690藻红蛋白540-570580-630藻蓝蛋白620-640640-670和其它类群的差异非常明显,则可以直接通过荧光特征将其区分。
最明显的例子是富含藻红蛋白的蓝细菌和隐藻,它们都含有叶绿素和藻红蛋白,经488nm的激光照射后都能发出橙色荧光和红色荧光,明显不同于其它类群,很容易区分开[7,30];再根据荧光的强弱进一步区分蓝细菌和隐藻。
其它几类微型浮游植物,如原绿藻和真核藻类,所含光合色素基本相同或辅助色素的差异不足以使荧光特征发生差异,仅凭荧光特征来划分是不够的。
但因为细胞大小不同,色素的含量不同,因而荧光的强弱有所差异,再结合其它特征可以继续划分为不同类群。
流式细胞仪所测定的参数除荧光外,还包括了细胞激光照射下的散射特征,及前向角散射和侧向角散射。
前向角散射与细胞的大小成正比,侧向角散射能反映细胞的内容物和细胞的形状,但不是其直接函数[20]。
不同类群浮游植物的形状和大小也有差异(表2),其散射特征也不同。
有的仪器还能测定颗粒物通过测量区所需要的时间,用以确定颗粒的长度;还有的仪器能产生多种激发光,每种激发光都可以收集到3种不同波长的荧光。
在得到所测定的多参数后,可以进行参数间的组合,建立二维、三维坐标,进一步区分其它类群。