海洋浮遊植物的重要生命周期特征
前言：海洋浮遊植物是地球的動力之源，它們貢獻了超過50%的地球氧氣産量并且它們能以與人類釋放的二氧化碳相當的速度将二氧化碳從大氣中固定下來（每年>1015克）。
自然界的浮遊植物群落極其多樣，由不同的浮遊植物功能群組成，例如微型自養生物、鈣化生物和矽化生物，在其生物地球化學功能上存在巨大差異。
對不同浮遊植物物種及其相應生命周期階段進行系統且高通量的鑒定對于生态學研究至關重要，但目前隻有有限的方法可供選擇。
流式細胞術是一種高通量的方法，用于篩選和分離具有光散射和/或自體熒光特性差異的不同浮遊植物群組。
對于大多數真核浮遊植物細胞來說，由于其類似的紅色葉綠素自體熒光，流式細胞術僅能将具有顯著大小差異的物種分為“小型”或“大型”浮遊植物。
要鑒定浮遊植物的生命周期階段，除了費時費力的DNA染色外，還需要經過訓練的操作員通過顯微鏡觀察比對的細胞特征和形态差異、運動性、性行為等。
在玻璃碳電極上施加恒定電流，該電極既作為藻類細胞的支撐基質，又作為電化學發生器，以在電極界面生成毫摩爾級的氧化劑。品質傳遞、電極動力學和氧化還原化學反應機理已得到充分研究。
光學圖像提供了在熒光電化學實驗中對C. concordia個體細胞的葉綠素-a響應，以便研究其對電化學産生的氧化劑的敏感性，同時考慮其在不同藻類生命周期階段中的變化。
通過光學顯微鏡對每個細胞進行分類。之後應用熒光電化學實驗來研究電化學誘導的氧化應激對C. concordia細胞不同生命周期階段的影響。
通過研究三種C. concordia營養細胞，分别是遊動子孢子、生長期細胞和母細胞，并且發現熒光響應與生命周期階段無關，是以鼓勵使用熒光電化學顯微鏡進行自動化浮遊植物鑒定。
這項工作對于使用熒光電化學技術進行真實環境感覺非常重要，因為真實樣品中可能存在不同的生命周期階段。
在衣藻細胞的營養生命周期中，明顯的細胞分裂導緻雙鞭毛的子細胞（遊動子孢子）的“釋放”。鞭毛細胞在光照階段生長，光照階段是細胞暴露于光照的時間段。
在光照階段的末尾（“白天”），遊動子孢子細胞去鞭毛以開始微管蛋白的産生，并在黑暗階段（“夜晚”）發育成為“母細胞”，形成兩到四個子細胞。
在第一縷曙光出現時，生命周期重新開始。隻要有足夠的CO2、光照和營養物質存在，營養周期可以無限期地繼續。
如果氮耗盡，衣藻會從營養（無性）階段轉變為“有性”階段，異性的配子會結合形成四鞭毛的合子，然後經過減數分裂釋放出四個或八個營養細胞。
在光學顯微鏡下，使用40倍物鏡，并在明場照明和暗場照明下，首先對法國羅斯科夫培養集（RCC1）的海洋C. concordia培養物進行成像和表征。
布朗運動中，一個直徑為10 μm的球狀顆粒在1秒鐘内擴散的均方根距離估計為0.3 μm。類型2細胞呈卵形至近球形，不具有活動性，且沒有鞭毛。
由于細胞被氧化劑所“浸泡”，而氧化劑具有高反應性和短壽命，可以合理地推斷氧化劑與剩餘的表面層以及葉綠素-a發生反應，直到其衰減了50%。
引發葉綠素-a關閉的氧化劑量與細胞半徑的平方成正比（細胞壁∝r²），而從電解開始時使葉綠素-a含量“滴定”至原始強度的50%所需的氧化劑量與細胞半徑的立方成正比（體積∝r³）。
本研究通過測量單個細胞的熒光衰減動力學，如本研究所示，為了使其葉綠素-a信号關閉，所需傳遞的氧化劑摩爾數總量揭示了混合溶液中浮遊植物的種類，而不論其生命周期階段。
這為設計用于高通量野外測量的原型自動化裝置提供了實體基礎，可将野外結果與預先确定的浮遊植物“易感性”庫進行比較，避免了需要在實驗室顯微鏡下進行分析的需求。
結論：在一個單一物種的浮遊植物群體中，即C. concordia，不同的生命周期階段（遊動子孢子、生長期和成熟期細胞）在經過尺寸歸一化後在面對氧化應激時是生物學上等效的。觸發葉綠素-a關閉和使其強度降低到50%所需的氧化劑量分别與細胞半徑的平方和立方成正比。
這種現象表明在葉綠素-a關閉開始之前，氧化劑穿過浮遊細胞壁（∝r²）的傳輸，無論是化學反應還是簡單地通過屏障進行品質傳遞，都是決定速率的步驟。
對于“滴定”葉綠素-a含量所需的氧化劑數量與細胞體積成正比（∝r³）這種現象，為在自然環境中自動化浮遊植物功能群鑒定提供了基礎。
