海洋浮游植物的重要生命周期特征
前言：海洋浮游植物是地球的动力之源，它们贡献了超过50%的地球氧气产量并且它们能以与人类释放的二氧化碳相当的速度将二氧化碳从大气中固定下来（每年>1015克）。
自然界的浮游植物群落极其多样，由不同的浮游植物功能群组成，例如微型自养生物、钙化生物和硅化生物，在其生物地球化学功能上存在巨大差异。
对不同浮游植物物种及其相应生命周期阶段进行系统且高通量的鉴定对于生态学研究至关重要，但目前只有有限的方法可供选择。
流式细胞术是一种高通量的方法，用于筛选和分离具有光散射和/或自体荧光特性差异的不同浮游植物群组。
对于大多数真核浮游植物细胞来说，由于其类似的红色叶绿素自体荧光，流式细胞术仅能将具有显著大小差异的物种分为“小型”或“大型”浮游植物。
要鉴定浮游植物的生命周期阶段，除了费时费力的DNA染色外，还需要经过训练的操作员通过显微镜观察匹配的细胞特征和形态差异、运动性、性行为等。
在玻璃碳电极上施加恒定电流，该电极既作为藻类细胞的支撑基质，又作为电化学发生器，以在电极界面生成毫摩尔级的氧化剂。质量传递、电极动力学和氧化还原化学反应机理已得到充分研究。
光学图像提供了在荧光电化学实验中对C. concordia个体细胞的叶绿素-a响应，以便研究其对电化学产生的氧化剂的敏感性，同时考虑其在不同藻类生命周期阶段中的变化。
通过光学显微镜对每个细胞进行分类。之后应用荧光电化学实验来研究电化学诱导的氧化应激对C. concordia细胞不同生命周期阶段的影响。
通过研究三种C. concordia营养细胞，分别是游动子孢子、生长期细胞和母细胞，并且发现荧光响应与生命周期阶段无关，因此鼓励使用荧光电化学显微镜进行自动化浮游植物鉴定。
这项工作对于使用荧光电化学技术进行真实环境感知非常重要，因为真实样品中可能存在不同的生命周期阶段。
在衣藻细胞的营养生命周期中，明显的细胞分裂导致双鞭毛的子细胞（游动子孢子）的“释放”。鞭毛细胞在光照阶段生长，光照阶段是细胞暴露于光照的时间段。
在光照阶段的末尾（“白天”），游动子孢子细胞去鞭毛以开始微管蛋白的产生，并在黑暗阶段（“夜晚”）发育成为“母细胞”，形成两到四个子细胞。
在第一缕曙光出现时，生命周期重新开始。只要有足够的CO2、光照和营养物质存在，营养周期可以无限期地继续。
如果氮耗尽，衣藻会从营养（无性）阶段转变为“有性”阶段，异性的配子会结合形成四鞭毛的合子，然后经过减数分裂释放出四个或八个营养细胞。
在光学显微镜下，使用40倍物镜，并在明场照明和暗场照明下，首先对法国罗斯科夫培养集（RCC1）的海洋C. concordia培养物进行成像和表征。
布朗运动中，一个直径为10 μm的球状颗粒在1秒钟内扩散的均方根距离估计为0.3 μm。类型2细胞呈卵形至近球形，不具有活动性，且没有鞭毛。
由于细胞被氧化剂所“浸泡”，而氧化剂具有高反应性和短寿命，可以合理地推断氧化剂与剩余的表面层以及叶绿素-a发生反应，直到其衰减了50%。
引发叶绿素-a关闭的氧化剂量与细胞半径的平方成正比（细胞壁∝r²），而从电解开始时使叶绿素-a含量“滴定”至原始强度的50%所需的氧化剂量与细胞半径的立方成正比（体积∝r³）。
本研究通过测量单个细胞的荧光衰减动力学，如本研究所示，为了使其叶绿素-a信号关闭，所需传递的氧化剂摩尔数总量揭示了混合溶液中浮游植物的种类，而不论其生命周期阶段。
这为设计用于高通量野外测量的原型自动化装置提供了物理基础，可将野外结果与预先确定的浮游植物“易感性”库进行比较，避免了需要在实验室显微镜下进行分析的需求。
结论：在一个单一物种的浮游植物群体中，即C. concordia，不同的生命周期阶段（游动子孢子、生长期和成熟期细胞）在经过尺寸归一化后在面对氧化应激时是生物学上等效的。触发叶绿素-a关闭和使其强度降低到50%所需的氧化剂量分别与细胞半径的平方和立方成正比。
这种现象表明在叶绿素-a关闭开始之前，氧化剂穿过浮游细胞壁（∝r²）的传输，无论是化学反应还是简单地通过屏障进行质量传递，都是决定速率的步骤。
对于“滴定”叶绿素-a含量所需的氧化剂数量与细胞体积成正比（∝r³）这种现象，为在自然环境中自动化浮游植物功能群鉴定提供了基础。
