藍藻是否能夠在外星生存——易科泰太空生物學(xué)技術(shù)方案（一）

太空生物學(xué)（Astrobiology）顧名思義就是研究生物和外空間物體的相互作用的科學(xué)。其中一個(gè)重要課題就是地球上的生物能夠在太空與外星環(huán)境下生存，并進(jìn)一步改造外星環(huán)境使之更適于地球生物。雖然現在我們已經(jīng)能夠在空間站上開(kāi)展太空環(huán)境下的相關(guān)研究，但由于技術(shù)限制，我們還沒(méi)辦法在外星直接進(jìn)行這樣的研究工作。

但科學(xué)家們還是想盡辦法在地球上開(kāi)展太空生物學(xué)研究。他們結合太空觀(guān)測數據，合理推測外星球的環(huán)境條件，通過(guò)控制光強、光譜、光周期、大氣組成、營(yíng)養條件等來(lái)模擬外星的環(huán)境條件來(lái)培養地球上的藻類(lèi)和植物，然后利用葉綠素熒光技術(shù)為代表的植物表型分析技術(shù)來(lái)評估其生長(cháng)狀態(tài)，尤其是這些藻類(lèi)和植物能否穩定地進(jìn)行光合作用。

下面我們通過(guò)兩個(gè)微藻相關(guān)研究案例來(lái)說(shuō)明相關(guān)的太空生物學(xué)技術(shù)方案：

案例一、藍藻利用火星風(fēng)化層來(lái)支持火星殖民

葡萄牙阿威羅大學(xué)的科學(xué)家研究了3種藍藻（柱孢魚(yú)腥藻Anabaena cylindrica、念珠藻Nostoc muscorum和鈍頂節旋藻Arthrospira platensis）和1種綠藻（小球藻Chlorella vulgaris）能否利用火星現有資源生活。他們利用美國月球和小行星表面科學(xué)中心提供的火星風(fēng)化層模擬物（MGS-1）制作成水提物，之后將這幾種微藻分別培養在純水、火星風(fēng)化層水提物和17%螺旋藻培養基中，定期測量其光密度OD440并使用FluorCam葉綠素熒光成像系統測量其最大光化學(xué)效率Fv/Fm。

OD440動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)表明微藻生物量的生長(cháng)變化，而Fv/Fm的高低則直接反映微藻光系統活性以及受損程度。這兩項數據結果表明，在火星的營(yíng)養條件下，念珠藻的生長(cháng)狀況，而鈍頂節旋藻和小球藻則幾乎無(wú)法生存。因此念珠藻應該成為未來(lái)研究的目標，不僅因為它們在氧氣生產(chǎn)中的作用，也因為它們可以被用作食物來(lái)源。

案例二、實(shí)驗室模擬藍藻在M矮星的宜居性

近十年的研究發(fā)現，40%的M矮星擁有“超級地球"（最小質(zhì)量在1到30個(gè)地球質(zhì)量之間，軌道周期短于50天，半徑介于地球和海王星之間）。但M矮星的光譜特性與太陽(yáng)有很大的差別，其波長(cháng)更長(cháng)，在可見(jiàn)光范圍內主要集中在遠紅光區（FR）。而藍藻由于可以合成葉綠素d和葉綠素f，因此可以使其光合利用波長(cháng)延長(cháng)至750nm。

由此，意大利國家天文物理研究所、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院等合作，控制培養光譜、光強、大氣組分（CO₂濃度）、溫度等環(huán)境條件，檢測Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912、Chroococcidiopsis thermalis PCC 7203、Synechococcus PCC 7335、Synechocystis sp. PCC 6803這4種藍藻在太陽(yáng)光、M矮星M7光譜、遠紅光下的生長(cháng)狀況，從而評估這些藻類(lèi)在M矮星的宜居性。

微藻的生長(cháng)和光合狀況主要使用FluorCam葉綠素熒光成像系統進(jìn)行檢測。葉綠素最小熒光F₀（也稱(chēng)原初熒光、本底熒光）在很大程度上與葉綠素濃度和微藻細胞數正相關(guān)，因此F₀增長(cháng)率被用來(lái)衡量生長(cháng)量的變化。最大光化學(xué)效率Fv/Fm則直接反映其光合效率。結果很令人驚訝，所有微藻在M7光譜條件下的生長(cháng)狀況與在太陽(yáng)光下類(lèi)似，而且遠好于只在遠紅光下的生長(cháng)狀況。M7這種奇異光譜的可見(jiàn)光與遠紅光比例可能是其中的關(guān)鍵因素。

易科泰微藻太空生物學(xué)技術(shù)方案

1. 智能培養與在線(xiàn)監測

l 全LED光源，培養光強最高達3000 μmol photons m^-2 s^-1，光譜組成可根據用戶(hù)需求定制

l 實(shí)時(shí)調控光強、光譜、光周期、溫度、氣體組分等，并可配備恒化（恒定pH）或恒濁（自動(dòng)補充培養基并恒定OD）培養模塊，實(shí)現穩定半連續培養

l 實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測葉綠素熒光、OD光密度、溫度、pH、溶解氧、溶解CO₂等

l 容積包括100ml、400ml、1000ml、3000ml、25L、100L等，可靈活定制

2. 藻類(lèi)葉綠素熒光與表型成像技術(shù) 

l 測量樣品包括大型藻、微藻（液體/固體培養基均可）?？裳芯课⒃迦后w，也可連接顯微鏡研究單個(gè)藻類(lèi)細胞

l 可測量葉綠素熒光成像、高光譜成像、UV激發(fā)熒光成像等，無(wú)損檢測藻類(lèi)生長(cháng)狀況、光合生理、脅迫抗性、色素組成等

l 儀器型號和配置功能靈活多樣，可根據客戶(hù)實(shí)際需要靈活定制

參考文獻：

1. Macário I P E, Veloso T, Frankenbach S, et al. Cyanobacteria as candidates to support Mars colonization: growth and biofertilization potential using Mars regolith as a resource. Frontiers in Microbiology, 2022, 13.

2. Claudi R, et al. 2020. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life 11(1): 10

北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供藻類(lèi)培養與表型研究全面技術(shù)方案：

l AquaPen、FluorCam藻類(lèi)葉綠素熒光/多光譜熒光技術(shù)

l SL3500、AlgaeTron/FytoScope智能LED光源與生長(cháng)箱

l SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測量技術(shù)

l FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像系統

l FMT150藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統

l MC1000 8通道藻類(lèi)培養系統

l ET-PSI多功能藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統

l AlgaTech®高通量藻類(lèi)表型成像分析平臺