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  • 技術(shù)文章ARTICLE

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    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)

    發(fā)布時(shí)間: 2024-05-21  點(diǎn)擊次數: 321次

    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。

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    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。

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    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。

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    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%M矮星擁有“超級地球"(最小質(zhì)量在130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。

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    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 68034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。

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    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

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    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

    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

    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

    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) 

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    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

    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

    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:

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

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

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

    FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像系統

    FMT150藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統

    MC1000 8通道藻類(lèi)培養系統

    ET-PSI多功能藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統

    AlgaTech®高通量藻類(lèi)表型成像分析平臺

     


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