安德鲁·p·迪恩,乔恩·k·皮特曼和David c . Sigee
曼彻斯特大学生命科学学院,牛津大学,曼彻斯特,英国M13 9 pt。电子邮件:(电子邮件保护)
介绍
藻类是至关重要的健康和福祉我们的地球。他们解决碳通过光合作用和形式在湖泊和海洋食物链的基础,从巨型海藻小自由浮动的单个细胞。这些自由浮动的藻类浮游植物被称为从希腊单词芬多精(植物)和planktos(漫步或漂移),由单个细胞,多细胞丝状和殖民地。
曼彻斯特大学的我们一直在使用傅里叶变换红外(ir)光谱来增加我们的理解的浮游植物生理学和生物技术的潜力。半岛综合体育官方APP下载德甲我们的研究包括实验室研究,观察藻单一栽培,到实地研究藻类在自然环境中,我们特别感兴趣的浮游植物用傅立叶变换红外光谱来研究影响因素如何分配碳为脂质、碳水化合物和蛋白质。半岛综合体育官方APP下载德甲细胞的方式分配碳这些组织依赖于很多因素如增长率,光强度和营养的可用性。例如,蛋白质与生物合成的基本功能和细胞分裂,而脂类和碳水化合物作为细胞内碳和能源储备。然而,低营养条件下细胞分配更多的碳存储产品,如脂类和碳水化合物,然后细胞利用的有利条件返回时恢复细胞分裂。本文提出了两个方面的工作,我们应用傅立叶变换红外光谱研究浮游植物:(1)使用傅立叶变换红外光谱作为一种高通量技术的快速评估藻文化对于脂质含量半岛综合体育官方APP下载德甲,和(2)评估碳分配的季节性变化选择浮游植物物种(Pedisatrum双,角藻hirundinella和项圈藻flos-aquae在富营养湖)。
实验室研究藻类生物燃料
我们工作的一个方面在曼彻斯特大学的藻类生物燃料的发展。在这个研究我们经常使用傅立叶变换红外光谱来研究碳分配的单一栽培范围的藻类物种,和单一物种半岛综合体育官方APP下载德甲的生长条件。1藻类的潜力的可再生能源问题受到越来越多的重视。然而,藻类生物燃料的可行性取决于许多因素,包括物种的鉴定与高脂质成分,和了解脂质生产最大化的环境条件。我们利用各种技术的理解在藻细胞脂质合成,包括基因表达、基因操控,气相色谱/液体相色谱分析-质谱法(GC /质)。在这个工作我们补充这些技术的应用使用红外光谱作为一种高通量、快速检测工具来评估藻细胞的脂质含量。半岛综合体育官方APP下载德甲我们对这方面的工作我们主要专注于小绿藻衣藻reinhardtii这是一个特点和研究模型的物种是理想的获得细胞功能和生理的理解。每次实验后小卷(< 0.5毫升)的96个样本的藻细胞收获,离心机,re-suspended体积小的H2O和~ 20µL沉积在硅板。然后对光谱进行分析使用傅立叶变换红外光谱以及由此产生的光谱处理评估细胞的脂质。半岛综合体育官方APP下载德甲样品可能包含许多不同的细胞系,我们希望比较脂质成分,或可能由一个细胞系,受到各种环境条件诱导脂质合成。其中一个条件是营养不足,细胞缺乏氮或磷停止细胞分裂,而是存储碳储量的脂质和碳水化合物(淀粉)。图1比较了细胞生长在氮(N)的和氮缺乏媒体,清晰地展示了低氮条件导致脂质合成的增加呈现,可以使用lipid-specific荧光染料(尼罗红),可以清楚地看到胞内脂质体。这种细胞脂质和碳水化合物的增加是显而易见的附带的傅立叶变换红外光谱,乐队在1740厘米1,与n (C = O)酯组,和乐队在3000 - 2800厘米1从n(碳氢键)的饱和CH,由于主要来自脂肪,都是高营养限制的条件下。此外,碳水化合物乐队在1200 - 900厘米1polysaccchrides]的[n (C-O-C)也高度升高相比,细胞生长在营养的媒体。乐队归因于n (C = O)酰胺的伸展蛋白(酰胺我~ 1655厘米1)和d (h)的弯曲模式酰胺从蛋白质(酰胺二世~ 1545厘米1)也可以清楚地看到。
傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱从而允许有趣的脂质含量高的细胞系,或诱导脂质合成条件,为进一步研究快速识别使用其他技术,如质和基因表达研究。这些分析的红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱是一个很好的工具,因为它是快速、简单的执行,可以进行非常少量的藻类和光谱提供其他有价值的信息附加的脂质。因此有许多优点超过传统的脂质重量技术可以耗时,需要复杂的实验室设备,大量的藻类和只提供脂类的信息。与增加兴趣藻bioproducts使用常规的傅立叶变换红外光谱对藻细胞的化学成分很可能变得越来越重要。半岛综合体育官方APP下载德甲
环境研究
大多数的傅立叶变换红外光谱研究浮游植物抗性材料上使用进行了一些分析环境生物。然而,高空间分辨率的红外显微镜技术意味着特定物种可以选择性地分析了在混合环境人口让我们调查非常小的藻细胞和殖民半岛综合体育官方APP下载德甲地,其中许多是直径小于20µm。这种能力来识别和研究单个细胞/殖民地促进研究种内hererogeneity碳分配的单样本,例如,一项研究比较淡水藻类的一种和丝囊藻属从湖水中不同深度列显示细胞深处水柱表现出减少的碳水化合物。2它还促进了跨物种的差异的研究显示,例如,这两个共显性藻类物种(微胞藻属和角藻)在一个湖泊富营养化有着非常不同的模式的碳(C)分配。3它还促进C分配时间变化的分析,在单一物种,在一个扩展的时期4这里描述。这给了傅立叶变换红外光谱的伟大传统半岛综合体育官方APP下载德甲的批量分析技术优势藻类的大量需要必要的膨胀起来杂交物种populations-this意味着单个细胞/殖民地不能分析,和任何国际米兰——和种内差异平均在整个藻样本。
为了分析选定的浮游植物物种变化的时间我们收集的浮游植物样品从Rostherne仅仅在两年的时间,一个湖位于在英国柴郡平原。细胞被干到反射幻灯片,挑出使用光学显微镜和使用傅立叶变换红外光谱分析。半岛综合体育官方APP下载德甲细胞的角藻的殖民地,盘星藻属和丝淡水藻类的一种(图2)观察两年来产生的傅立叶变换红外光谱清除显示峰值在波数对应的蛋白质,碳水化合物和脂质(图3),每个正比于其细胞浓度的吸光度。
盘星藻属是平板状殖民地,由单个细胞的数量。虽然只是出现在低数量在C的湖有一个非常有趣的模式分配。当盘星藻属首次出现在非常高的水柱脂质和碳水化合物储备,但在其他抽样日期这些储备都筋疲力尽了。淡水藻类的一种是长纤维的个体,球形细胞。占主导地位的数量淡水藻类的一种2007年观察和分析了人口增长(最高~每毫升800丝)和随后的下跌。光谱的特征是缺乏脂质乐队,和碳水化合物著名乐队在早期阶段的人口增长。然而,这些高碳水化合物水平逐步枯竭随着人口下降。角藻有一个非常特色的外表,看起来有点像一个三条腿的埃菲尔铁塔,和在2006年是浮游植物的主要成员。与其他物种相比,角藻没有任何季节变化,尽管傅立叶变换红外光谱分析并确定高水平的异质性在人口。
种特异的分歧,这些蒙面使用传统的批量分析方法时,强调这些环境的效用的傅立叶变换红外光谱研究。半岛综合体育官方APP下载德甲这样一个了解碳分配随人口发展和环境条件,有巨大的潜在理解因素调节的兴衰藻类种群在水生环境中,包括全球公害的赤潮是一个日益严重的问题。通过这些研究,傅立叶变换红外光谱表明发生大的时间和空间两种半岛综合体育官方APP下载德甲物种之间以及内部分子组成的区别。这些差异可能是有关这两个内在个别物种的分子组成上的差异,以及不同的藻响应不断变化的环境条件。傅立叶变换红外光谱分析单个细胞的能力,殖民半岛综合体育官方APP下载德甲地和物种内混合样品有相当大的潜力,帮助我们了解这些因素,为未来的生态研究有很大潜力。
总结
使用这里描述的傅立叶变换红外光谱显示半岛综合体育官方APP下载德甲其效用在藻类的研究中,然而,这些绝不是唯一的应用程序。5例如,其他组有傅立叶变换红外光谱用于实时分析变化的碳模式在活细胞中,2 d细胞评估细半岛综合体育官方APP下载德甲胞间的映射空间变化在C存储和使用傅立叶变换红外光谱不同种类的歧视。整体从这些研究结论是,傅立叶变换红外光谱已经成为一个关键实验藻研究工具,在实验室和环境研究,今后将继续如此。半岛综合体育官方APP下载德甲
确认
我们想感谢詹姆斯·尼科尔森和Beatriz埃斯特拉达的贡献本文所基于的研究。同时感谢利华休姆信托赞助资金的工作进行的这项研究(批准号F / 00 120 / AO)和STFC beamtime在位于达斯伯里实验室的资金和分配。感谢也去自然英格兰许可进行抽样Rostherne仅仅和提供划船设施。
引用
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