FastBallast 压载水合规监测系统

“外来物种”指的是非本地生态系统的任何物种，在美国被合法定义为“外来物种”，其引入可能对经济、环境甚至人类造成损害。非本土物种是全球生物多样性的最大威胁之一，仅次于栖息地丧失，考虑到我们已经进入了“地球上第六次大规模物种灭绝”，这是一个需要我们注意的严重问题

船舶压载水是海洋入侵物种的最大载体之一，用某区域的水来填充船舶压载舱，然后再排放至其他区域。据估计，任意一次船舶压载水中存在7000种物种，并且根据船舶贸易路线，在1m3压载水中容易携带超过1亿个浮游生物样本（Kabler，96）。因此，考虑到航运业每年转移类似压载水100亿吨，将会导致巨大的入侵风险。

大多数非本土物种确实会造成有害的生态影响，仅英国就拥有超过2000种外来物种稳定存在。而据政府评估，这将使英国每年耗费17亿英镑，而美国则耗费高达1370亿美元，这对全球经济来说是一个巨大的问题！在海洋环境中，水生物种很容易生存并发展，控制和根除在技术上十分具有挑战性，所以预防就显得尤为重要。

FastBallast利用活性荧光测量方法，LED光直接照射样品腔，样品中的浮游植物会在光照射下进行光合作用，高灵敏度的探测器会检测仅发生于活体浮游植物中的光合作用信号—可变荧光，可变荧光的量即可反应样品中浮游植物的状态。光合作用的强弱反映了所有浮游植物的生存状态，能够有效地反映浮游植物是否存活。FastBallast中的荧光测量方法是专门针对压载水监测设计的，用来监测排放出的压载水是否达标。

Chelsea technologies group开发的FastBallast采用多波长激发光，确保大小不同的浮游植物群体在光照下释放荧光，每个检测过程只需要几百个微秒，确保够在快速流动的通道内完成高频率监测。用高灵敏度的FastBallast快速压载水监测系统监测活体浮游植物的可变荧光，此方法能够满足IMO D2 和USCG排放标准（10~50 µm）。

表2 数据表明FastBallast分析与细胞大小无关

表2说明了不同大小和物种的细胞如何显著影响指示性试验的结果。对于T. punctigera（大硅藻），level 1（指示性）试验产生假阳性（FAIL结果应该是PASS）。level 2（合规性）测试将样品正确评估为PASS。用盐藻（小型绿藻），level 1试验表明细胞密度低于显微镜结果的25%。level 2测试更接近，为显微镜结果的85%。

图1 基于分析结果的分布图

图1显示了基于表2中2级监测的分布数据（可变荧光，Fv）。尽管两个样品Fv值相差不大，但是T. punctigera物种的Fv值范围明显比D.salina高出许多倍。这种差异是由样品的泊松分布引起的，同时也为FastBallast用于与细胞大小无关的2级测试方法提供了基础。

如果使用其他基于荧光方法的系统进行指示性监测 （level 1），则必须提前假设每个细胞的荧光产量，而由于不同大小和种类的细胞发射的荧光变化非常大，结果会产生很大误差。FastBallast level 1（指示性）测试可为样品是否合规提供快速指示（2分钟内）。如果level 1测试产生的PASS/FAIL结果在IMO D2规范阈值的4%和4000%之间，则会自动触发level 2（合规性）测试。FastBallast level 2测试结果与在岸上的分析测试一样准确，且具有高置信度。

图3 FastBallast的监测方法

FastBallast为IMO D2规范限制下的船上压载水监测提供了一个超敏感的解决方案。通过采用Single Turnover One Pulse检测方法实现高采样率，使FastBallast比常见的（Multiple Turnover）PAM方法更适合分析接近IMO D2阈值的低密度浮游植物细胞。当分析样品时，FastBallast首先启动1级指示性测试（level 1），耗时不到2分钟。如果产生明确的PASS/FAIL结果（即PASS：小于IMO D2阈值的4%；FAIL：大于IMO D2阈值的4000%），则停止测试并报告结果。若初始监测结果在阈值的4%~4000% 范围内，FastBallast会自动进行2级测试（level 2），用时不到8分钟。

与其他需要大量样品的荧光方法相比，基于分布的FastBallast 2级测试不需要假设每个细胞的荧光量，在0~100 cells/mL范围内估算的细胞密度值与显微镜检测结果相比在允许误差范围内。使用FastBallast的2级测试，绝对不可能出现假阴性结果，也几乎不可能出现假阳性结果。为了允许潜在变化以符合法规，FastBallast还包含四个激发波长，为测量蓝藻提供更大的灵活性。