放射性核素进入水环境所导致的水体污染问题一直备受关注。水体放射性核素毒性的现场快速检测是当今环境领域面临的重要挑战。针对此问题，将蛋白核小球藻作为受试生物，以三种典型放射性核素锶（⁹⁰Sr）、铯（¹³⁷Cs）和钴（⁶⁰Co）为研究对象，利用荧光动力学方法，研究了快速叶绿素荧光诱导动力学（OJIP）曲线及最大光化学量子产率（F_v/F_m，F_v是可变荧光，F_m是最大荧光）和光合性能参数（PI_ABS）对⁹⁰Sr、¹³⁷Cs和⁶⁰Co三种放射性核素在180 min短期胁迫下的响应规律与特性，从而明确了藻类荧光动力学技术应用于水体放射性核素毒性现场快速检测的可行性。此外，通过F_v/F_m与PI_ABS对三种放射性核素响应性能的对比，进一步优选出可用于放射性核素毒性灵敏检测的最佳光合荧光参数。结果表明：在暴露180 min以内，⁹⁰Sr、¹³⁷Cs和⁶⁰Co三种放射性核素均会破坏蛋白核小球藻的光合系统，引起OJIP曲线的显著变化，表明微藻荧光动力学方法能够用于水体放射性核素毒性的快速检测；F_v/F_m和PI_ABS对三种放射性核素的响应均具有活度浓度依赖性和时间依赖性，表明基于微藻荧光动力学方法所获取的F_v/F_m和PI_ABS均可作为毒性响应参数用于放射性核素毒性的检测和评估；根据基于F_v/F_m和PI_ABS所获取的三种放射性核素的20%效应浓度（EC₂₀）和50%效应浓度（EC₅₀）对比可知，PI_ABS相较于F_v/F_m对放射性核素毒性具有更灵敏的响应特性，因此PI_ABS是基于藻类荧光动力学技术实现水体放射性核素快速检测的最佳毒性响应参数。本研究为水体中放射性核素毒性的现场快速检测提供了重要的方法基础。

以淡水微藻中的蛋白核小球藻为受试生物，以典型毒性氯化消毒副产物氯乙酸及三氯乙腈为研究对象，采用荧光动力学方法研究了4种光合荧光参数F_v/F_m、F_v/F_o、F_m/F_o（F_o为初始荧光强度，F_m为最大荧光强度，F_v=F_m-F_o）及PI_ABS对两种消毒副产物的响应规律，并分别从对低质量浓度与等质量浓度消毒副产物响应性能、10%效应质量浓度（EC₁₀）与50%效应质量浓度（EC₅₀）值4个方面对比了4个光合荧光参数的响应灵敏性。结果表明：4个参数对两种消毒副产物都具有质量浓度响应特性，抑制率与消毒副产物质量浓度之间都具有较好的Logistic曲线型剂量-效应关系，修正相关系数Radj2均大于0.993，其中PI_ABS的Radj2最大；4个参数对两种消毒副产物毒性的响应灵敏性从大到小的排序均为PI_ABS、F_v/F_o、F_m/F_o、F_v/F_m，因此PI_ABS是基于荧光动力学方法检测水体氯化消毒副产物毒性较为灵敏的响应指标。该研究结果为发展水体消毒副产物毒性的现场快速检测方法与技术提供了重要参考。

藻类作为单细胞生物, 其个体小、 易培养、 对毒物敏感、 且能够观察细胞水平上的中毒症状, 是快速检测水质生物毒性的理想受试生物。 “藻类生长抑制试验”依赖于藻类细胞的繁殖代谢过程, 测量周期长, 无法满足生物毒性快速检测的需求。 藻类光合作用过程对污染物毒性的响应速度和灵敏度显著优于“藻类生长抑制试验”, 以藻类光合作用状态为毒性测试指标可大幅缩短毒性检测时间。 现有“光合作用抑制实验”多采用可变荧光Fv或最大光化学量子产量Fv/Fm作为生物毒性反应终点, 缺乏对多个光合荧光参数响应敏感性的对比分析, 造成生物毒性定量检测的灵敏度不高。 以蛋白核小球藻为受试对象, 以叶绿素荧光作为藻类光合作用状态快速无损探针, 采用荧光动力学手段测量藻类光合荧光参数, 对典型除草剂DCMU抑制下的多个光合荧光参数的毒性响应敏感性进行对比分析, 得到适用于快速、 定量评价DCMU胁迫效应的关键光合参数, 提高DCMU生物毒性检测的速度和灵敏度。 结果显示: (1)DCMU对光合荧光参数F0, Fm, σPSⅡ, τQA, Fv, Fv/Fm, Yield, rP, NPQ, α响应显著, 其中参数α, rP, Fv/Fm, yield和NPQ在5 min即呈现出类似时长（96 h）的响应效应; (2)参数α, rP, Fv/Fm, yield和NPQ的5 min抑制程度对DCMU浓度具有良好的剂量效应关系。 其中, 参数NPQ的相关系数和EC50-5 min分别为0.998 5和2.41 μg·L-1, 显著优于其他四个参数, 且优于96 h的测量结果。 采用光合荧光参数NPQ作为5 min定量测量DCMU生物毒性的反应终点, 可极大缩短DCMU生物毒性的检测时间（从96 h缩短至5 min）, 并显著提高检测灵敏度（与光合抑制方法常规参数Fv/Fm相比, EC50降低了81.4%）。 实验结果为基于藻类光合抑制效应的DCMU生物毒性定量检测提供了基础数据, 研究方法也为其他污染物胁迫下的藻类光合荧光参数筛选提供了参考。

叶绿素荧光动力学过程与藻类光合作用过程密切相关,叶绿素荧光动力学法是探测活体藻类细胞的天然工具。与常用的压载水荧光素染色-显微镜检活体藻细胞计数相比,叶绿素荧光动力学法具有测量快速、灵敏度高、无需前处理等特点。海洋船舶压载水中存在大量死亡藻细胞和有色溶解有机物(CDOM),荧光背景复杂,因此,获得不受荧光背景影响且能够准确表征活体藻细胞数的光合荧光参数,是叶绿素荧光动力学法直接测量压载水活体藻细胞数的关键。本文以死细胞和CDOM溶液模拟压载水的复杂荧光背景,以二氯苯基二甲脲(DCMU)胁迫条件模拟实际应用,研究了不同荧光背景下F_m、F₀、[RCII]和F_v等多个光合荧光参数与活体藻细胞数之间的关系。结果表明:F_m、F₀、[RCII]对活体藻细胞数的表征都不同程度地受死细胞数和CDOM浓度的影响,仅有F_v不受荧光背景的影响,相对标准偏差小于5%;在不同稀释液稀释活体藻细胞溶液实验中,F_v与活体藻细胞数均具有良好的线性相关性,相关系数R²可达0.98以上;在DCMU胁迫作用下,有且仅有F_v与活体藻细胞数呈良好的正相关性,相关系数为0.986。本研究结果证明了光合荧光参数F_v不受荧光背景干扰,是表征压载水中活体藻细胞数的最佳光合荧光参数。

以蛋白核小球藻为受试对象,以藻类光合荧光参数为毒性评价指标,研究Cu 2+毒性作用下多个光合荧光参数的响应规律。结果显示:Cu 2+对光合荧光参数F0、Fm、Fv、Fv/Fm、Yield、rP、JVPⅡ、α和Ek抑制效应显著,其中Yield、rP、α和Fv/Fm在24 h内体现出稳定的抑制效应,可作为24 h分析Cu 2+毒性的评价指标;Yield、rP、α和Fv/Fm抑制程度对Cu 2+浓度具有良好的剂量效应关系,logistic函数拟合相关系数R2分别为0.9989,0.9992,0.9991,0.9977,由此得到EC50-24h值分别为61.05,66.31,69.41,99.61 μmol·L -1。因此,参数Yield、rP、α的拟合相关系数优于常规参数Fv/Fm,其对应的EC50-24h分别降低了38.7%,33.45%,30.3%。研究结论可为基于藻类光合抑制效应的生物毒性测试指标选择提供参考。