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一、菌種的分離與鑑定
綜合表型特徵分析的實驗結果,以及 16S rRNA 基因序列分析、
ARDRA、質體分析等不同方法所獲得之結果的相互支持下,可知在 本 研 究 中 由 透 抽 體 內 所 分 離 出 的 三 株 發 光 細 菌 品 系 皆 為 Photobacterium leiognathi。
就已知的文獻搜尋,尚未有過從台灣沿海的 Uroteuthis 屬鎖管類 物種身上分離出海洋發光細菌的報導。雖有學者進行台灣沿岸細菌的 收集、分類與鑑定的研究,並證實 Photobacterium leiognathi 存在於 台灣沿海海域﹙邱秀慧, 2006﹚,但直接從台灣沿海海域的鎖管類體 內分離鑑定出 P. leiognathi 則未曾被報導過。
二、不同理化因子對於細菌發光強度的影響 1. 溫度與 pH 值
由實驗結果可知,本研究中從透抽體內分離出來的三株 P.
leiognathi 品系,其發光強度間有相當大的差異,雖然由於曝光時間
不同而無法做直接的比較,但由圖三十二便可知道其間確實有著很大 的落差。不同品系有最適合其發光的溫度範圍,且品系之間並不相 同。最適合 L 品系細菌發光的溫度範圍在 20-30°C 之間,D 品系則 在 20-25°C 之間,而適合 Dalt品系發光的溫度範圍則侷限於 20°C 上 下。
同樣地,細菌亦有適合其發光的 pH 值範圍;圖三十三中,適合 三株 P. leiognathi 品系發光的 pH 值範圍均在 pH 7 左右,Dalt品系的 最適合發光 pH 值較其他兩品系稍微向低 pH 值的方向偏移。
2. 鹽度
不同的發光細菌,其所適合生長的環境鹽分濃度可能也不盡相 同。例如 V. fischeri 和 P. leiognathi 不能在含有 8% NaCl 的 YP﹙yeast extract-peptone﹚培養基上生長,但 V. harveyi 則能適應較廣範圍的鹽 度變化﹙1-8%﹚;這說明了為何 V. harveyi 能夠存活於鹽度較高的潟 湖中,而 V. fischeri 則很少在這樣的環境裡被發現﹙Shilo & Yetinson, 1979﹚。
因此,適合細菌發光的環境鹽度範圍在不同品系或菌種間可能也 有所差異。由圖三十四可看出,不同的 P. leiognathi 品系,其發光現 象對於環境鹽分濃度變化的反應並不完全相同。雖然三株品系的發光 強度均隨鹽度的上升而減弱,但 Dalt品系在鹽度達到 7%以上偵測不 到發光的現象,而 D 品系的發光強度對於環境鹽分濃度的變化則較 其餘兩株品系敏感。
3. 滲透壓
由圖三十五可以看出 L 品系在蔗糖濃度達到 10%之後,其發光 強度才大幅度下降,而 D 品系在蔗糖濃度超過 5%之後,其發光強度 便大幅度下降;Dalt品系則是當蔗糖濃度達到 5%,其發光強度便已減 弱至低點。顯示三株品系的發光現象受到滲透壓影響的程度並不相 同。
4. 紫外光
雖然細菌發光的遺傳基礎與生化反應已被廣泛地研究,但這個反 應過程所扮演的生物角色卻仍不清楚。前人研究指出海洋細菌 Vibrio harveyi 的發光現象會誘發DNA 的修補機制,由於其暗突變品系﹙dark
mutant﹚顯出特別高的 UV 敏感性,故推論很可能是因為強化的光反 應﹙photoreactivation﹚所導致﹙Czyz et al., 2000﹚。
但由圖三十六可發現,當受到相同能量的紫外光照射時,對於三 株發光細菌品系發光強度的影響有很大的不同。L 品系的發光強度在 實驗所測試的紫外光能量範圍內,隨著能量的增強而明顯的上升。D 品系的發光強度在一定範圍內的反應與 L 品系相似,但當能量繼續加 強,其發光強度反而開始下降。而 Dalt品系發光強度則不僅不隨著紫 外光能量的增強而提升,反而出現隨之下降的趨勢。這樣的現象似乎 與前人研究所獲得的結果並不一致,推測可能是因為即使是同種細 菌,不同品系之間的生化活性亦常有所差異。
5. 鋅離子濃度
ZnCl2 溶於水中後會解離出 Zn2+。Zn2+濃度經常是水污染的一個 指標;過量的鋅離子存在水中經常會對生物造成毒性,影響細菌的生 化反應與生理功能﹙Irwin, 1997﹚。
Tamminen & Virta 曾於 2006 年探討拍立得底片在捕捉發光訊號 上的實用性,其研究中同時使用光度計與拍立得底片來進行鋅離子濃 度對發光強度影響的實驗,並比較兩者結果的差異。在本研究中,由 於使用數位相機作為捕捉發光訊號的工具,因此原先亦欲探討數位相 機與光度計之間的差異,故進行鋅離子濃度對於發光強度影響的實 驗,並期望能與前人研究中的結果進行比對。然而由於本研究所使用 的細菌品系與前人研究並不相同,故最後並無法將實驗結果與前人研 究作比較;然而由實驗結果中仍能看出,不同品系發光強度在受到不 同鋅離子濃度影響時,其效應還是有所差異。
由圖三十七可以看出,當水中鋅離子濃度增加時,三株發光細菌
在鋅離子濃度達到 3.2 mg/l 時便大幅下滑,而後則漸趨平緩。D 品系 的發光強度則是隨著 Zn2+濃度的增加而持續地減弱。D alt品系的發光 強度雖然也是隨著 Zn2+濃度的增加而逐漸減弱,但其幅度較 D 品系 來得平緩。
6. 過氧化氫
前人研究中認為生物發光的現象在最初可能並不是為了光的產 生而演化出來的,反而更像是一種對於含氧大氣的解毒機制(Łyżeń &
Węgrzyn, 2005)。且在發光反應過程中,細菌螢光酵素催化長鏈脂 醛的氧化並還原黃素單核苷酸,因而推測對抗氧化壓力也可能是細菌 發光現象的演化趨力﹙Rees et al., 1998﹚。
三株發光細菌品系在環境中存在過氧化氫時,皆會因而反應出較 高的發光強度,但對於過氧化氫的敏感性亦不完全相同。圖三十八 中,L 品系與 D 品系的發光強度上升幅度較為相近,而 Dalt品系的上 升幅度則較為平緩。
7. 光譜偏移﹙spectrum shift﹚現象
前人研究中曾指出,V. fischeri 的一個品系在其細胞內一特定螢 光蛋白存在與否的情形下,其發出的光會出現光譜偏移的現象,亦即 所發出光的波長改變﹙Eckstein et al., 1990﹚;然而海洋發光細菌光波 長的改變是否可能影響其共生海洋動物的生態行為,目前並無相關的 研究報導。
雖然本研究中並沒有直接測量各品系細菌所發出的光波長,但由 各實驗結果圖中的紅、綠、藍三色訊號值亦可看出,三株品系所發出 的光之波長並不相同,L 品系偏向藍色,D 品系則偏向綠色;Dalt品
系雖然也是偏向綠色,但其發出的光中,紅色訊號值的比例較其餘兩 株品系高了許多。
然而當環境中的理化因子發生改變時,並不會改變三株品系所發 出光的三色訊號值的組成比例,亦即沒有光波長改變的現象。D、Dalt
品系雖然在某些情形下出現紅色訊號值比例稍微產生波動的現象,但 因並無明顯規律,且無法排除非為實驗誤差所導致,故此一現象尚待 進一步的研究探討。
綜合以上的結果顯示,雖然不同理化因子對於不同品系的發光強 度有不同程度的影響,但由於本研究中所分離出的三株 P. leiognathi 品系的發光強度差異甚大,即使是在不同理化因子處理下,發光強度 的排位並不會有所改變,同時亦無明顯光波長改變的現象。故推論三 株品系發光強度受到不同程度影響的現象並不會影響其共生海洋動 物的生態行為;但各品系在受到不同理化因子影響時而產生發光強度 受到抑制或是激發的現象,仍可能是海洋動物利用來調控體內細菌發 光強度的一種可能機制。
三、測量發光強度的方法
將發光細菌應用在生態毒理學試驗的優點在於快速、便宜,且簡 單容易測量;然而,在欲進行發光強度的定量時卻容易遇到經濟上的 限制。雖然市面上有許多光度計可供選擇,然而對於落後地區的有關 當局或是研究者而言,即便是最便宜的設備也仍然是一個很重的負 擔。前人研究中曾使用X光片偵測細菌菌落所發出的光﹙Wood &
DeLuca, 1987﹚,亦有學者曾發表發光細菌培養於96孔盤中的照片
﹙Simpson et al., 2001﹚;可見得使用普通攝影底片來偵測細菌發出
細菌培養液進行曝光後,以掃描器將其轉換為數位檔案格式,並用軟 體分析發光訊號強弱,其結果與使用光度計進行發光強度的定量分析 所獲得的結果相似﹙Tamminen & Virta, 2006﹚。
本研究中所使用的數位單眼相機在近年來由於市場的需求增加 與工藝技術的日漸進步,其價格已下降至一般消費大眾多能接受的程 度。與拍立得底片相較之下,其每張照片的平均成本在拍攝量到達一 定程度後,便會低於拍立得底片的成本。且數位相機能夠直接將所接 收到的光訊號轉換成數位檔案,不必再經過掃描器的協助,可同時降 低訊號在轉換過程當中的損失程度。而由於數位相機不使用實體底 片,故也不必將底片沖洗成照片,也減少了儲存檔案時所需的硬體空 間。