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文檔簡介
1、藻類葉綠素熒光測量技術(shù)Measuri ng Algae自從上世紀六十年代Carl Lorenzen (1966)首次將海水泵入安裝在考祭船上的葉綠素 熒光儀進行藻類研究以來,葉綠素熒光技術(shù)很快成為海洋湖泊藻類研究的重要技術(shù)手段。特別是上世紀九十年代以來,Kolber等(1993,1998 )、Trtilek 等(1997)、Nedbal等(1999)、Dijkman 等(1999) > Koblizek 等(1999)等科學家采用 P&F技術(shù)“ pump-and-probe ”、 雙調(diào)制技術(shù)(Dual-modulation )、FRR技術(shù)(fast repetition rate
2、、等對海洋湖泊藻類進行了大量研究,奠定了葉綠素熒光技術(shù)在藻類研究監(jiān)測中的重要地位。下面就一系列國 際先進的用于藻類研究監(jiān)測的葉綠素熒光儀器技術(shù)做一簡單介紹,進一步的信息及參考文 獻等可咨詢Ecolab實驗室(,)。0,4100 200Time sd九2柵藻(Seenedesmu) FKM葉綠素熒光成像及不同柵藻的葉綠素熒光動態(tài)曲線1. FL3500葉綠素熒光儀1995年Trtilek等研制生產(chǎn)了世界上首款 FL100雙調(diào)制葉綠素熒光儀(Trtilek等,1997; Koblizek 等,1997; Nedbal 等,1999),時間分辨率可達 1卩 s。FL3500 歷經(jīng) FL100、FL20
3、0 等幾次升級換代,是世界上時間分辨率最高、功能最為強大、配置靈活多樣的葉綠素熒光 技術(shù)儀器,由控制單元(主機)和功能多樣化的測量單元組成,其主要功能特點為:1)通用455nm和625nm藍光和橙紅光雙色光源,滿足所有藻類葉綠素熒光激發(fā)測量;2)雙色調(diào)制測量光、雙色調(diào)制光化學光和雙色持續(xù)光化學光;3)除通用藍光和橙紅光雙激發(fā)光測量單元外,還可選配其它波長的測量單元, 組成2個以上多激發(fā)光葉綠素熒光系統(tǒng);4)既可進行PAM(脈沖調(diào)制)測量,還可進行STF單周轉(zhuǎn)光閃、TTF雙周轉(zhuǎn)光閃、MTF 多周轉(zhuǎn)光閃及 FRR程序測量,測量程序(protocols )包括單光閃熒光誘導(dǎo)、 OJIP-test、Q
4、A再氧化動力學、放氧復(fù)合體 S狀態(tài)轉(zhuǎn)換等;5)可選配時間分辨率為4卩s的標配測量單元或時間分辨率達 1卩s的快速測量單元, 還可選配水下原位葉綠素熒光測量單元及葉夾式測量單元,從而組成功能強大多樣化的葉綠素熒光測量系統(tǒng),既可測量水體微藻葉綠素熒光,還可原位測量水下 大型藻類及珊瑚礁藻類葉綠素熒光,及高等植物葉片葉綠素熒光動態(tài);6)雙通道主機系統(tǒng)(控制單元),可選配雙檢測器,同時測量藻類葉綠素及細菌葉 綠素熒光動態(tài);或選配溶解氧測量探頭,同步測量溶解氧動態(tài);7)可客戶定制高靈敏度測量單元,檢測極限達1ngChl/L ;8)可對溫度進行0 70° C調(diào)控,精度達0.1° Co2
5、. FL5000雙通道超高靈敏度葉綠素熒光儀FL5000為雙通道雙檢測器,可同時測量藻類葉綠素和細菌葉綠素,是目前世界上靈敏 度最高的葉綠素熒光測量儀,測量極限可達0.1 ng Chl/L,適于藻類濃度很低的海洋、泉水等進行就地(in situ )測量監(jiān)測,可自動運行PAM測量、葉綠素熒光誘導(dǎo)、OJIP-test、 QA再氧化動力學、放氧復(fù)合體 S狀態(tài) 轉(zhuǎn)換、熒光淬滅分析等。儀器內(nèi)置以太 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,可進行遠程控制和數(shù)據(jù) 瀏覽下載等。其主要功能特點如下:1)超高靈敏度,可用于海洋及自 然水體浮游植物包括藻類及 光氧細菌的對比研究分析;2)便攜性強、使用方便,控制單 元、測量單元等集成在一個機
6、 箱內(nèi),水樣可通過蠕動泵自動 控制抽樣測量,既可用于實驗 室測量研究,又可用于野外或在考察船上進行測量或監(jiān)測;3)雙通道雙檢測器,可同時測量藻類葉綠素熒光動態(tài)和細菌葉綠素熒光動態(tài)(如藍 藻細菌與藻類),內(nèi)置精密時鐘測量數(shù)據(jù)帶時間戳;4)內(nèi)置以太網(wǎng)接口和 WIFI,可實現(xiàn)遠程遙控和數(shù)據(jù)采集,具觸摸屏5)具備FL3500的光源雙調(diào)制功能,雙色調(diào)制測量光、雙色調(diào)制光化學光及持續(xù)光化 學光6)具備PC遙控模式和觸摸屏在線模式,觸摸屏界面有圖表(Graph)、數(shù)據(jù)(Numerics)、 設(shè)置(Sett in gs )、WiFi、記錄(Record)及分析(An alysis )等菜單或按鍵, 用于設(shè)置光
7、源等參數(shù)、實施在線測量、無線網(wǎng)絡(luò)連接、蠕動泵控制、即時顯示數(shù) 據(jù)或圖及記錄分析等功能3. Aquapen手持式藻類熒光儀Aquapen水體藻類熒光儀是目前世界上便攜性最強(僅手機大?。?、功能最強大、靈敏 度最高的手持式水體藻類熒光測量設(shè)備,有探頭式和試管式兩種,探頭式可直接將測量探 頭插入水體中原位測量,試管式可采樣在試管(比色皿) 中測量。Aquapen不僅具備PAMM量技術(shù)的所有功能,還可 進行OJIP-test測量并自動分析出26個OJIP測量參數(shù), 其中OJIP固定面積與藻類濃度相關(guān)。Aquapen具體功能特 點如下:1)高靈敏度,測量極限為0.5卩gChl/L2)具備NPQ1和NPQ
8、2雙程序熒光淬滅分析和三套給 光程序的光響應(yīng)曲線測量3)可設(shè)置測量程序和測量間隔后進行自動測量紀錄4)探頭式標配為藍色激發(fā)光,可選配橙紅色、白色或其它波長的激發(fā)光;試管式具備藍光和橙紅光雙色測量光源,紅色光源適于藍 藻測量,藍色光源適于綠藻等5)試管式還可測量兩個波段的光密度值 OD680和 OD7206)可選配2個或2個以上不同激發(fā)光的Aquapen已滿足多激發(fā)光測量的需求7)FluorPen數(shù)據(jù)分析軟件可顯示數(shù)據(jù)圖表包括原始測量數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)、熒光動態(tài) 曲線等8)內(nèi)置數(shù)據(jù)采集器可采集紀錄100000個帶時間戳的數(shù)據(jù)4. FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)FKM( Fluoresce nee
9、Ki netic Microscope )多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)是目前功能最為強大的藻類及植物顯微熒光光譜研究儀器,由包含可擴展平臺的增強型蔡司顯微鏡、 高分辨率CCD相機、多光譜激發(fā)光源組、高解析度光譜儀、控溫模塊、熒光成像模塊、專 用藻類熒光成像觀測室以及相應(yīng)的控制單元和專用的工作站與分析軟件組成。多光譜激發(fā) 光源組包括紫外光、紅光、蘭光、綠光和白色光源。FKM不僅可以進行微藻、單個細胞、 單個葉綠體甚至基粒-基質(zhì)類囊體片段進行Fv/Fm Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)、熒光淬滅、OJIP快 速熒光響應(yīng)曲線、QA再氧化等各種熒光成像動力學分析,還能通過激發(fā)光源組及光譜儀系 統(tǒng)進行任意熒光激發(fā)和
10、熒光釋放波段的測量與光譜分析。除對葉綠素熒光動態(tài)進行成像光 譜分析外,還可對靜態(tài)熒光如 GFP熒光、DAPI熒光、DiBAC4熒光、SYTOX錄色熒光、CTC 熒光染色等熒光蛋白、熒光素進行成像分析,并可通過光譜儀對各種熒光進行光譜分析, 區(qū)分各發(fā)色團(例如,PSI和PSII及各種捕光色素復(fù)合體等)并進行深入研究。目前中科 院植物所、海洋所都配備了 FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng),詳細信息請咨詢Ecolab實 驗室。其它用于藻類研究的葉綠素熒光成像系統(tǒng)還有FluorCam便攜式葉綠素熒光成像儀、FluorCam圭寸閉式葉綠素熒光成像系統(tǒng)、FluorCam開放式葉綠素熒光成像系統(tǒng)等。下圖為絲狀
11、魚腥藻FKM成像分析:A為沿藻絲從左到右不同細胞的 Fm成像,其中第7 和第17個細胞已分化形成異形胞;B為從左到右每個細胞的Fo值,C為Fv值,D為Fv/Fm(源自 Ferimazova 等,2013,Photosynthesis Research , 116:79-91 )。5. AOM廣譜藻類在線監(jiān)測系統(tǒng)AOM(Algal On-line Monitor )為高靈敏度廣譜藻類監(jiān)測儀器,適于監(jiān)測綠藻、藍藻、硅藻等各種浮游生物,靈敏度達 30ngChl/L (綠藻檢測 極限達10cell/ml ;藍藻檢測極限100cell/ml ),應(yīng)用 于自然水體如水華爆發(fā)早期監(jiān)測預(yù)警等,及人工水體藻類短
12、期或長期監(jiān)測如水處理監(jiān)測控制等,還可與FFL-40、 MicroMac1000營養(yǎng)鹽在線監(jiān)測儀組成富營養(yǎng)化監(jiān)測系 統(tǒng)。AOME置藍色和紅色(或選配 590nm黃色光源)雙 色測量光,監(jiān)測參數(shù)包括 Ft、QY OJIP等,其中Ft、 OJIP固定面積可反映藻類濃度動態(tài),QY可反映藻類生 理狀態(tài)如受脅迫狀態(tài)、水體毒性或突發(fā)污染事件等。內(nèi) 置數(shù)據(jù)采集器,可存儲紀錄100000個數(shù)據(jù)或300次OJIP 測量數(shù)據(jù)。通過蠕動泵自動抽樣,可通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸6. FFL-40 FRRF藻類在線監(jiān)測系統(tǒng)FFL-40為運行FRF測量程序的藻類在線監(jiān)測系統(tǒng),由FFL-40主機和PC操作系統(tǒng)組成。 FRRF熒
13、光儀廣泛用于浮游植物生產(chǎn)力估算和模型模擬分析等。通過FRR自動測量,F(xiàn)FL-40可以測量 PSII 功能吸收截面積(T PSII (functional absorption cross-section of PSII )、PSII能量傳遞p、Fo、Fo'、Fm Fm等,并進而實時估算光合電子傳遞速度 Pe快速光響 應(yīng)曲線RLC等。FFL-40技術(shù)特點如下:1)PC操作系統(tǒng)具備多平臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能,可通過GUI遠程控制測量過程和數(shù)據(jù)通訊,可同時操作多臺FFL-40;2)450nm和590nm雙色測量光源和光化學光 源,590nm光源強度可達60000卩mol/m2s, 450nm藍光強
14、度可達120000卩mol/m2s;3)單周轉(zhuǎn)誘導(dǎo)與弛豫相時間分辨率可達1.5卩s ;4)可通過NTP服務(wù)器程序支持與其它設(shè)備的 同步化監(jiān)測,如同步化GPS定位(特別適 用于儀器安裝在考察船進行移動式監(jiān)測(參見圖),可監(jiān)測紀錄浮游植物時空分 布格局)5)內(nèi)置光適用和暗適應(yīng)室,通過泵閥自動抽樣、6)特別適用于浮游植物生產(chǎn)力評估;自動清洗;7)檢測靈敏度達0.5卩gChl/L7. FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)(光養(yǎng)生物反應(yīng)器)FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)將藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測儀器獨特地結(jié)合在一起,用于 精確地進行淡水和海水光合營養(yǎng)藻類和藍綠細 菌等的培養(yǎng)和監(jiān)測。培養(yǎng)條件可以根據(jù)用戶自定
15、義方案而動態(tài)變化,光能、光譜組成、溫度等可 以精確設(shè)定并可在幅度或頻率上振蕩變化。儀器 內(nèi)置雙調(diào)制熒光儀和顯像密度計等,培養(yǎng)物的生 長狀態(tài)可以即時由顯像密度計 (OD735測定735 nm的光散射值,葉綠素含量通過在680nm和735 nm的光密度差值(NDVI)來連續(xù)監(jiān)測,通過PSII 的光量子產(chǎn)量(Fm'-Fs)/Fm'測量可以監(jiān)測其瞬 時生理狀態(tài)。主要功能特點如下:1)內(nèi)置雙調(diào)制葉綠素熒光儀,實時監(jiān)測培養(yǎng)藻類的生理狀況,測量記錄熒光參數(shù)Ft,2)3)4)5)6)7)8)Fm QY等內(nèi)置光密度計,測量 葉綠素濃度OD680和OD735經(jīng)過校準可計算生物量(藻類細胞數(shù)量)、可同時測量監(jiān)測溫度、pH值、溶解氧等多 種參數(shù),還可選配CO2/O2分析系統(tǒng)以實時 監(jiān)測耗氧與CO2排放精確控制溫度、光質(zhì)、光強、培養(yǎng)周期等, 如設(shè)置模擬晝夜節(jié)律培養(yǎng)等光質(zhì)可根據(jù)用戶需求在紅光、藍光、白光中 選擇單色或雙色光源,擴展光源中還可以加 入紅外光氣流速率、CO及Q濃度可精確控制(備選), 并可進行恒化或恒濁培養(yǎng)通過RCM軟件可進行遠程網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)圖 表瀏覽下載等可選配400ml培養(yǎng)器或1000ml培養(yǎng)器,還 可定制25L或120L等大型藻
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