Bán máy huỳnh quang thực vật bao nhiêu tiền

Xây dựng các hệ thống huỳnh quang tiên tiến trong phòng thí nghiệm và đại dương để đo sinh khối thực vật phù du, sinh lý học và quang hợp

1. Mục đích và nội dung nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu

Mục đích của dự án là xây dựng một thiết bị máy tính để bàn nhỏ, được gọi là hệ thống cảm ứng F-fluorescent I và R-pre (mini-FIRE), để phân tích các mẫu rời rạc và liên tục đo lường sự phong phú và tình trạng sinh lý của thực vật phù du trong đại dương. Không giống như các máy huỳnh quang FRRF và FIRE thế hệ trước được phát minh và phát triển bởi nhóm Rutgers, thiết bị mới sẽ cho thấy độ nhạy cao hơn (khoảng 10 lần), cung cấp nhiều thông số sinh lý hơn trong thời gian thực. Công cụ mớicaoĐộ nhạy làm cho chúng có giá trị lớn cho công việc thực địa trên biển cả.

Nội dung nghiên cứu

Đánh giá hoạt động quang hợp của thực vật phù du và các sinh vật quang hợp khác sử dụng công nghệ huỳnh quang biến đổi- Đánh giá nhanh và không phá hủy tình trạng sinh lý của các sinh vật quang hợp dựa trên việc sử dụng huỳnh quang học tốc độ lặp lại nhanh (FRRF) và các kỹ thuật của nó để theo dõi các kỹ thuật cảm ứng và thư giãn huỳnh quang (Fire). Công nghệ này được phát minh và phát triển bởi nhóm Rutgers. Các phương pháp cơ bản để đánh giá khả năng sống sót của sinh học quang hợp dựa trên các phép đo và phân tích cấu hình'huỳnh quang biến đổi'của chất diệp lục, các đặc tính của cơ chế quang hợp * (được Falkowski et al. xem xét vào năm 2005). Kỹ thuật'huỳnh quang biến đổi'dựa trên mối quan hệ giữa huỳnh quang chlorophyll và hiệu quả của quá trình quang hợp và cung cấp một bộ toàn diện các thông số huỳnh quang và quang hợp cho các sinh vật. Các phép đo quang học là nhạy cảm, nhanh chóng, không phá hủy và có thể được thực hiện trong thời gian thực và tại chỗ.

Phương pháp này và các nguyên tắc thiết bị đã được thực hiện được thiết lập trong các tài liệu đánh giá ngang hàng (Falkowski and Kolber 1995; Kolber at al., 1998; Gorbunov et al., 2000, 2001; Gorbunov and Falkowski 2004). Ban đầu được phát triển để nghiên cứu thực vật phù du trong cột nước, công nghệ FRR cung cấpChính xácThông tin mô tả hoạt động của cộng đồng thực vật phù du và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường kiểm soát năng suất ban đầu của đại dương (e.g., Falkowski and Kolber 1995; Falkowski and Raven 2007; Behrenfeld et al., 1996; Coale et al., 2004; Falkowski et al., 2004). Việc sử dụng FRR và huỳnh quang FIRE để bàn và lặn đã trở thành một phần không thể tách rời của hầu hết các chương trình hải dương học sinh học ở Hoa Kỳ và trên thế giới.

Công nghệ F-Fluorescent I Induction và R-Trì hoãn (FIRE) đã được phát triểnMột tập hợp toàn diện các đặc điểm quang hợp và sinh lý để đo lường các sinh vật quang hợp (Gorbunov and Falkowski 2005). Kỹ thuật FIRE dựa trên việc ghi lại và phân tích các trạng thái thoáng qua của huỳnh quang gây ra bởi một loạt các tia sáng kích thích được kiểm soát chính xác về cường độ, thời gian và khoảng thời gian (Hình 1 và Gorbunov and Falkowski 2005). Kỹ thuật này cung cấp một tập hợp các thông số toàn diện được đặc trưng bởi quá trình ánh sáng ban ngày quang hợp, quang hóa trong hệ thống quang hợp II (PSII) và truyền electron quang hợp để cố định carbon. Vì các quá trình này đặc biệt nhạy cảm với các yếu tố môi trường, công nghệ FIRe cung cấp cơ sở để xác định và chẩn đoán các yếu tố tự nhiên (hạn chế dinh dưỡng, kích thích quang hóa và ánh sáng, căng thẳng nhiệt, v.v.) và các yếu tố căng thẳng do con người gây ra như ô nhiễm.

Hình 1. Ví dụ tức thời của huỳnh quang FIRE. Động lực học của sản lượng huỳnh quang được ghi nhận là độ phân giải thời gian micro giây và bao gồm bốn giai đoạn:(mộtGiai đoạn, 100 ms) 100 ms xung ngắn mạnh (được gọi là đèn flash quay vòng đơn, STF) thích hợp để tích lũy PSII bão hòa và đo cảm ứng huỳnh quang từ Fo đến Fm (STF): (Giai đoạn II, 500 ms) Ánh sáng điều chế yếu được sử dụng để ghi lại động năng thư giãn của sản lượng huỳnh quang trên quy mô thời gian 500 ms: (Giai đoạn III, 50 ms) Xung dài mạnh (được gọi là đèn flash quay vòng nhiều, MTF) trong thời gian 50 ms được sử dụng để bão hòa các thư viện PSII và PQ: (Giai đoạn 4, 1 s) Ánh sáng điều chế yếu được sử dụng để ghi lại động lực của quá trình oxy hóa lại thư viện PQ trong khoảng thời gian 1 s. Phân tích giai đoạn 1 cung cấp: tối thiểu và tối đatoSản lượng huỳnh quang (Fo, Fm); Hiệu suất lượng tử Fv/Fm (STF) để tách điện tích quang hóa PSII; Mặt cắt ngang chức năng của PSII, σPSII; Hệ số liên kết (p) Giai đoạn 2 cung cấp một hằng số thời gian (tức là tái oxy hóa phía thụ thể Qa) cho việc truyền electron của người nhận PSII. Fm (MTF) và Fv/Fm (MTF) được cung cấp trong Giai đoạn 3. Giai đoạn 4 tiết lộ hằng số thời gian truyền electron giữa PSI và PSI (tái oxy hóa thư viện PQ).

Bối cảnh vật lý sinh học của công nghệ huỳnh quang biến đổiỞ nhiệt độ phòng, huỳnh quang chlorophyll được sản xuất chủ yếu ở PSII. Khi trung tâm phản ứng PSII ở trạng thái mở (Qa oxy hóa), sản lượng huỳnh quang cực kỳ nhỏ, Fo. Khi Qa giảm (ví dụ, bằng cách tiếp xúc với ánh sáng mạnh), trung tâm phản ứng đóng lại và sản lượng huỳnh quang tăng lên mức Fm cao. Để phát hiện Fo và Fm, công nghệ FIRE ghi lại cảm ứng huỳnh quang gây ra bởi ánh sáng no và xung mạnh (~100 μs, được gọi là đèn flash quay vòng đơn, STF). Tỷ lệ cảm ứng huỳnh quang tỷ lệ thuận với mặt cắt ngang hấp thụ chức năng của PSII, trong khi biên độ tương đối của huỳnh quang tăng Fv/Fm được xác định bởi hiệu suất lượng tử của quang hóa PSII. Hình dạng của cảm ứng huỳnh quang được kiểm soát bởi sự chuyển giao kích thích giữa các đơn vị quang hợp riêng lẻ và được xác định bởi "yếu tố kết nối" (Kolber et al. 1998). Do đó, trong trường hợp không có truyền năng lượng (p=0), cảm ứng huỳnh quang theo cấp số nhân và trở thành một đường cong ngược khi p được tăng lên đến một giá trị tối đa~0,5 đến 0,7.

Động năng truyền electron ở phía thụ thể PSII (tức là quá trình oxy hóa Qa) được đánh giá bằng phân tích tiền động lực học huỳnh quang sau STF (Hình 1, Giai đoạn 2). Động lực học huỳnh quang bao gồm một số bộ phận, vì tốc độ tái oxy hóa Qa phụ thuộc vào trạng thái của thụ thể electron thứ hai, Q b, hoạt động như một thụ thể lưỡng điện di động:

Qa- Qb → Qa Qb- (150 - 200 ms) (1)

Qa-Qb- → Qa Qb= (600 - 800 ms) (2)

Qa - _ → Qa- Qb → Qa Qb- (~ 2000 ms) (3)

Phản ứng (3) tương ứng với các điều kiện khi Qb ban đầu tách khỏi vị trí gắn protein D1. Ngoài ra, một tỷ lệ nhỏ các trung tâm phản ứng bất hoạt có khả năng truyền electron bị hỏng có thể hỗ trợ chi phối các thành phần chậm nhất trong tiền động lực học. Phần mềm FIRE xử lý tiền động lực học chi bằng cách sử dụng phân tích 3 thành phần để truy xuất hằng số thời gian truyền electron (tức là Q-oxide tQa).

Hằng số thời gian tPSI-PSI cho sự truyền electron giữa PSI và PSI được lấy từ phân tích tiền động lực học huỳnh quang sau đèn flash đa vòng (MTF, Giai đoạn 3 và 4 trong Hình 1). Trong hầu hết các điều kiện sinh lý, hằng số thời gian này được xác định bởi tốc độ tái oxy hóa của thư viện proton quinone (PQ) và là một thứ tự cường độ chậm hơn một bậc so với tQa.

Đo một loạt các thông số huỳnh quang FIRE của cường độ ánh sáng xung quanh, tốc độ truyền electron quang hợp có thể được xây dựng lại, Pf， Là một hàm của cường độ ánh sáng (quang hợp và đường cong cường độ ánh sáng) (Kolber and Falkowski, 1993). Pf tỷ lệ thuận với sản lượng lượng tử quang hóa được đo bằng các sản phẩm ánh sáng và ánh sáng xung quanh (DF'/Fm'). Phân tích các đường cong quang hợp và cường độ ánh sáng này cung cấp quang hợp với tốc độ truyền electron lớn (Pmax) và hệ số bão hòa quang (Ek). Các phép đo quang hợp và bức xạ được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn ánh sáng quang hóa (ALS) của FIRE, được điều khiển bằng máy tính thông qua phần mềm thu thập dữ liệu FIRE.

Nền tảng R&D và chuyên môn– Các thành viên của nhóm Rutgers đã tích lũy được hơn 20 năm kinh nghiệm trong nghiên cứu và phát triển các công nghệ và phương pháp huỳnh quang biến đổi. Họ đã phát minh và phát triển các công cụ * cho hơn 10 nghiên cứu vật lý sinh học (xem danh sách tham khảo phụ lục cho các ấn phẩm được đánh giá ngang hàng có liên quan).

2. Giới thiệu dụng cụ

Mini-FIRE dựa trên các nguyên tắc sinh lý tương tự như các thiết bị FIRE để bàn trước đó (Gorbunov and Falkowski 2005), nhưng thiết bị mới nhỏ gọn hơn 3 lần và nhạy hơn 10 lần. Giới hạn thấp hơn của nồng độ chlorophyll là~0,005 mg/m3, làm cho mini-FIRe có giá trị cho việc lấy mẫu tại chỗ trên biển cả.

Ở đây, nhóm Rutgers đề xuất xây dựng một mini-FIRE (Hình 2) thiết bị sẽ được sử dụng để phân tích các mẫu rời rạc (ví dụ, các mẫu được thu thập từ các chai Niskin tại địa điểm) và/hoặc liên tục lấy mẫu trong đại dương. Thiết bị sẽ được trang bị một buồng mẫu chảy qua để lập bản đồ liên tục sinh khối thực vật phù du và các đặc tính quang hợp. Sau đây là danh sách các thông số sinh lý được ghi lại bởi mini-FIRE và các thông số kỹ thuật của thiết bị Mini-FIRE (Hình 2). Thiết bị này sẽ được sử dụng để phân tích mẫu rời rạc (ví dụ: mẫu được thu thập từ chai Nicen tại địa điểm) và/hoặc để lấy mẫu liên tục trong đại dương. Thiết bị sẽ được trang bị một buồng mẫu chảy qua để lập bản đồ liên tục sinh khối thực vật phù du và các đặc tính quang hợp. Dưới đây là danh sách các thông số sinh lý và thông số kỹ thuật của dụng cụ được ghi lại bởi mini-FIRE.

Hình 2: Máy huỳnh quang mini-FIRE với độ nhạy tăng cường.

Thông số đo lường:

● Sản lượng huỳnh quang tối thiểu và tối đa sau khi thích nghi tối (Fo, Fm)

● Sản lượng huỳnh quang hiệu quả, tối thiểu và tối đa (F', Fo', Fm') khi thích ứng với ánh sáng *

● Quang hóa đến năng suất lượng tử hiệu quả cao trong Hệ thống quang học II, PSII (Fv/Fm và DF'/F m))

● Khu vực hấp thụ PSII chức năng ở ba bước sóng (sPSII)

● Hiệu quả truyền năng lượng giữa các đơn vị quang hợp ('yếu tố kết nối')

● Hằng số thời gian truyền electron bên thụ thể PSII (Q a đến Qb, Qa đến Qb-)

● Hằng số thời gian truyền electron quang hợp giữa PSI và PSI

● Tốc độ truyền điện tử, ETR， Hàm cường độ ánh sáng *

● Hệ số làm nguội quang hóa (qP) và hệ số làm nguội không quang hóa (NPQ) *

● đến tốc độ quang hợp lớn, độ dốc ban đầu và thời gian quay vòng quang hợp (thu được từ đường cong F và E)

● Các thông số này được đo bằng nguồn ánh sáng quang hóa (ALS) và được ghi lại dưới dạng đường cong cường độ ánh sáng.

Thông số kỹ thuật của hệ thống mini-fire:

● Độ nhạy: 0,005 - 100 mg/m3 diệp lục A (nồng độ lấy mẫu có thể được cải thiện bằng cách thêm bộ lọc giảm áp mật độ trung tính)

● Nguồn sáng kích thích: màu xanh lam (bước sóng đỉnh 450 nm, băng thông 30 nm), màu xanh lá cây (bước sóng đỉnh 530 nm, băng thông 40 nm), màu cam (bước sóng đỉnh 590 nm, băng thông 30 nm) để kích thích chọn lọc thực vật phù du trong các nhóm chức năng khác nhau.

● Phát hiện phát xạ: 680 nm (diệp lục A) và 880 nm (vi khuẩn diệp lục A), các bước sóng khác có thể được lựa chọn bằng cách sử dụng bộ lọc phát xạ có thể thay thế.

● Kích thước: 10 x 5 x 12 inch