Продажа флуоресцентных приборов

Создание в лабораториях и океанах усовершенствованных флуоресцентных систем для измерения биомассы, физиологии и фотосинтеза фитопланктона

1. Цель и содержание исследования

Цель исследования

Целью проекта является создание небольшого настольного прибора под названием F - флуоресцентная I - индукция и R - прецизионная система (mini - FIRE) для анализа дискретных проб и непрерывного измерения изобилия и физиологического состояния фитопланктона в океане. В отличие от предыдущих FRRF и FIRE флуоресценторов, изобретенных и разработанных командой Рутгерса, новый прибор будет демонстрировать повышенную чувствительность (примерно в 10 раз), обеспечивая больше физиологических параметров в режиме реального времени. Новые приборы.высокийЧувствительность делает их ценными для полевых работ в открытом море.

Содержание исследования

Оценка фотосинтетической активности фитопланктона и других фотосинтезирующих организмов с использованием технологии переменной флуоресценции- Быстрая и неразрушающая оценка физиологического состояния фотосинтетических организмов основана на использовании флуоресцентной оптики с быстрой частотой повторения (FRRF) и ее технологии для последующей флуоресцентной индукции и релаксации (FIRE). Эта технология была изобретена и разработана командой Рутгерса. Основополагающий метод оценки биожизнеспособности фотосинтеза основан на измерении и анализе профиля хлорофилла « переменная флуоресценция», который является свойством фотосинтезирующего механизма * (обзор был проведен Falkowski et al., 2005). Технология « переменной флуоресценции» основана на взаимосвязи между флуоресценцией хлорофилла и эффективностью процесса фотосинтеза и обеспечивает полный набор флуоресцентных и фотосинтетических параметров организма. Оптические измерения являются чувствительными, быстрыми, неразрушающими и могут быть выполнены в реальном времени и на месте.

Этот метод и реализованные инструментальные принципы были установлены в рецензируемой литературе (Falkowski and Kolber 1995; Kolber at al. 1998; Gorbunov et al. 2000, 2001; Gorbunov and Falkowski 2004). Первоначально разработанный для изучения фитопланктона в водной толще, технология FRR обеспечиваетточныйИнформация о функционировании фитопланктона и воздействии экологических факторов, контролирующих первичную продуктивность океана (e.g., Falkowski and Kolber 1995; Falkowski and Raven 2007; Behrenfeld et al. 1996; Coale et al, 2004; Falkowski et al, 2004). Использование настольных и погружных флуоресцентных приборов FRR и FIRE стало неотъемлемой частью большинства биологических океанографических проектов в Соединенных Штатах и во всем мире.

Разработаны технологии F - флуоресценции I индукции и R - препинания (FIRE)Для измерения полного спектра фотосинтеза и физиологических характеристик фотосинтетических организмов (Горбунов и Фальковский, 2005). Технология FIRE основана на регистрации и анализе флуоресцентных переходных явлений, вызванных серией вспышек возбуждения, с точным контролем интенсивности, продолжительности и интервалов этих вспышек (рисунок 1 и Gorbunov and Falkowski 2005). Технология предлагает полный набор параметров, которые характеризуются процессами фотосинтеза, фотохимией в оптической системе II (PSII) и передачей фотосинтетических электронов в углеродную фиксацию. Поскольку эти процессы особенно чувствительны к экологическим факторам, технология FIRE обеспечивает основу для выявления и диагностики природных (ограничения питательных веществ, фотохимическая и световая стимуляция, тепловое напряжение и т. Д.) и антропогенных факторов стресса, таких как загрязнение.

Диаграмма 1Пример мгновенной флуоресценции FIRE. Динамика производства флуоресценции регистрируется с микросекундным временным разрешением и состоит из четырех этапов: (одинСтадия, 100 мс) Сильные короткие импульсы 100 мс (называемые однооборотной вспышкой, STF) подходят для кумулятивного насыщения PSII и измерения флуоресцентной индукции от Fo до Fm (STF): (фаза 2, 500 мс) слабая модуляция света используется для записи релаксационной кинетической энергии производства флуоресценции на временной шкале 500 мс: (фаза 3, 50 мс) Сильные длинные импульсы длительностью 50 мс (называемые многооборотной вспышкой, MTF) используются для насыщения библиотеки PSII и PQ: (фаза 4, 1 с) слабая модуляция света используется для записи динамики окисления библиотеки PQ в масштабе 1 с. Анализ на этапе 1 предусматривает: минимум и добольшойПроизводство флуоресценции (Fo, Fm); PSII Квантовая эффективность фотохимического разделения зарядов Fv / Fm (STF); Функциональное поперечное сечение PSII, σPSII; И фактор связи (p). Этап 2 обеспечивает константу времени для передачи электронов от получателя PSII (т.е. боковое окисление Qa - рецептора). На этапе 3 предлагаются Fm (MTF) и Fv / Fm (MTF). Этап 4 показывает постоянную времени передачи электронов между PSII и PSI (повторное окисление библиотеки PQ).

Биофизический фон технологии переменной флуоресценции- При комнатной температуре флуоресценция хлорофилла производится главным образом в PSII. Когда реакционный центр PSII находится в открытом состоянии (окисление Qa), производство флуоресценции минимально, Fo. При восстановлении Qa (например, путем воздействия сильного света) центр реакции закрывается, а производство флуоресценции увеличивается до его высокого уровня Fm. Чтобы обнаружить Fo и Fm, технология FIRE регистрирует флуоресцентную индукцию, вызванную интенсивным насыщением и импульсным светом (~ 100 мкс, известный как однооборотная вспышка, STF) (рисунок 1, фаза 1). Коэффициент флуоресцентной индукции прямо пропорционален функциональному сечению поглощения PSII, в то время как относительная амплитуда Fv / Fm флуоресценции определяется квантовой эффективностью фотохимии PSII. Форма флуоресцентной индукции контролируется переносом количества возбуждения между отдельными фотосинтетическими элементами и определяется « коэффициентом связи» (Kolber et al. 1998). Таким образом, при отсутствии передачи энергии (p = 0) флуоресцентная индукция имеет экспоненциальный уровень и становится антикривой, когда p увеличивается до ~ 0,5 - 0,7 до больших значений.

Кинетическая энергия, передаваемая электронами на стороне рецептора PSII (т.е. Qa - перекиси), оценивалась с помощью флуоресцентного релаксационного прединамического анализа после STF (рис. 1, фаза 2). Флуоресцентная динамика состоит из нескольких частей, поскольку скорость перекисления Qa зависит от состояния второго электронного рецептора Q b, который работает как мобильный биэлектронный рецептор:

Ка-Кб → Qa Qb- (150 - 200 мс) (1)

Ка-Кб- → Qa Qb= (600 - 800 мс) (2)

Ка- → Ка-Кб → Qa Qb- (~ 2000 мс) (3)

Реакция (3) соответствует условиям, при которых Qb первоначально отделяется от точки связывания белка D1. Кроме того, небольшая часть неработающих реакционных центров с поврежденной передачей электронов может помочь самым медленным компонентам в прединамике релаксации. Программное обеспечение FIRE использует анализ компонентов 3 для обработки прединамики релаксации, чтобы получить временную константу передачи электронов (т. е. Q оксид tQa).

Постоянная времени передачи электронов между PSII и PSI tPSII - PSI была получена из предварительного динамического анализа флуоресцентной релаксации после многооборотной вспышки (фазы 3 и 4 на рисунке 1). В большинстве физиологических условий эта константа времени определяется скоростью перекисления библиотеки протохинона (PQ) и на порядок медленнее, чем tQa.

Измеряя спектр параметров флуоресценции FIRE для интенсивности света в окружающей среде, можно восстановить скорость передачи фотосинтетических электронов, Pf， Функция силы света (фотосинтез и кривая силы света) (Kolber and Falkowski, 1993). Pf прямо пропорционален фотохимической квантовой продуктивности, измеренной под световыми продуктами и окружающим светом (DF '/ Fm'). Анализ этих кривых фотосинтеза и интенсивности света обеспечивает скорость передачи фотосинтеза в большие электроны (Pmax) и коэффициент насыщения света (EK). Измерения фотосинтеза и излучения проводятся с использованием фотохимического источника света FIRE (ALS), который управляется компьютером с помощью программного обеспечения для сбора данных FIRE.

Справочная информация и опыт в области НИОКРЧлены команды Рутгерса имеют более чем 20 - летний опыт в разработке технологий и методов переменной флуоресценции. Они изобрели и разработали инструменты для более чем 10 биофизических исследований (см. список ссылок в приложении к соответствующим рецензируемым публикациям).

2. Презентация приборов

Мини - FIRE основан на тех же биофизических принципах, что и предыдущие настольные приборы FIRE (Gorbunov and Falkowski 2005), но новый прибор в три раза компактнее и в десять раз более чувствительный. Нижний предел концентрации хлорофилла составляет ~ 0005 мг / м3, что делает mini - FIRE очень ценным для полевых проб в открытом море.

Здесь команда Рутгерса предлагает создать mini - FIRE (рисунок 2) прибор, который будет использоваться для анализа дискретных проб (например, образцов, взятых из бутылки Ниццина на сайте) и / или для непрерывного отбора проб в океане. Этот прибор будет оборудован проточной камерой для непрерывного картирования биомассы фитопланктона и фотосинтеза. Ниже приведен список физиологических параметров, записанных mini - FIRE, и технические характеристики прибора mini - FIRE (рисунок 2). Этот прибор будет использоваться для анализа дискретных проб (например, проб, взятых из бутылки Ниццина на станции) и / или для непрерывного отбора проб в океане. Этот прибор будет оборудован проточной камерой для непрерывного картирования биомассы фитопланктона и фотосинтеза. Ниже приведен список физиологических параметров, записанных mini - FIRE, и технические характеристики прибора.

Рисунок 2 Флуоресцентный прибор mini - FIRE с повышенной чувствительностью.

Измеренные параметры:

Минимальная и максимальная производительность флуоресценции после темной адаптации (Fo, Fm)

· Эффективное, минимальное и до большого производства флуоресценции при оптической адаптации (F ', Fo', Fm ') *

• Фотохимическая и высокоэффективная квантовая производительность в оптических системах II и PSII (Fv / Fm и DF 'F m)

Функциональное сечение поглощения PSII на трех длинах волн (sPSII)

· Эффективность передачи энергии между фотосинтезирующими элементами (« фактор связи»)

Постоянная времени передачи электронов на стороне рецептора PSII (Qa - Qb, Qa - Qb -)

Постоянная времени передачи фотосинтетических электронов между PSII и PSI

• Скорость передачи электронов, ETR， Функция силы света *

• Коэффициент фотохимической закалки (QP) и коэффициент нефотохимической закалки (NPQ) *

• До большой скорости фотосинтеза, начального наклона и времени оборота фотосинтеза (из кривых F и E)

• Эти параметры измеряются с использованием фотохимического источника света (ALS) и записываются как кривые интенсивности света.

Технические характеристики системы mini - FIRE:

• Чувствительность: 0005 - 100 мг / м3 хлорофилла a (концентрация отбора проб может быть увеличена путем добавления фильтров с декомпрессионной нейтральной плотностью)

• Источники возбужденного света: синий (пиковая длина волны 450 нм, полоса пропускания 30 нм), зеленый (пиковая длина волны 530 нм, полоса пропускания 40 нм), оранжевый (пиковая длина волны 590 нм, ширина полосы пропускания 30 нм) для селективного возбуждения фитопланктона в различных функциональных группах.

• Обнаружение излучения: 680 нм (хлорофилл а) и 880 нм (бактериальный хлорофилл а), другие длины волн могут быть выбраны с помощью сменных эмиссионных фильтров.

• Размеры: 10 x 5 x 12 дюймов