浮游植物光合速率熒光動(dòng)力學(xué)測量技術(shù)研究.pdf

1、浮游植物作為水體中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者、食物鏈源頭，是水體健康狀況指示劑，從根本上影響著全球生物地球化學(xué)循環(huán)與氣候變化?？焖贉?zhǔn)確測量浮游植物光合速率對(duì)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、水華和赤潮災(zāi)害預(yù)防、漁業(yè)資源評(píng)估、全球氣候變化預(yù)測等具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。黑白瓶、14C和18O示蹤等傳統(tǒng)光合速率測量方法需要“現(xiàn)場采樣-溫育培養(yǎng)-離線分析”，存在測量時(shí)間長、手續(xù)繁瑣、效率低，難以滿足現(xiàn)場快速測量需求。葉綠素?zé)晒夥ㄊ且环N快速高效測量方法，但目前的葉綠素

2、熒光測量技術(shù)主要集中在葉綠素濃度和光合作用參數(shù)測量方面，缺乏對(duì)光合速率的分析，且存在測量系統(tǒng)復(fù)雜、信噪比低等問題。針對(duì)浮游植物光合速率現(xiàn)場快速測量需求以及葉綠素?zé)晒鉁y量技術(shù)不足，論文研究了一種基于熒光動(dòng)力學(xué)的浮游植物光合速率測量技術(shù)。
　　首先，研究并建立了浮游植物熒光動(dòng)力學(xué)曲線測量系統(tǒng)。在分析浮游植物熒光動(dòng)力學(xué)信號(hào)獲取中激發(fā)光干擾抑制、光合電子傳遞鏈阻塞位點(diǎn)的精確調(diào)控、熒光信號(hào)的快速高靈敏檢測等關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，從激發(fā)與發(fā)射光路、

3、激發(fā)光強(qiáng)調(diào)控以及熒光信號(hào)檢測三個(gè)方面進(jìn)行測量系統(tǒng)總體分析和設(shè)計(jì)。研究了激發(fā)光強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)，設(shè)計(jì)了可變光脈沖調(diào)控電路，實(shí)現(xiàn)了不同浮游植物測量過程中的光強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)控，解決了光合電子傳遞鏈阻塞位點(diǎn)的精確調(diào)控問題;研究了快相熒光信號(hào)的快速獲取和弛豫熒光的高靈敏度檢測技術(shù)，設(shè)計(jì)了低噪聲光電信號(hào)轉(zhuǎn)換與基于時(shí)間交替的多路采樣電路，實(shí)現(xiàn)了微秒量級(jí)快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線精確采樣;針對(duì)弛豫熒光低信噪比微弱信號(hào)，設(shè)計(jì)了基于同步積分技術(shù)的豫熒光高靈敏檢測電路。

4、在此基礎(chǔ)上，建立了高靈敏和微秒量級(jí)的熒光動(dòng)力學(xué)測量系統(tǒng)。不同葉綠素濃度蛋白核小球藻測試結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確測量快相與弛豫熒光動(dòng)力曲線，對(duì)200μs快相熒光進(jìn)行高分辨率16位采樣，采樣率達(dá)1.50MHz;0.125μg/L葉綠素濃度的浮游植物弛豫熒光信噪比達(dá)11.2dB以上。
　　其次，研究了浮游植物光合速率熒光動(dòng)力學(xué)曲線反演方法?；诮⒌母∮沃参餆晒鈩?dòng)力學(xué)測量系統(tǒng)獲得的快相與弛豫熒光動(dòng)力學(xué)曲線，研究了浮游植物光合作用參數(shù)反演算法

5、，包括最大熒光產(chǎn)率滑動(dòng)窗口斜率判定方法，光化學(xué)量子效率和功能吸收截面線性最小二乘算法，以及質(zhì)體醌平均還原時(shí)間常數(shù)離散迭代算法，實(shí)現(xiàn)浮游植物光合作用參數(shù)的準(zhǔn)確反演;基于光合作用電子傳遞能流過程，以QA和PQ作為節(jié)點(diǎn)，建立了基于光合作用參數(shù)的浮游植物光合速率分析方法，并利用Megard模型對(duì)光合速率的光響應(yīng)曲線進(jìn)行分析，進(jìn)一步獲得了表征光合速率的生物學(xué)參數(shù)最大光合速率PMax、初始斜率α、最大光強(qiáng)IMax。
　　最后，開展了基于熒光動(dòng)

6、力學(xué)的浮游植物光合速率對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)。通過測量不同光照、營養(yǎng)鹽和銅離子脅迫條件下蛋白核小球藻的熒光動(dòng)力學(xué)曲線，反演獲得光化學(xué)量子效率、功能吸收截面和質(zhì)體醌平均還原時(shí)間常數(shù)等光合作用參數(shù)，其中光化學(xué)量子效率與Water-PAM熒光儀具有良好的一致性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95以上，其它參數(shù)的變化規(guī)律也與理論分析相符;通過對(duì)DCMU、鹽濃度脅迫及不同光照、不同營養(yǎng)鹽培養(yǎng)條件下蛋白核小球藻光合速率對(duì)比分析測試，結(jié)果表明熒光動(dòng)力學(xué)法測量得的光合電子傳遞通