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藻類測量新范式 | LI-COR推出懸浮藻類光合作用測量室6800-18

來源:北京力高泰科技有限公司 發布時間:2020-11-05 14:21:28 點擊數:361

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圖1 6800-18懸浮藻類測量室

懸浮藻類光合作用測量一直是實驗難點。傳統測量方法是氧電極法,通過測量懸浮液中O2濃度反映其光合速率。與之不同,LI-COR最近推出了6800-18懸浮藻類測量室(圖1)。它采用開路差分式方法,測量穩定環境條件下(CO2、光照、溫度精確控制)懸浮藻類的光合CO2同化速率。同時,采用脈沖幅度調制技術(PAM)監測葉綠素熒光。這一創新的測量方法使得數據更準確,開啟了懸浮藻類等生物光合作用測量的新范式。

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不可錯過的6800-18介紹視頻 字幕/朱曉偉

開路差分式測量原理

6800-18采用穩態開路式測量原理:根據進出測量室氣流中CO2的濃度差值,結合流速,直接計算得到懸浮藻類的CO2同化速率(圖2)。標準化為藻類細胞密度、藻類質量或藻類葉綠素含量后,樣品同化速率可用μmol CO2 cell-1 s-1、μmol CO2 mg-1s-1或μmol CO2 μg-1 s-1來表示。

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圖2 開路差分式測量原理示意

先進技術,防止水汽逃逸

由于懸浮藻類樣品呈溶液狀態,水汽很容易從懸浮液中逸出,導致出氣端氣流中的H2O含量高,對CO2的“稀釋效應”大。LI-COR為此研發出先進方法,有效阻擋水汽逃逸。

CO2氣-液相快速平衡

精心控制的實驗條件確保了CO2的“傳質系數”不受限制,CO2通量值代表了樣品的實際同化速率。將碳酸酐酶(CA)添加到樣品懸浮液中,快速水合CO2并與碳酸氫根離子(HCO3-)動態轉化(圖3)。

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圖3 精心控制的CO2氣-液相快速平衡系統

穩態環境條件控制

精準CO2控制:注入系統確保整個實驗過程CO2濃度穩定;

精準光照控制:6800-01A熒光測量室提供不同光質比例的精確藍光、紅光、遠紅光的組合;

精準溫度控制:外部循環水浴裝置,0-50℃范圍內精準控制測量室溫度。

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圖4 CO2_r控制為400μmol mol-1、溫度控制為25℃

葉綠素熒光參數同步測量

6800-18不僅測量懸浮藻類的光合CO2同化速率,還同步測量其葉綠素熒光參數如實際光化學量子效率ΦPSII、電子傳遞速率ETR、非光化學淬滅NPQ、PSII反應中心電子受體側關閉比例1-qL等。

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圖5 氣體交換和葉綠素熒光參數同步測量

測量實例

光響應曲線

小球藻(Chlorella)在正常氧氣濃度(21%)和低氧濃度(0.5%)條件下的光響應曲線。注入系統控制進入6800-18測量室的CO2濃度:400 μmol mol-1。低氧空氣來自含0.5%氧氣的外部氣瓶;循環水浴將測量室溫度維持在25℃;培養基鹽度17ppt。

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圖6 光響應曲線。實心圓圖標代表氧氣含量0.5%;空心圓圖標代表氧氣含量21%

熒光-光響應曲線

光強由高到低變化時,碳同化相對效率增強,表現為實際光化學量子效率ΦPSII增大;從數據可以看出,高氧(氧氣含量為21%)和低氧(氧氣含量為0.5%)實驗條件對ΦPSII的影響很小,兩者的ΦPSII幾乎沒有差別。

但是,低氧O2濃度條件下,光呼吸被抑制,RuBisCO酶的RUBP氧化過程減弱,這導致PSII反應中心電子受體側關閉程度增高。這一關閉程度可用葉綠素熒光參數1-qL表示。從數據可以看出,和高氧實驗條件對比,低氧實驗條件下,1-qL普遍要大。

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圖7 熒光-光響應曲線。實際光化學量子效率ΦPSII(圓形)和關閉反應中心占比1-qL(三角形);0.5%O2濃度實驗條件用實心表示,21%O2濃度用空心表示。

二氧化碳響應曲線

環境條件控制:21%氧氣濃度;光照700μmol/m2/s;注入系統控制進入測量室的CO2濃度。外部水浴裝置保持測量室溫度25℃;TRIS緩沖液維持反應介質pH=7.0。

CO2濃度下降過程中,CO2同化速率逐漸下降,實際光化學量子效率ΦPSII(實心圓)下降,非光化學淬滅NPQ上升、關閉反應中心占比1-qL(空心圓)上升,光合系統逐漸轉變為受能量耗損的限制。

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