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PreSens 顶空分析仪/残氧仪/光学氧分析仪/氧成像系统_产品介绍

发表时间:2022-07-25  |  点击率:1284

导读:Presens 顶空分析仪SensorVials 和 SDR SensorDish Reader 进行O 2测量


天然浮游生物群落中O 2的生产和消耗动态随着环境梯度而变化,并为中上层生态系统中的群落生态和生物地球化学循环提供重要信息。O 2产生的主要贡献者是纳米和微型浮游植物,而氧气被细菌、浮游植物、异养原生生物(例如纤毛虫)和中型浮游生物(例如甲壳类动物、轮虫、水生动物或栉水母)消耗。

在这些实验中,我们测试了 SensorVials(2 和 4 mL 格式)和 PreSens 的 SDR SensorDish® Reader,用于在光照和黑暗条件下对自然浮游生物群落的呼吸速率和光合作用进行测量。SensorVials 底部有一个集成的光学氧传感器,可通过 24 通道读取器读取。这样可以并行监测多个样本。

图 1:2 mL SensorVials 放置在 SDR SensorDish® Reader 顶部的 SDR-MSV24 屏蔽罩内。面罩保护阅读器光学元件免受人造光的影响。

材料与方法

浮游生物群落的样本来自慕尼黑大学慕尼黑分校的池塘、德国 Seeon 的布伦湖湖以及挪威 Sletvik 野外站的沿海泻湖。水样在气候室中培养,温度恒定,接近环境温度。2 mL 和 4 mL 体积的 PSt5 SensorVials(PreSens GmbH,德国)装满了含有天然浮游生物群落的水。对于一项实验,凝胶状浮游动物生物在无菌过滤(0.2 μm)海水中孵育。作为对照,每个 SDR 至少有两个小瓶用无菌过滤海水运行。对照孵育产生了用于校正测量样品的稳定可靠的信号。将小瓶放在一个空的 24 孔板中,该板放在 SensorDish® Reader(PreSens GmbH,德国)和氧气浓度的变化每三到五分钟记录几个小时(见实验细节)。为了在光线下进行测量,将小瓶放置在黑色面罩(SDR-MSV24,PreSens GmbH)而不是孔板中,以避免光线对 SDR 光学系统的干扰。将用于黑暗测量的小瓶放置在普通的 24 孔板中,并用铝箔覆盖板和 SDR。

带和不带黑色屏蔽罩的湖水的明暗测量

第一次测量是使用放置在透明 24 孔板中的 4 mL 传感器小瓶进行的。为了更好地比较,在 320 分钟时进行了单点调整。与暗测量(图 2,深色)相比,光中 O 2传感器点的信号(图 2,浅色)非常“嘈杂"。浮游植物动力学在黑暗条件下比在光照条件下表现出更多的呼吸作用。然而,对于湖水来说,情况恰恰相反。6 次重复的差异(数据未显示)使识别趋势变得困难。仅在桡足类样本中检测到O 2浓度的明显降低。

图 2:在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2浓度和温度随时间的变化。在这个实验中,对照是布伦湖未改变的浮游生物群落。

第二个实验是使用黑色掩模进行的,即 PreSens 提供的 SDR-MSV24,将其放置在 SDR 阅读器上进行光孵化。此外,还使用了带有传感器点的新 2 mL 样品瓶。

在光照和黑暗中都可以检测到O 2浓度随时间的降低(图 3)。不同的食物网处理不会引起呼吸的任何差异。

为了更好地比较斜率,再次在 120 分钟时进行了单点调整。关于噪声比,来自传感器光点的信号与来自传感器在黑暗中读数的信号相当。因此,黑色屏蔽罩有效地屏蔽了 SDR 光学元件,因此可以在不受干扰的情况下读取传感器。它用于光照条件下的所有进一步测量。

详细的数据分析表明,与暗测量相比,光照测量中 O 2浓度的降低是不同的(图 3)。光照中的氧气比黑暗中呼吸得更快。这是出乎意料的行为,因为异养浮游生物的呼吸作用至少应在一定程度上通过产生 O 2得到补偿由于浮游植物的光合作用活动。

光中 O 2减少的较快速度可能可以通过温度差异来解释,这在使用的两个 SDR 之间观察到。用于光照孵育的 SDR 比黑暗中的 SDR 高 0.8 °C(图 3)。实验在温度稳定的恒温箱中进行。然而,用于照明的荧光管会产生热量,并放置在靠近小瓶和读取器的位置。或者,不能排除对天然浮游植物群落的光抑制。

图 3:在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2浓度和温度随时间的变化。不同的食物网处理不会导致需氧量的任何差异。在这个实验中,对照是布伦湖未改变的浮游生物群落。对于光照测量,使用了 SDR-MSV24。

使用 4 mL SensorVials 对海洋浮游生物群落中的 O 2消耗量进行光/暗测量

在本实验中,使用 4 mL SensorVials 在光照和黑暗中测量了海洋浮游生物群落中O 2浓度的变化。与在黑暗中孵化的群落相比,光照下浓度变化的时间过程产生的负斜率更小(图 4)。针对在 0.2 μm 过滤海水中测量的 O 2浓度变化校正斜率。根据光和暗呼吸的差异,可以计算出总初级产量(GPP = |R dark | + R light)。GPP / R dark的比率表明存在净异养系统。

关于使用 SensorVials 进行此类测量,必须得出结论,O 2浓度的变化非常小。为了能够检测到如此小的变化,两个 SDR 中的温度必须精确匹配。尽管这很难实现,但还是要非常小心地确保两个 SDR 都在相同的温度下孵育。

图 4 中用于计算呼吸数据的斜率是用 SDR 软件在短时间内(约 35 分钟)提取的,每 5 分钟进行一次测量。选择曲线的一部分,其中两个 SDR 显示相同的温度,并且温度变化很小,例如从 16.2 °C 缓慢下降到 15.8 °C。对于这个实验,这是从 120 到 155 分钟的时间。动力学如图 5 所示。为了更好地比较斜率,在 100 分钟时进行了单点调整。

图 4:在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2浓度的斜率随时间变化。给出了平均值和标准误差(n = 3)。

图 5:在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2浓度随时间变化。控制无菌过滤海水的孵化。

在 2 mL SensorVials 中使用凝胶状浮游动物进行呼吸测量

为了比较,我还报告了对Clytia sp属个体的呼吸测量结果。和Beroe sp.。与对照(0.2 μm 过滤海水)相比,O 2浓度的变化(图 6)被清楚地检测到。一旦温度(红线)达到持续的。Clytia sp的2个重复。(绿色)显示非常相似的呼吸,而Beroe sp的 3 个重复之一。(蓝色)比其他两个更活跃。

图 6:与使用无菌过滤海水的对照孵育相比,小水母和栉水母 (10 - 12 mm) 个体孵育中 O 2浓度随时间的变化。

结论

克服了为几个 SDR 板实现精确温度匹配的困难,可以推荐使用 PSt5 SensorVials 来测量天然浮游生物群落和浮游动物的明暗呼吸速率。黑色面罩有效地将 SDR 光学元件与周围光线屏蔽,并允许记录清晰的传感器信号。

4 mL 和 2 mL 样品瓶均可用于整个社区测量。对于浮游动物的测量,小瓶的大小应根据测试的生物体的大小进行调整。我们无法检测到小 (2 mL) 小瓶对长达 1 cm 的凝胶状浮游动物的负面影响。同事们早期使用 4 mL 小瓶进行的实验(数据未显示)也对桡足类和枝角类动物产生了良好的结果。在 LMU 慕尼黑用轮虫进行的实验也显示了使用 4 mL SensorVials 的有希望的结果。然而,在处理非常小的中型浮游生物时,使用 2 mL SensorVials 可能更可取。



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