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藻类测量新范式 | LI-COR推出悬浮藻类光合作用测量室6800-18

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2020-11-05 14:21:28 点击数:129

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图1 6800-18悬浮藻类测量室

悬浮藻类光合作用测量一直是实验难点。传统测量方法是氧电极法,通过测量悬浮液中O2浓度反映其光合速率。与之不同,LI-COR最近推出了6800-18悬浮藻类测量室(图1)。它采用开路差分式方法,测量稳定环境条件下(CO2、光照、温度精确控制)悬浮藻类的光合CO2同化速率。同时,采用脉冲幅度调制技术(PAM)监测叶绿素荧光。这一创新的测量方法使得数据更准确,开启了悬浮藻类等生物光合作用测量的新范式。

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不可错过的6800-18介绍视频 字幕/朱晓伟

开路差分式测量原理

6800-18采用稳态开路式测量原理:根据进出测量室气流中CO2的浓度差值,结合流速,直接计算得到悬浮藻类的CO2同化速率(图2)。标准化为藻类细胞密度、藻类质量或藻类叶绿素含量后,样品同化速率可用µmol CO2 cell-1 s-1、µmol CO2 mg-1s-1或µmol CO2 µg-1 s-1来表示。

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图2 开路差分式测量原理示意

专利技术,防止水汽逃逸

由于悬浮藻类样品呈溶液状态,水汽很容易从悬浮液中逸出,导致出气端气流中的H2O含量高,对CO2的“稀释效应”大。LI-COR为此研发出专利方法,有效阻挡水汽逃逸。

CO2气-液相快速平衡

精心控制的实验条件确保了CO2的“传质系数”不受限制,CO2通量值代表了样品的实际同化速率。将碳酸酐酶(CA)添加到样品悬浮液中,快速水合CO2并与碳酸氢根离子(HCO3-)动态转化(图3)。

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图3 精心控制的CO2气-液相快速平衡系统

稳态环境条件控制

精准CO2控制:注入系统确保整个实验过程CO2浓度稳定;

精准光照控制:6800-01A荧光测量室提供不同光质比例的精确蓝光、红光、远红光的组合;

精准温度控制:外部循环水浴装置,0-50℃范围内精准控制测量室温度。

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图4 CO2_r控制为400µmol mol-1、温度控制为25℃

叶绿素荧光参数同步测量

6800-18不仅测量悬浮藻类的光合CO2同化速率,还同步测量其叶绿素荧光参数如实际光化学量子效率ΦPSII、电子传递速率ETR、非光化学淬灭NPQ、PSII反应中心电子受体侧关闭比例1-qL等。

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图5 气体交换和叶绿素荧光参数同步测量

测量实例

光响应曲线

小球藻(Chlorella)在正常氧气浓度(21%)和低氧浓度(0.5%)条件下的光响应曲线。注入系统控制进入6800-18测量室的CO2浓度:400 µmol mol-1。低氧空气来自含0.5%氧气的外部气瓶;循环水浴将测量室温度维持在25℃;培养基盐度17ppt。

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图6 光响应曲线。实心圆图标代表氧气含量0.5%;空心圆图标代表氧气含量21%

荧光-光响应曲线

光强由高到低变化时,碳同化相对效率增强,表现为实际光化学量子效率ΦPSII增大;从数据可以看出,高氧(氧气含量为21%)和低氧(氧气含量为0.5%)实验条件对ΦPSII的影响很小,两者的ΦPSII几乎没有差别。

但是,低氧O2浓度条件下,光呼吸被抑制,RuBisCO酶的RUBP氧化过程减弱,这导致PSII反应中心电子受体侧关闭程度增高。这一关闭程度可用叶绿素荧光参数1-qL表示。从数据可以看出,和高氧实验条件对比,低氧实验条件下,1-qL普遍要大。

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图7 荧光-光响应曲线。实际光化学量子效率ΦPSII(圆形)和关闭反应中心占比1-qL(三角形);0.5%O2浓度实验条件用实心表示,21%O2浓度用空心表示。

二氧化碳响应曲线

环境条件控制:21%氧气浓度;光照700μmol/m2/s;注入系统控制进入测量室的CO2浓度。外部水浴装置保持测量室温度25℃;TRIS缓冲液维持反应介质pH=7.0。

CO2浓度下降过程中,CO2同化速率逐渐下降,实际光化学量子效率ΦPSII(实心圆)下降,非光化学淬灭NPQ上升、关闭反应中心占比1-qL(空心圆)上升,光合系统逐渐转变为受能量耗损的限制。

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