浮游植物分类荧光仪

世界上第一台活体浮游植物分类和生物量在线测量系统 与市场上常见的测量快速荧光，通过经验标定曲线得到浮游植物的分析和生物量不同，延迟荧光技术已成为研究热点。延迟荧光是在PS II 黑暗中的电子逆流过程中，电子和洞穴共同释放的。只有具备光合功能的细胞才能释放延迟荧光，而快速荧光技术测量的是所有能释放荧光的物质，包括死的浮游植物和腐殖质。）、硅藻（包括硅藻门、金藻门、黄藻门等）和隐藻类，增强型配置可以分到六类，从而把潜在的有害藻类蓝藻区分开来，精确地检测水华的爆发和消失。下图为2003年在欧洲Balaton湖监测到的数据。DF浮游植物延迟荧光测量单元主要特点如下：具触延迟荧光技术可有效屏蔽再悬浮、死的生物和腐殖质对测量精度的干扰，其它荧光测量技术无法实现。延迟荧光仪可精确探测藻类和水华的形成和消亡。延迟荧光技术和普通快速荧光技术的这一不同对浅水湖或河流能起到决定性的作用，特别是那些经常发生再悬浮和洪浪，从而将一定量的退化藻类或没有光合功能的藻类带入水体的区域。 功能： l 测量藻类浓度l 标准配置可识别蓝包括蓝藻、绿藻（包括绿藻、裸藻等）、硅藻（包括硅藻、金藻、黄藻等）和隐藻类 4种藻类，可扩展到6中藻类。l HAB 识别l 野外自动测量光合速率动态变化 技术指标：测量参数：4种浮游植物及生物量，可选增强型群落识别及光合速率-光曲线测量频率：每小时6-10次生物量分辨率：1-5ug CHl-al-1 (3-4个数量级)种类检测分辨率：4种藻类（可扩展到6种）精度±5％采样： 12VDC 采样泵工作模式：自动/手动用户界面：触摸屏，可以显示所有运行参数通信：USB口，可以很方便地用USB盘下载数据。也可通过英特网远程控制、数据下载乃至 硬件诊断，对Windows操作系统和苹果Mac操作系统都兼容其它：带GPS卫星定位系统，可以方便地定位，从而实现定位、定性和定量监测 2003年在欧洲Balaton湖的监测数据参考文献： Istvánovics V.， Honti M.， Osztoics A.， H. M. Shafik， Padisák J.， Y. Yacobi and W. Eckert (2005) On-line delayed fluorescence excitation spectroscopy，as a tool for continuous monitoring of phytoplankton dynamics and itsapplication in shallow Lake Balaton (Hungary). Freshwater Biology 50:1950-1970.Honti M.， Istvánovics V. and Osztoics A. (2005) Measuring and modelling in situ dynamic photosynthesis of various phytoplankton groups. Verh. Internat. Verein. Limnol. 29: 194-196.Honti M.， Istvánovics V. and Osztoics A. (2007) Stability and change of phytoplankton communities in a highly dynamic environment ? the case of large， shallow Lake Balaton (Hungary). Hydrobiologia 581: 225-240.Honti M.， Istvánovics V. and Kozma Zs. (2008) Assessing phytoplankton growth in River Tisza (Hungary). Verh. Internat. Verein. Limnol. 30 (1):87-89.Istvánovics V. and Honti M. (2008) Longitudinal variability in phytoplankton and basic environmental drivers along Tisza River， Hungary.Verh. Internat. Verein. Limnol. 30 (1): 105-108.

PHYTO‑ PAM 全球第一款可自动对浮游植物分类的荧光仪有害藻华（HABs）监测/预警的强大工具主要功能1）对自然水体中的蓝藻、绿藻和硅/甲藻自动分类（定性）2）自动测量水样中蓝藻、绿藻和硅/甲藻的叶绿素a含量（定量）和总叶绿素a含量3）一杯自然水样，同时获得蓝藻、绿藻和硅/甲藻的光合活性：* 光合效率和光合速率（相对电子传递速率）* 快速光曲线并进行拟合* 藻类的潜在最大光合效率（&ldquo 生长潜能&rdquo ）* 藻类的光保护能力* 藻类耐受强光的能力4）用户可做自己的参考光谱应用领域主要用于水生生物学、水域生态学、海洋学、湖沼学、水质预警、微藻生理学、微藻抗逆性等领域，对于了解自然水体中藻类种群的动态变化、水华预警、野外水体中光合作用的时空变化、校正初级生产力的计算等有较大帮助。特别适于浮游植物动力学研究和有害藻华（HABs）的早期预警。测量参数Fo, Fm, F, Fm' , Fv/Fm, Y(II)=&Delta F/Fm' , ETR, a, Ik, Pm, PAR、蓝藻Chla含量、绿藻Chla含量、硅/甲藻Chla含量、总Chla含量等特点1) 全世界第一台可对浮游植物自动分类的调制叶绿素荧光仪2) 4波长光源：470、520、645和665 nm3) 对蓝藻、绿藻和硅/甲藻进行分类4) 可选配室内系统（I）、野外系统（II）和测附着藻类/大型藻类的系统（III）5) 灵敏度高，检测限为0.1 &mu g L-1 Chl6) 专业PhytoWin操作软件，数据收集、分析和存贮功能强大7) 用户可利用培养的微藻做参考光谱，非&ldquo 黑匣子&rdquo 8) 可在野外测量后根据水体藻类组成利用优势种（一种或多种）的参考光谱校对实验结果利用PHYTO-PAM进行水华预警的原理藻类的生长靠光合作用，藻华的爆发是在特定的环境条件下（富营养、高光、高温）由藻类短期快速暴增造成的，这其间藻类必须具备极强的光合作用才能快速生长。监测叶绿素a含量可以了解目前水体中的藻类生物量，但这只代表历史（如果营养盐很低，即使当前藻类生物量高，也不具备发生藻华的可能）；而监测藻类的光合作用活性可以了解藻类的&ldquo 生长潜能&rdquo ，结合其它环境条件可以预测未来（富营养条件且高光高温下，即使当前藻类生物量不高，但只要光合作用活性强，就具有极大的发生藻华的可能）。由于PHYTO-PAM可以测量自然水样中蓝藻、绿藻和硅/甲藻各自的光合作用，就可以对藻华发生时不同藻类类群进行分析。利用PHYTO-PAM测量不同藻类叶绿素a含量和光合作用活性的功能，可以长期监测自然水体中浮游植物种群生物量的动力学变化和不同类群光合作用潜力的变化趋势，这对于藻华的预警具有重要参考价值。推荐阅读：有害藻华（HABs）监测/预警的新解决方案PHYTO-PAM最常用的光合作用参数 Fv/Fm，浮游植物的潜在最大光合效率（&ldquo 生长潜能&rdquo ） Y，给定光强下浮游植物的实际光合效率 NPQ，浮游植物将过剩光能耗散为热的能力，即光保护能力 ETR，给定光强下浮游植物的实际光合速率 ETRmax，浮游植物的潜在最大光合速率 a，浮游植物对光强的利用能力 Ik，浮游植物耐受强光的能力 快速光曲线，结合水体光场可用于计算水体初级生产力利用PHYTO-PAM对水体长期监测的方法设计为大时间尺度，采样频率为每月一次，频率越高越好。采样时可设计多个样点，每个样点都分层采样测量。这样就可测量蓝藻Chla、绿藻Chla、硅/甲藻Chla、总Chla、Fv/Fm、Ik、NPQ等的时间和空间动态变化，获知三大类群的浮游植物生物量、&ldquo 生长潜能&rdquo 、耐受强光的能力、光保护能力等的时空动态变化，提前预判其变化趋势，结合其它水质气象指标，进行早期的藻华预警。应用实例一：太湖蓝藻水华成因分析2007年，太湖发生了严重的蓝藻水华，在国内外引起广泛关注。蓝藻水华爆发的一个重要原因是周边地区往太湖中排污过多，造成湖泊严重富营养化，在适宜的光照和温度条件下藻类疯长形成水华。但是太湖中的藻类不仅仅包括蓝藻，也有绿藻、硅藻、甲藻等，为什么总是爆发蓝藻水华，其它藻并不形成水华呢？中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室科研人员利用可对自然水体中的藻类定性、定量并测量光合作用活性的浮游植物荧光仪PHYTO-PAM，探讨了蓝藻在太湖中爆发水华的原因。主要研究结果如下：光作为藻类生长的重要能量来源，浮游藻类光利用效率的不同对水体中浮游藻类初级生产力、群落组成以及种群演替具有重要影响。本研究发现蓝藻、绿藻、硅/甲藻三种具有不同的对光照和垂直混合的响应策略，蓝藻的强光耐受能力以及对过剩光能的耗散能力均超过其他两种藻；同时蓝藻主要聚集在表层到0.3 m的深度，而在此深度藻类具有更高的生长速率，绿藻和硅/甲藻则由于垂直混合和自身调节等作用的作用下，不具备蓝藻这一优势，这可能是富营养化水体中蓝藻占据优势的原因之一。（Zhang M, Kong FX, Wu X, Xing P. Different photochemical responses of phytoplankters from the large shallow Taihu Lake of subtropical China in relation to light and mixing. Hydrobiologia 2008, 603:267-278.）应用实例二：微囊藻低温弱光环境下过冬机理经常发生水华的微囊藻在冬天会沉降到底泥中进行越冬。底泥属于低温弱光环境，在这么苛刻的环境下微囊藻是怎么越冬的，目前了解的不多。中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室科研人员利用人工培养的单细胞铜绿微囊藻、群体铜绿微囊藻和斯尾栅藻进行了低温弱光环境下的耐受力和复壮实验，其中光合作用活性的测量利用浮游植物荧光仪PHYTO-PAM进行。结果发现经过30天的低温弱光环境处理后，栅藻的光合活力受到显著抑制，而微囊藻仅受到轻微影响，且群体微囊藻细胞比单细胞微囊藻的耐受力更强。复壮培养后，栅藻的回复速度和生长潜力明显低于微囊藻。这对于分析微囊藻的越冬机理和水华机理具有重要参考意义。（Wu Z, Song L, Li R. Different tolerances and responses to low temperature and darkness between waterbloom forming cyanobacterium Microcystis and a green alga Scenedesmus Hydrobiologia 2008, 596:47-55.）选购指南● 基础配置○ 可选配置系统I（实验室版） 系统II（野外版） 系统III（光纤版） 主机PHYTO-C●●●测量光LED阵列PHYTO-ML● 光化光LED阵列PHYTO-AL● 光电倍增管PM-101P● 光学单元ED-101US/MP● 工作台ST-101● 激发-检测单元PHYTO-ED ● 光纤型激发-检测单元PHYTO-EDF ●微型磁力搅拌器PHYTO-MS○ 球状微型光量子探头US-SQS○○○温度控制器US-T○ 搅拌器WATER-S ○ 主要技术参数测量光：波长470、520、645和665 nm的测量光LED。光化光：波长655 nm的LED；光化光强度0～2000 &mu mol m-2 s-1 PAR（系统I和II）或0～1300 &mu mol m-2 s-1 PAR（系统III）。饱和脉冲：波长655 nm的LED；饱和脉冲强度4000 &mu mol m-2 s-1 PAR（系统I和II）或2600 &mu mol m-2 s-1 PAR（系统III）。信号检测：光电倍增管，带短波截止滤光片（&lambda 710 nm）；选择性锁相放大器。测量参数：Ft, F(或Fo), Fm(或 Fm&rsquo ), &Delta F, Y(&Delta F/ Fm&rsquo 或Fv/Fm), ETR和Chl浓度等。环境温度：-5～＋45 ℃，已在极地成功应用。部分文献1.Guasch H, Atli G, Bonet B, Corcoll N, Leira M, Serra A: Discharge and the response of biofilms to metal exposure in Mediterranean rivers. Hydrobiologia2010:in press.[PHYTO-PAM]2.Liu Y, Wang W, Zhang M, Xing P, Yang Z: PSII-efficiency, polysaccharide production, and phenotypic plasticity of Scenedesmus obliquus in response to changes in metabolic carbon flux Biochemical Systematics and Ecology2010:in press.[PHYTO-PAM]3.Pesce S, Margoum C, Montuelle B: In situ relationships between spatio-temporal variations in diuron concentrations and phototrophic biofilm tolerance in a contaminated river. Water Research2010, 44:1941-1949.[PHYTO-PAM]4.Soares MCS, Lü rling M, Huszar VLM: Responses of the rotifer Brachionus calyciflorus to two tropical toxic cyanobacteria (Cylindrospermopsis raciborskii and Microcystis aeruginosa) in pure and mixed diets with green algae. Journal of Plankton Research2010:in press.[PHYTO-PAM]5.van Ruth PD, Ganf GG, Ward iM: The influence of mixing on primary productivity: A unique application of classical critical depth theory Progress In Oceanography2010:in press.[PHYTO-PAM]6.Wang H, Liu L, Liu ZP, Qin S: Investigations of the characteristics and mode of action of an algalytic bacterium isolated from Tai Lake. Journal of Applied Phycology2010:in press.[PHYTO-PAM]7.Zhu J, Liu B, Wang J, Gao Y, Wu Z: Study on the mechanism of allelopathic influence on cyanobacteria and chlorophytes by submerged macrophyte (Myriophyllum spicatum) and its secretion Aquatic Toxicology2010:in press.[PHYTO-PAM]8.任秋芳, 阿依巧丽, 智朱, 张义方, 波曾: 三峡库区季节及养分对铜绿微囊藻生长的影响&mdash &mdash 模拟乌江回水区水环境的研究. 重庆师范大学学报2010, 27(1):1-4.[PHYTO-PAM]9.Aikawa S, Hattori H, Gomi Y, Watanabe K, Kudoh S, Kashino Y, Satoh K: Diel tuning of photosynthetic systems in ice algae at Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan Polar Science2009, 3(1):57-72.[PHYTO-PAM]10.Dimier C, Brunet C, Geider R, Raven J: Growth and photoregulation dynamics of the picoeukaryote Pelagomonas calceolata in fluctuating light Limnology and Oceanography2009, 59(3):823-836.[PHYTO-PAM]11.Franklin D, Choi CJ, Hughes C, Malin G, Berges JA: Effect of dead phytoplankton cells on the apparent efficiency of photosystem II. Marine Ecology Progress Series2009, 382:35-40.[PHYTO-PAM]12.Hall SR, Becker CR, Simonis JL, Duffy MA, Tessier AJ, Cá ceres CE: Friendly competition: evidence for a dilution effect among competitors in a planktonic host&ndash parasite system. Ecology2009, 90(6):1441-1448.[PHYTO-PAM]13.Izagirre O, Serra A, Guasch H, Elosegi A: Effects of sediment deposition on periphytic biomass, photosynthetic activity and algal community structure. Science of The Total Environment2009, 407(21):5694-5700.[PHYTO-PAM]14.Lee Y, Kang C, Kwon K, Kim S: Organic and inorganic matter increase related to eutrophication in Gamak Bay, South Korea Journal of Environmental Biology 2009, 30(3):373-380.[PHYTO-PAM]15.Lee YS, Kim JD, Lim WA, Lee SG: Survival and growth of Cochlodinium polykrikoides red tide after addition of yellow loess. Journal of Environmental Biology2009, 30(6):929-932.[PHYTO-PAM]16.Marchetti A, Parker MS, Moccia LP, Lin EO, Arrieta AL, Ribalet F, Murphy MEP, Maldonado MT, Armbrust EV: Ferritin is used for iron storage in bloom-forming marine pennate diatoms. Nature2009, 457:467-470.[PHYTO-PAM]17.Morin S, Pesce S, Tlili A, Coste M, Montuelle B: Recovery potential of periphytic communities in a river impacted by a vineyard watershed Ecological Indicators2009, 10(2):419-426.[PHYTO-PAM]18.Nymark M, Valle KC, Brembu T, Hancke K, Winge P, Andresen K, Johnsen G, Bones AM: An Integrated Analysis of Molecular Acclimation to High Light in the Marine Diatom Phaeodactylum tricornutum. PLoS ONE2009, 4(11):e7743. doi:7710.1371/journal.pone.0007743.[PHYTO-PAM]19.Pesce S, Margoum C, Montuelle B: In situ relationships between spatio-temporal variations in diuron concentrations and phototrophic biofilm tolerance in a contaminated river. Water Research2009, 44(6):1941-1949.[PHYTO-PAM]20.Serra A, Corcoll N, Guasch H: Copper accumulation and toxicity in fluvial periphyton: The influence of exposure history Chemosphere2009, 74(5):633-641.[PHYTO-PAM]21.Serra A, Guasch H: Effects of chronic copper exposure on fluvial systems: Linking structural and physiological changes of fluvial biofilms with the in-stream copper retention. Science of The Total Environment2009, 407(19):5274-5282.[PHYTO-PAM]22.Serra A, Guasch H, Martí E, Geiszinger A: Measuring in-stream retention of copper by means of constant-rate additions Science of The Total Environment2009, 407(12):3847-3854.[PHYTO-PAM]23.Shi S, Tang D, Liu Y: Effects of an Algicidal Bacterium Pseudomonas mendocina on the Growth and Antioxidant System of Aphanizomenon flos-aquae Current Microbiology 2009, 59(2):107-112.[PHYTO-PAM]24.Wu Z, Shi J, Li R: Comparative studies on photosynthesis and phosphate metabolism of Cylindrospermopsis raciborskii with Microcystis aeruginosa and Aphanizomenon flos-aquae Harmful Algae 2009, 8(6):910-915.[PHYTO-PAM]25.Yang Z, Kong F, Yang Z, Zhang M, Yu Y, Qian S: Benefits and costs of the grazer-induced colony formation in Microcystis aeruginosa. Ann Limnol - Int J Lim2009, 45(3):203-208.[PHYTO-PAM]26.陈元, 赵洋甬, 潘双叶, 徐运, 蒋蕾蕾: PHYTO-PAM对浮游植物中叶绿素的分类测定. 现代科学仪器2009(4):100-104.[PHYTO-PAM]27.朱晓敏, 黄清辉, 李建华: 咸水藻水华期溶解有机质光谱特征变化的模拟. 中国环境科学2009, 29(1):68-72.[PHYTO-PAM]28.Brussaard CPD, Timmermans KR, Uitz J, Veldhuis MJW: Virioplankton dynamics and virally induced phytoplankton lysis versus microzooplankton grazing southeast of the Kerguelen (Southern Ocean) Deep Sea Research2008, 55(5-7):752-765.[PHYTO-PAM]29.Howeth JG, Leibold MA: Planktonic dispersal dampens temporal trophic cascades in pond metacommunities. Ecology Letters2008, 11(3):245-257.[PHYTO-PAM]30.Ingleton T, Kobayashi T, Sanderson B, Patra R, Macinnis-Ng CMO, Hindmarsh B, Bowling LC: Investigations of the temporal variation of cyanobacterial and other phytoplanktonic cells at the offtake of a large reservoir, and their survival following passage through it. Hydrobiologia2008, 603(1):221-240.[PHYTO-PAM]31.Schmitt-Jansen M, Altenburger R: Community-level microalgal toxicity assessment by multiwavelength-excitation PAM fluorometry Aquatic Toxicology2008, 86(1):49-58.[PHYTO-PAM]32.Timmermans KR, Veldhuis MJW, Laan P, Brussaard CPD: Probing natural iron fertilization near the Kerguelen (Southern Ocean) using natural phytoplankton assemblages and diatom cultures. DeepSeaResearch2008, 55(5-7):693-705.[PHYTO-PAM]33.Wang G, Chen K, Chen L, Hu C, Zhang D, Liu Y: The involvement of the antioxidant system in protection of desert cyanobacterium Nostoc sp. against UV-B radiation and the effects of exogenous antioxidants Ecotoxicology and Environmental Safety2008, 69(1):150-157.[PHYTO-PAM]34.Wu Z, Song L, Li R: Different tolerances and responses to low temperature and darkness between waterbloom forming cyanobacterium Microcystis and a green alga Scenedesmus Hydrobiologia 2008, 596(1):47-55.[PHYTO-PAM]35.Wu Z-X, Song L-R: Physiological comparison between colonial and unicellular forms of Microcystis aeruginosa Kutz. (Cyanobacteria). Phycologia2008, 47(1):98-104.[PHYTO-PAM]36.Zhang M, Kong FX, Wu X, Xing P: Different photochemical responses of phytoplankters from the large shallow Taihu Lake of subtropical China in relation to light and mixing. In: Hydrobiologia. vol. 603 2008: 267-278.37.胡智泉, 刘永定, 肖波: 微囊藻毒素对几种淡水微藻的生长和光合活性的影响. 生态环境2008, 17(3):885-890.[PHYTO-PAM]38.康丽娟, 潘晓洁, 常锋毅, 李敦, 沈银武, 刘永定: HCO3-碱度增加对铜绿微囊藻光合活性和超微结构的影响. 武汉植物学研究2008, 26(1):70-75.[PHYTO-PAM]39.康丽娟, 潘晓洁, 常锋毅, 李敦海, 沈银武, 刘永定: 碱度增加对蛋白核小球藻光合活性与胞外多糖的影响. 湖泊科学2008, 20(2):251-256.[PHYTO-PAM]40.林燊, 彭欣, 吴忠兴, 李仁辉: 我国水华蓝藻的新类群&mdash &mdash 阿氏浮丝藻(Planktothrix agardhii)生理特性. 湖泊科学2008, 20(4):437-442.[PHYTO-PAM]41.苏彦平, 李敦海, 王坎, 刘永定: 念珠藻葛仙米生理生化特性对不同低温胁迫的响应. 武汉植物学研究2008, 26(3):310-314.[PHYTO-PAM]42.Alsterberg C, Sundbä ck K, Larson F: Direct and indirect effects of an antifouling biocide on benthic microalgae and meiofauna Journal of Experimental Marine Biology and Ecology2007, 351(1-2):56-72.[PHYTO-PAM]43.Dimier C, Corato F, Saviello G, Brunet C: Photophysiological properties of the marine picoeukaryotePicochlorum RCC237 (Trebouxiophyceae, Chlorophyta). Journal of Phycology2007, 43(2):275-283.[PHYTO-PAM]44.Dimier C, Corato F, Tramontano F, Brunet C: Photoprotection and xanthophyll-cycle activity in three marine diatoms. Journal of Phycology2007, 43(5):937-947.[PHYTO-PAM]45.Domis LNDS, Mooij WM, Huisman J: Climate-induced shifts in an experimental phytoplankton community: a mechanistic approach. Hydrobiologia2007, 584:403-413.[PHYTO-PAM]46.Kim MK, Park JW, Park CS, Kim SJ, Jeune KH, Chang MU, Acreman J: Enhanced production of Scenedesmus spp. (green microalgae) using a new medium containing fermented swine wastewater. Bioresource Technology2007, 98(11):2220-2228.[PHYTO-PAM]47.Schmitt-Jansen M, Altenburger R: The use of pulse-amplitude modulated (PAM) fluorescence-based methods to evaluate effects of herbicides in microalgal systems of different complexity Toxicological and Environmental Chemistry2007, 89(4):665-681.[PHYTO-PAM, WATER-PAM, MICROSCOPY-PAM]48.Shen H, Song L-R: Comparative studies on physiological responses to phosphorus in two phenotypes of bloom-forming Microcystis. Hydrobiologia2007, 592:475-486.[PHYTO-PAM]49.Tang D, Shi S, Li D, Hu C, Liu Y: Physiological and biochemical responses of Scytonema javanicum (cyanobacterium) to salt stress Journal of Arid Environments2007, 71(3):312-320.[PHYTO-PAM]50.Wu Z-X, Gan N-Q, Huang Q, Song L-R: Response of Microcystis to copper stress - Do phenotypes of Microcystis make a difference in stress tolerance? Environmental Pollution2007, 147:324-330.[PHYTO-PAM]51.Xing W, Huang W-M, Li D-H, Liu Y-D: Effects of Iron on Growth, Pigment Content, Photosystem II Efficiency, and Siderophores Production of Microcystis aeruginosa and Microcystis wesenbergii Current Microbiology 2007, 55:94-98.[PHYTO-PAM]52.Zhang M, Kong F, Xing P, Tan X: Effects of Interspecific Interactions between Microcystis aeruginosa and Chlorella pyrenoidosa on Their Growth and Physiology. International Review of Hydrobiology2007, 92(3):281-290.[PHYTO-PAM]53.陈丽芬, 郑锋: 叶绿素荧光技术快速测定水体藻类生物量的应用. 城镇供水2007(6):51-52.[PHYTO-PAM]54.康丽娟, 刘永梅, 李敦海, 刘永定: 不同盐度下水华束丝藻对CO2浓度倍增的生理响应. 水生生物学报2007, 31(5):671-674.[PHYTO-PAM]55.刘永梅, 刘永定, 李敦海, 沈银武: 氮磷对水华束丝藻生长及生理特性的影响. 水生生物学报2007, 31(6):774-779.[PHYTO-PAM]56.吴晓东, 孔繁翔, 曹焕生, 张民, 刘桂民, 赵巧华: 越冬浮游植物光合作用活性的原位研究. 湖泊科学2007, 19(2):139-145.[PHYTO-PAM]57.张曼, 曾波: PhytoPAM浮游植物分析仪用于微藻光合作用研究中几种参数设定的优化. 植物生理学通讯2007, 43(1):148-152.[PHYTO-PAM]58.张曼, 曾波, 王明书, 吴国平, 任秋芳: 温度升高对高光强环境下蛋白核小球藻(Chlolorella pyrenoidosa)光能利用和生长的阻抑效应. 生态学报2007, 27(2):662-667.[PHYTO-PAM]59.Ban A, Aikawa S, Hattori H, Sasaki H, Sampei M, Kudoh S, Fukuchi M, Satoh K, Kashino Y: Comparative analysis of photosynthetic properties in ice algae and phytoplankton inhabiting Franklin Bay, the Canadian Arctic, with those in mesophilic diatoms during CASES 03-04. Polar Biosciences2006, 19:11-28.[PHYTO-PAM]60.Bontes BM, Pel R, Ibelings BW, Boschker HTS, Middelburg JJ, Donk EV: The effects of biomanipulation on the biogeochemistry, carbon isotopic composition and pelagic food web relations of a shallow lake. Biogeosciences2006, 3:69-83.[PHYTO-PAM]61.Hilt S, Ghobrial MGN, Gross EM: In situ allelopathic potential of Myriophyllum verticillatum (Haloragaceae) against selected phytoplankton species. Journal of Phycology2006, 42(6):1189-1198.[PHYTO-PAM]62.Liang Y, Beardall J, Heraud P: Changes in growth, chlorophyll fluorescence and fatty acid composition with culture age in batch cultures of Phaeodactylum tricornutum and Chaetoceros muelleri (Bacillariophyceae). Botanica Marina2006, 49(2):165-173.[PHYTO-PAM]63.Lü rling M, Geest Gv, Scheffer M: Importance of Nutrient Competition and Allelopathic Effects in Suppression of the Green Alga Scenedesmus obliquus by the Macrophytes Chara, Elodea and Myriophyllum Hydrobiologia 2006, 556(1):209-220.[PHYTO-PAM]64.Mulderij G, Smolders AJP, van Donk E: Allelopathic effect of the aquatic macrophyte, Stratiotes aloides, on natural phytoplankton. Freshwater Biology2006, 51(3):554-561.[PHYTO-PAM]65.Quigg A, Kevekordes K, Raven JA, Beardall J: Limitations on microalgal growth at very low photon fluence rates: the role of energy slippage Photosynthesis Research2006, 88(3):299-310.[PAM-2000, PHYTO-PAM]66.Roessink I, Belgers JDM, Crum SJH, van den Brink PJ, Brock TCM: Impact of triphenyltin acetate in microcosms simulating floodplain lakes. II. Comparison of species sensitivity distributions between laboratory and semi-field. Ecotoxicology2006, 15(5):411-424.[MINI-PAM, PHYTO-PAM]67.Bontes BM, Pel R, Ibelings BW, Boschker HTS, Middelburg JJ, Donk Ev: The effects of biomanipulation on the biogeochemistry, carbon isotopic composition and pelagic food web relations of a shallow turf lake. Biogeosciences Discussions2005, 2:997-1031.[PHYTO-PAM]68.Casotti R, Mazza S, Brunet C, Vantrepotte V, Ianora A, Miralto A: Growth inhibition and toxicity of the diatom aldehyde 2-trans, 4-trans-decadienal on Thalassiosira weissflogii (Bacillariophyceae). Journal of Phycology2005, 41(1):7-20.[PHYTO-PAM]69.Fietz S, Bleiß W, Hepperle D, Koppitz H, Krienitz L, Nicklisch A: First record of Nannochloropsis limnetica (Eustigmatophyceae) in the autotrophic picoplankton from lake Baikal. Journal of Phycology2005, 41(4):780-790.[PHYTO-PAM]70.Heraud P, Roberts S, Shelly K, Beardall J: Interations between UV-B exposure and phosphorus nutrition. II. Effects on rates of damage and repair. Journal of Phycology2005, 41(6):1212-1218.[PHYTO-PAM]71.Jakob T, Schreiber U, Kirchesch V, Langner U, Wilhelm C: Estimation of chlorophyll content and daily primary production of the major algal groups by means of multiwavelength-excitation PAM chlorophyll fluorometry: performance and methodological limits. Photosynthesis Research2005, 83:343&ndash 361.[PHYTO-PAM]72.Shelly K, Roberts S, Heraud P, Beardall J: Interactions between UV-B exposure and phosphorus nutrition. I. Effects on growth, phosphate uptake, and chlorophyll fluorescence. Journal of Phycology2005, 41(6):1204-1211.[PAM-2000, PHYTO-PAM]73.van derGrinten E, Janssen APHM, Mutsert Kd, Barranguet C, Admiraal W: Temperature- and light-dependent performance of the cyanobacterium Leptolyngbya foveolarum and the diatom Nitzschia perminuta in mixed biofilms. Hydrobiologia2005, 548(1):267-278.[PHYTO-PAM]74.Wang G, Chen L, Li G, Li D, Hu C, Chen H, Liu Y, Song L: Improving photosynthesis of microalgae by changing the ratio of light-harvesting pigments. Chinese Science Bulletin2005, 50(15):1622-1626.[PHYTO-PAM]75.Hu Z-Q, Liu Y-D, Li D-H: Physiological and biochemical analyses of microcystin-RR toxicity to the cyanobacterium Synechococcus elongatus. Environmental Toxicology2004, 19(6):571-577.[PHYTO-PAM]76.van der Grinten E, Janssen M, Simis SGH, Barranguet C, Admiraal W: Phosphate regime structures species composition in cultured phototrophic biofilms. Freshwater Biology2004, 49:369-381.[PHYTO-PAM]77.van der Grinten E, Simis S, Barranguet C, Admiraal W: Dominance of diatoms over cyanobacterial species in nitrogen-limited biofilms Archiv fuer Hydrobiologie 2004, 161(1):98-111.[PHYTO-PAM]78.Verspagen JMH, Snelder EOFM, Visser PM, Huisman J, Mur LR, Ibelings BW: Recruitment of benthic Microcystis (Cyanophyceae) to the water column: internal buoyancy changes or resuspension? Journal of Phycology2004, 40(2):260-270.[PHYTO-PAM]79.李阔宇, 宋立荣, 万能: 底泥中微囊藻复苏和生长特性的研究. 水生生物学报2004, 28(2):113-118.[PHYTO-PAM]80.Lurling M: Daphnia growth on microcystin-producing and microcystin-free Microcystis aeruginosa in different mixtures with the green alga Scenedesmus obliquus. Limnology and Oceanography2003, 48(6):2214-2220.[PHYTO-PAM]81.Lü rling M, Verschoor AM: Fo-spectra of chlorophyll fluorescence for the determination of zooplankton grazing. Hydrobiologia2003, 491:145-157.[PHYTO-PAM]82.Mulderij G, Van Donk E, Roelofs2 GM: Differential sensitivity of green algae to allelopathic substances from Chara. Hydrobiologia2003, 491:261-271.[PHYTO-PAM]83.Verschoor AM, Takken J, Massieux B, Vijverberg J: The Limnotrons: a facility for experimental community and food web research. Hydrobiologia2003, 491:357-377.[PHYTO-PAM]84.Young EB, Beardall J: Photosynthetic function in Dunaliella tertiolecta (Chlorophyta) during a nitrogen starvation and recovery cycle. Journal of Phycology2003, 39(5):897-905.[PHYTO-PAM]85.Kö rner S, Nicklisch A: Allelopathic growth inhibition of selected phyplankton species by submerged macrophytes. Journal of Phycology2002, 38:862-871.[PHYTO-PAM]86.Schreiber U, Gademann R, Bird P, Ralph PJ, Larkum AWD, Kü hl M: Apparent light requirement for activation of photosynthesis upon rehydration of desiccated beachrock microbial mats. Journal of Phycology2002, 38:125-134.[PHYTO-PAM]87.Nicklisch A, Kö hler J: Estimatin of primary production with Phyto-PAM-fluorometry. Ann Report Inst Freshw Ecol Inland Fish Berlin2001, 13:47-60.[PHYTO-PAM]88.Varotto C, Pesaresi P, Maiwald D, Kurth J, Salamini F, Leister D: Identification of Photosynthetic mutants of Arabidopsis by automatic screening for altered effective quantum yield of photosystem 2. Photosynthetica2000, 38(4):497-504.[PAM-100, PHYTO-PAM]89.Schreiber U: Chlorophyll fluorescence: new instruments for special applications. In: Photosynthesis: Mechanisms and Effects. Edited by Garab G, vol. V. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers 1998.90.Kolbowski J, Schreiber U: Computer-controlled phytoplankton analyzer based on 4-wavelengths PAM chlorophyll fluorometer. In: Photosynthesis: from light to Biosphere. Edited by Mathis P, vol. V. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers 1995: 825-828.

mini-FIRe浮游植物荧光仪在实验室和海洋中构建用于测量浮游植物生物量、生理学和光合作用的高级荧光系统1. 研究目的和内容 研究目的 该项目的目的是建造一种小型的台式仪器，称为F荧光I诱导和R驰预（mini-FIRe）系统，用于离散样品分析和连续测量浮游植物在海洋中的丰度和生理状况。与Rutgers团队发明和开发的前代FRRF和FIRe荧光仪不同，新仪器将表现出增强的灵敏度（约10倍），可实时提供更多生理参数。新仪器的极端灵敏度使得它们对于在公海的实地工作有巨大价值。 研究内容 使用可变荧光技术对浮游植物和其他光合作用生物的光合作用活性的评估 - 光合作用生物的生理状态的快速和无损评估依赖于使用快速重复率荧光学 （FRRF） 及其技术后续荧光感应和放松 （FIRE） 技术。这项技术是由Rutgers团队发明和开发的。评估光合作用生物生存能力的基本方法依赖于叶绿素"可变荧光"剖面的测量和分析，叶绿素是光合作用机构特有的特性（Falkowski等人于2005年对此进行了审查）。"可变荧光"技术依赖于叶绿素荧光与光合作用过程效率之间的关系，并提供了一套全面的荧光和光合作用参数的有机体。光学测量是灵敏的，快速的，无损的，可以实时和原位完成。 这种专利方法和已实现的仪器学原理是在同行评审文献中确立的（Falkowski and Kolber 1995 Kolber at al., 1998 Gorbunov et al., 2000, 2001 Gorbunov and Falkowski 2004）。最初是为研究水柱中的浮游植物而开发的，FRR技术提供了前所未有的信息，说明浮游植物群落的运作以及控制海洋初级生产力的环境因素的影响（e.g., Falkowski and Kolber 1995 Falkowski and Raven 2007 Behrenfeld et al., 1996 Coale et al, 2004 Falkowski et al, 2004）。使用台式和潜水式FRR和FIRe荧光仪成为美国和世界上大多数生物海洋学项目不可分割的一部分。 已开发出F荧光I诱导和R驰预（FIRe）技术 ，以测量光合作用生物的一套全面的光合作用和生理特征（Gorbunov and Falkowski 2005）。 FIRe 技术基于对由一系列激发闪光引起的荧光瞬态的记录和分析，这些闪光的强度、持续时间和间隔精确控制（图 1 和 Gorbunov and Falkowski 2005）。 该技术提供了一套全面的参数，这些参数的特点是光合作用采光过程、光系统 II （PSII） 中的光化学以及光合作用电子传输到碳固定。由于这些过程对环境因素特别敏感，FIRe 技术为识别和诊断自然（营养限制、光化学和光刺激、热应力等）和人为应激因素（如污染）提供了基础。图1。FIRe 荧光瞬时的例子。荧光产量的动力学记录为微秒时间分辨率，包括四个阶段：（第一阶段，100 ms）100 ms的强短脉冲（称为单周转闪光，STF）适用于累积饱和PSII，并测量从Fo到Fm（STF）的荧光感应：（第二阶段，500ms）弱调制光用于记录500ms时间尺度上荧光产量的放松动能：（第三阶段，50 ms）50ms 持续时间的强长脉冲（称为多周转闪光，MTF）用于饱和 PSII 和 PQ 库：（第 4 阶段，1 s） 弱调制光用于记录 PQ 库在 1s 的时间尺度内再氧化的动力学。 第 1 阶段的分析提供：最低和最大荧光产量（Fo，Fm）；PSII光化学电荷分离的量子效率Fv/Fm（STF）；PSII 的功能横截面，σPSII 和连接因子（p）。第 2 阶段为 PSII 接收方的电子传输提供时间常数（即Qa 受体侧再氧化）。第 3 阶段提供 Fm（MTF）和 Fv/Fm（MTF）。第 4 阶段揭示了 PSII 和 PSI 之间的电子传输时间常数（PQ 库的再氧化）。 可变荧光技术的生物物理背景- 在室温下，叶绿素荧光主要产生于PSII。当PSII反应中心处于开放状态（Qa氧化）时，荧光产量极小，Fo。当 Qa 还原（例如，通过暴露在强光下）时，反应中心关闭，荧光产量增加到其最高水平 Fm。为了检测Fo和Fm，FIRe技术记录了由强烈的饱和脉冲光（~100 μs，称为单周转闪光，STF）引起的荧光感应（图1第1阶段）。荧光感应率与PSII的功能吸收横截面成正比，而荧光上升的相对幅度Fv/Fm则由PSII光化学的量子效率来定义。荧光感应的形状由单个光合作用单元之间的激发量转移控制，并由"连接因子"（Kolber et al. 1998）定义。因此，在没有能量转移（p = 0）的情况下，荧光感应呈指数级，当p 增加到 ~0.5 到 0.7 的最大值时，就会变成反曲线。 PSII 受体侧电子传输的动能（即Qa再氧化）是通过 STF 之后的荧光驰预动力学分析（图 1 第 2 阶段）评估的。荧光动力学由几个部分组成，因为Qa再氧化的速度取决于第二个电子受体Q b的状态，Qb作为移动双电子受体工作：Qa- Qb → Qa Qb- (150 - 200 ms) (1)Qa- Qb- → Qa Qb= (600 - 800 ms) (2)Qa- _ → Qa- Qb → Qa Qb- (~ 2000 ms) (3) 反应 （3） 与 Qb 最初脱离 D1 蛋白结合位点时的条件相对应。此外，一小部分电子传输受损的失活反应中心可能有助于驰预动力学中最慢的组件。FIRe 软件使用 3 组件分析处理驰预动力学，以检索电子传输的时间常数（即 Q 氧化 tQa）。 PSII 和 PSI 之间的电子传输的时间常数 tPSII-PSI 是从多周转闪光（MTF，图 1 中的第 3 阶段和第 4 阶段）之后的荧光驰预动力学分析中检索到的。 在大多数生理条件下，这个时间常数是由质体醌（PQ）库再氧化的速度决定的，并且是一个数量级比tQa慢一个数量级。 测量一系列环境光强的FIRe荧光参数，可以重建光合作用电子传输的速率，Pf，作为光强的函数（光合作用与光强曲线）（Kolber and Falkowski, 1993）。Pf 与光照产物和环境光下测量的光化学量子产量成正比（DF' /Fm' ）。分析这些光合作用与光强曲线提供了光合作用最大电子传递速率（Pmax）和光饱和系数（Ek）。光合作用与辐射测量使用 FIRe 的光化光源 （ALS） 进行，该光源通过 FIRe 数据采集软件由计算机控制。 研发背景和专业知识 – Rutgers团队的成员在可变荧光技术和方法的研发方面积累了超过 20 年的经验。他们发明并开发了10多项生物物理研究的独特仪器（参见相关专利和同行评审出版物的附录参考清单），包括： ● Pump-and-Probe Fluorometer (Kolber and Falkowski, 1986) ● Pump-and-Probe LIDAR (Gorbunov et al. 1991) ● Fast Repetition Rate (FRR) Fluorometers (Kolber at al. 1993 1998) ● Single-Celled FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 1999) ● Diver-operated FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 2000) ● Moorable FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 2001) ● FIRe System (Gorbunov and Falkowski 2005) ● Diving-FIRe System (Gorbunov 2012) ● Mini-FIRe System (Gorbunov 2013). 2. 仪器介绍 mini-FIRe基于与之前台式FIRe仪器相同的生物物理原理（Gorbunov and Falkowski 2005），但新仪器更紧凑3倍，灵敏度提高10倍。叶绿素浓度的下限低至 ~0.005 mg/m3，这使得mini- FIRe对于在公海进行现场采样非常有价值。 在这里，Rutgers团队提议建造一个mini-FIRe（图2）该仪器将用于离散样品分析（例如，从站点的尼斯金瓶收集的样品）和/或在海洋中持续进行取样。仪器将配备一个流经的样品室，用于连续绘制浮游植物生物量和光合作用特性。以下是mini-FIRe记录的生理参数列表和仪器技术规格mini-FIRe（图2）。该仪器将用于离散样品分析（例如，从站点的尼斯金瓶收集的样品）和/或在海洋中持续进行取样。该仪器将配备一个流经的样品室，用于连续绘制浮游植物生物量和光合作用特性。以下是mini-FIRe记录的生理参数列表和仪器技术规格。图2 mini-FIRe荧光仪，具有增强的灵敏度。测量参数：●暗适应后最小和最大荧光产量（Fo， Fm）●光适应下有效、最小和最大荧光产量（F' ， Fo' ， Fm' ） *●光系统II、PSII 中光化学最大有效量子产量（Fv/Fm 和DF' /F m））●三波长下功能性PSII吸收截面积（sPSII）●光合作用单元之间的能量转移效率（"连接因子"）●PSII 受体侧电子传递时间常数（Q a 到Qb，Qa 到 Qb-）●PSII 和 PSI 之间的光合作用电子传输时间常数●电子传递速率，ETR，作为光强的函数 *●光化学淬火系数 （qP）和非光化学淬火系数 （NPQ） *●最大光合速率、初始斜率和光合作用周转时间（从 F 与 E 曲线得到）●这些参数是使用光化光源 （ALS） 测量，并记录为光强曲线。mini-FIRe 系统的技术规格：●极端灵敏度：0.005 - 100 mg/m3叶绿素a（可通过添加中性密度减压过滤器提高采样浓度）●激发光源：蓝色（峰值波长450 nm，30 nm带宽），绿色（峰值波长530 nm，40 nm带宽），橙色（峰值波长590 nm，30 nm带宽），用于选择性激发不同功能组的浮游植物。●发射检测：680 nm（叶绿素a）和880 nm（细菌叶绿素a），其他波长可使用可更换的发射滤光片进行选择。●尺寸： 10 x 5 x 12 英寸 References related to methodology Peer-Reviewed Publications:Behrenfeld, M. J., A. J. Bale, Z. S. Kolber, J. Aiken, and P. G. Falkowski. 1996. Confirmation of iron limitation of phytoplankton photosynthesis in the equatorial Pacific Ocean. Nature 383: 508-511.K.H. Coale, K.S. Johnson, F.P. Chavez, K.O. Buesseler, R.T.. Barber, M.A. Brzezinski, W.P. Cochlan, F.J. Millero, P.G. Falkowski, J.E. Bauer, R.H. Wanninkhof, R.M. Kudela, M.A. Altabet, B.E. Hales, T. Takahashi, M.R. Landry, R.R. Bidigare, X.Wang, Z.Chase., P.G. Strutton, G.E. Friederich, M.Y. Gorbunov, V.P. Lance, A.K. Hilting, M.R. Hiscock, M.Demerest, W.T. Hiscock, K.A. Sullivan, S.J. Tanner, R. M. Gordon, C.L. Hunter, V.A. Elrod, S.E. Fitzwater, S. Tozzi, M. Koblizek, A.E. Roberts, J. Herndon, J. Brewster, N. Ladizinsky, G. Smith, D. Cooper, D. Timothy, S.L. Brown, K.E. Selph, C.C. Sheridan, B.S. Twining, and Z.I. Johnson (2004) - Southern ocean iron enrichment experiment: Carbon cycling in high- and low-Si waters. – Science, 304 (5669): 408-414.Falkowski PG, Koblizek M., Gorbunov M, and Kolber Z., (2004). Development and Application of Variable Chlorophyll Fluorescence Techniques in Marine Ecosystems. In: “Chlorophyll a Fluorescence: A signature of Photosynthesis” (Eds. C.Papageorgiou and Govingjee), Springer, pp. 757-778.Falkowski, P.G., and Z. Kolber. (1995). Variations in the chlorophyll fluorescence yields in the phytoplankton in the world oceans. Aust. J. Plant Physiol. 22: 341–355.Falkowski, P.G. and J.A. Raven. (2007). Aquatic Photosynthesis (2nd edition). Princeton University Press. Princeton, 484 pp.Gorbunov M.Y., Fadeev V.V., and Chekalyuk A.M. (1991) Method of remote laser monitoring of photosynthesis efficiency in phytoplankton. - Moscow University Physics Bulletin. 46(6): 59?65.Gorbunov M.Y., Kolber Z., and Falkowski P.G. (1999) Measuring photosynthetic parameters in individual algal cells by Fast Repetition Rate fluorometry. - Photosynthesis Research, 62(2-3): 141-153.Gorbunov M.Y., Falkowski P.G. and Kolber Z. (2000) Measurement of photosynthetic parameters in benthic organisms in situ using a SCUBA-based fast repetition rate fluorometer. - Limnol. Oceanogr., 45(1):242-245.Gorbunov M.Y., Z. Kolber, M.P. Lesser, and P.G. Falkowski P.G. (2001) Photosynthesis and photoprotection in symbiotic corals. - Limnol. Oceanogr., 46(1):75-85.Gorbunov MY, and Falkowski PG. (2005). Fluorescence Induction and Relaxation (FIRe) Technique and Instrumentation for Monitoring Photosynthetic Processes and Primary Production in Aquatic Ecosystems. In: “Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives” - Proc. 13th International Congress of Photosynthesis, Montreal, Aug.29 – Sept. 3, 2004. (Eds: A. van der Est and D. Bruce), Allen Press, V.2, pp. 1029-1031.Kolber, Z., and Falkowski, P.G., (1993) Use of active fluorescence to estimate phytoplankton photosynthesis in situ, Limnol. Oceanogr., 38, 1646-1665, 1993.Kolber, Z., O. Prasil, and P.G. Falkowski (1998). Measurements of variable chlorophyll fluorescence using fast repetition rate techniques: defining methodology and experimental protocols. Biochem. Biophys. Acta 1367: 88-106.Lin H., Kuzminov F.I., Park J., Lee S.H., Falkowski P.G., and Gorbunov M.Y. (2016) The fate of photons absorbed by phytoplankton in the global ocean – Science, 351(6270), pp. 264-267. Park J., Bailleul B., Lin H., Kuzminov F.I., Yang E.J., Falkowski P.G., Lee S.H., and Gorbunov M.Y. (2017) Light availability rather than Fe controls the magnitude of massive phytoplankton bloom in the Amundsen Sea polynyas, Antarctica – Limnology and Oceanography, DOI: 10.1002/lno.10565.Thamatrakoln K., Bailleul B., Brown C.M., Gorbunov M.Y., Kustka A.B., Frada M., Joliot P.A., Falkowski P.G., Bidle K.D. (2014) Death-specific protein in a marine diatom regulates photosynthetic responses to iron and light availability - Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol. 110, no. 50: 20123-20128. doi:10.1073/pnas.1304727110.