可变光脉冲诱导荧光浮游植物光合作用参数测量技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanxiaoming
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浮游植物光合作用参数的快速测量能够实时反映浮游植物的生理状态,对于蓝藻水华和赤潮灾害预警防治具有重要意义,同时能够用于水体生态环境调查以及海洋环境研究。活体叶绿素荧光可以作为研究浮游植物光合作用的探针,但目前基于叶绿素荧光的光合作用测量技术存在信噪比低、测量时间长、系统复杂以及无法反映光合作用细节参数等问题。针对以上问题,论文研究了一种可变光脉冲诱导荧光浮游植物光合作用参数测量技术。  研究了可变光脉冲诱导荧光浮游植物光合作用参数测量方法。基于浮游植物叶绿素荧光产率与光合作用电子传递之间的关系以及初级电子受体QA和质醌PQ的电子传递时间特性,采用单周转、多周转和弛豫3种激发模式调节光合作用电子传递状态,以QA和PQ为节点,对浮游植物光合作用进行分段测量,通过分析相应的荧光产率曲线,获取PSⅡ功能吸收截面、PSⅡ光化学量子产率、QA和PQ的平均再氧化时间常数等光合作用细节参数。  研发了可变光脉冲诱导荧光浮游植物光合作用参数测量系统。分析了光源光和叶绿素荧光的辐射特性,设计滤光片组、光源光准直以及正交探测光路等光学系统,消除了光源光长波辐射对荧光探测的干扰,实现了样品均匀照射。设计了LED光源驱动模块,实现了单周转、多周转和弛豫3种激发模式。分析了3种激发模式下荧光信号的信噪比、带宽等特点,设计了双通道信号检测电路,实现了3种模式下信号的无失真放大与采集。研究了基于最速下降法的光合作用参数反演算法,应用MATLAB实现了3种激发模式下的光合作用参数反演。  为了保证测量的准确性和有效性,通过定量计算和实验对比,确定了3种激发模式的平均激发光强和激发持续时间;通过分析不同背景光强度下浮游植物光合作用参数的变化趋势及测量偏差,确定了光适应条件下测量时的背景光强度。  利用研发的系统进行了营养盐胁迫和铜离子胁迫条件下蛋白核小球藻的光合作用参数测量实验,结果与已有理论分析完全相符,并且与基于PAM技术的WaterPAM的测量结果具有很好的一致性,表明了测量系统的有效性和准确性。将测量系统用于分析不同营养盐浓度、光照和温度培养条件下的蛋白核小球藻的光合作用参数,分析结果表明,低营养盐浓度下蛋白核小球藻的光合作用能力受到明显抑制;蛋白核小球藻的最佳培养光强约为45~71μmol quanta/m2/s,最大耐受温度约为30~35℃。分析结果与已有理论分析或实验结果基本相符。
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