[發明專利]基于葉綠素熒光的浮游植物初級生產力的測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201811561214.0
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109490270A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 殷高方;趙南京;馬明俊;王翔;陳敏;甘婷婷;孟德碩;楊瑞芳;方麗;董鳴;劉建國;劉文清
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種基于葉綠素熒光的浮游植物初級生產力的測量裝置及方法，在遮光條件下，通過仿真光源持續60s以上照射藻類樣品，利用藻類對光照歷史依賴性，在仿真光照50ms短暫關閉間隙測量光照條件下單周期和弛豫熒光動力學曲線，獲得光適應條件下熒光動力學參數，以激光二極管陣列為誘導激發光源、以光電倍增管為熒光探測器，用于測量藻類葉綠素熒光動力學曲線；利用冠形光學收集器、多波段光探測器陣列，設計水下光合有效輻射測量單元，測量與藻類吸收特征對應的自然環境光譜。本發明結構緊湊、體積小、功耗低，能夠實現浮游植物初級生產力快速原位測量，為赤潮和水華災害監測預警、海洋初級生力調查評估提供一種新手段。

技術領域

本發明涉及資源與環境領域、海洋技術領域，尤其涉及一種基于葉綠素熒光的浮游植物初級生產力的測量裝置及方法。

背景技術

浮游植物是水體中以浮游方式生活的微小植物體的統稱，生物量雖不到全球總植物生物量的1％，但其初級生產力約占全球總初級生產力的40％以上，是生態系統物質循環和能量流動的基礎環節，對維持全球生態系統的正常運轉起著關鍵作用。浮游植物初級生產與浮游植物自身生長的關系、與次級生產和微食物環的關系、以及它在全球碳循環過程中的地位等，是目前GLOBEC、LOICS、JGOFS等重大全球研究計劃的核心課題。而快速、準確獲取海洋初級生產力狀況信息是上述研究工作的基礎，也是全球海洋觀測計劃(GOOS、Argo)以及我國“透明海洋”科學計劃的重要任務。

浮游植物初級生產力傳統氣體交換測量方法，通過測量光合放氧速率或光合固碳速率衡量浮游植物初級生產力，仍以現場采樣、溫育培養、實驗室分析為主，包括黑白瓶法、同位素示蹤法、液相氧電極法等，需要復雜的前處理、昂貴分析儀器，操作復雜費時、易引起二次污染，其時效性無法浮游植物初級生產力快速監測需求。與之相比，葉綠素熒光法提供了一種浮游植物初級生產力快速、實時分析手段，該方法以光合反應中心產生的葉綠素熒光為探針，直接測量光合反應中心對光能的吸收、利用效率，衡量浮游植物初級生產力，具有測量快速靈敏、無需樣品預處理、無污染和無破壞性等特點，是快速無損傷探測浮游植物初級生產力的先進工具。CN201610528083.0公開了一種基于葉綠素熒光動力學的浮游植物初級生產力檢測方法，在此基礎上，覃志松、殷高方等人發表了“基于光脈沖誘導快相與弛豫熒光的光合作用參數測量技術”。但該技術方法與技術無法在自然環境光照條件下測量浮游植物熒光動力學曲線，獲得用于計算初級生產力的核心熒光動力學參數，導致初級生產力熒光動力學測量方法仍停留在實驗室樣品分析階段，截止目前尚缺乏能夠用于實際水體浮游植物初級生力測量的裝置。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種基于葉綠素熒光的浮游植物初級生產力的測量裝置及方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于葉綠素熒光的浮游植物初級生產力的測量方法，具體步驟如下：(1)測量實際自然光中浮游植物特征吸收波段的光譜強度，采用對應波段可控光源仿真自然環境光照，在遮光條件下，首先測量單周轉ST熒光動力學曲線，解析獲得暗適應條件下熒光動力學參數即本底熒光F₀和功能吸收截面σ₀；

(2)再通過仿真光源持續60s以上照射浮游植物樣品，利用浮游植物對光照歷史依賴性，在仿真光照50ms的關閉間隙測量多周轉MT和弛豫RE熒光動力學曲線，獲得光適應條件下熒光動力學參數即功能吸收截面σ、光化學淬滅q_p、電子傳遞效率φ_e、光化學量子效率Δφ_m、QA平均還原時間τ_QA，根據公式(1)計算出表征浮游植物初級生力的光合電子傳遞速率P_e，式中E為自然環境光照強度。