導(dǎo)讀：Presens 頂空分析儀SensorVials 和 SDR SensorDish Reader 進(jìn)行O 2測(cè)量

天然浮游生物群落中O 2的生產(chǎn)和消耗動(dòng)態(tài)隨著環(huán)境梯度而變化，并為中上層生態(tài)系統(tǒng)中的群落生態(tài)和生物地球化學(xué)循環(huán)提供重要信息。O 2產(chǎn)生的主要貢獻(xiàn)者是納米和微型浮游植物，而氧氣被細(xì)菌、浮游植物、異養(yǎng)原生生物（例如纖毛蟲(chóng)）和中型浮游生物（例如甲殼類動(dòng)物、輪蟲(chóng)、水生動(dòng)物或櫛水母）消耗。

在這些實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)試了 SensorVials（2 和 4 mL 格式）和 PreSens 的 SDR SensorDish® Reader，用于在光照和黑暗條件下對(duì)自然浮游生物群落的呼吸速率和光合作用進(jìn)行測(cè)量。SensorVials 底部有一個(gè)集成的光學(xué)氧傳感器，可通過(guò) 24 通道讀取器讀取。這樣可以并行監(jiān)測(cè)多個(gè)樣本。

圖 1：2 mL SensorVials 放置在 SDR SensorDish® Reader 頂部的 SDR-MSV24 屏蔽罩內(nèi)。面罩保護(hù)閱讀器光學(xué)元件免受人造光的影響。

材料與方法

浮游生物群落的樣本來(lái)自慕尼黑大學(xué)慕尼黑分校的池塘、德國(guó) Seeon 的布倫湖湖以及挪威 Sletvik 野外站的沿海瀉湖。水樣在氣候室中培養(yǎng)，溫度恒定，接近環(huán)境溫度。2 mL 和 4 mL 體積的 PSt5 SensorVials（PreSens GmbH，德國(guó)）裝滿了含有天然浮游生物群落的水。對(duì)于一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，凝膠狀浮游動(dòng)物生物在無(wú)菌過(guò)濾（0.2 μm）海水中孵育。作為對(duì)照，每個(gè) SDR 至少有兩個(gè)小瓶用無(wú)菌過(guò)濾海水運(yùn)行。對(duì)照孵育產(chǎn)生了用于校正測(cè)量樣品的穩(wěn)定可靠的信號(hào)。將小瓶放在一個(gè)空的 24 孔板中，該板放在 SensorDish® Reader（PreSens GmbH，德國(guó)）和氧氣濃度的變化每三到五分鐘記錄幾個(gè)小時(shí)（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)）。為了在光線下進(jìn)行測(cè)量，將小瓶放置在黑色面罩（SDR-MSV24，PreSens GmbH）而不是孔板中，以避免光線對(duì) SDR 光學(xué)系統(tǒng)的干擾。將用于黑暗測(cè)量的小瓶放置在普通的 24 孔板中，并用鋁箔覆蓋板和 SDR。

帶和不帶黑色屏蔽罩的湖水的明暗測(cè)量

第一次測(cè)量是使用放置在透明 24 孔板中的 4 mL 傳感器小瓶進(jìn)行的。為了更好地比較，在 320 分鐘時(shí)進(jìn)行了單點(diǎn)調(diào)整。與暗測(cè)量（圖 2，深色）相比，光中 O 2傳感器點(diǎn)的信號(hào)（圖 2，淺色）非常“嘈雜"。浮游植物動(dòng)力學(xué)在黑暗條件下比在光照條件下表現(xiàn)出更多的呼吸作用。然而，對(duì)于湖水來(lái)說(shuō)，情況恰恰相反。6 次重復(fù)的差異（數(shù)據(jù)未顯示）使識(shí)別趨勢(shì)變得困難。僅在橈足類樣本中檢測(cè)到O 2濃度的明顯降低。

圖 2：在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2濃度和溫度隨時(shí)間的變化。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照是布倫湖未改變的浮游生物群落。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是使用黑色掩模進(jìn)行的，即 PreSens 提供的 SDR-MSV24，將其放置在 SDR 閱讀器上進(jìn)行光孵化。此外，還使用了帶有傳感器點(diǎn)的新 2 mL 樣品瓶。

在光照和黑暗中都可以檢測(cè)到O 2濃度隨時(shí)間的降低（圖 3）。不同的食物網(wǎng)處理不會(huì)引起呼吸的任何差異。

為了更好地比較斜率，再次在 120 分鐘時(shí)進(jìn)行了單點(diǎn)調(diào)整。關(guān)于噪聲比，來(lái)自傳感器光點(diǎn)的信號(hào)與來(lái)自傳感器在黑暗中讀數(shù)的信號(hào)相當(dāng)。因此，黑色屏蔽罩有效地屏蔽了 SDR 光學(xué)元件，因此可以在不受干擾的情況下讀取傳感器。它用于光照條件下的所有進(jìn)一步測(cè)量。

詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析表明，與暗測(cè)量相比，光照測(cè)量中 O 2濃度的降低是不同的（圖 3）。光照中的氧氣比黑暗中呼吸得更快。這是出乎意料的行為，因?yàn)楫愷B(yǎng)浮游生物的呼吸作用至少應(yīng)在一定程度上通過(guò)產(chǎn)生 O 2得到補(bǔ)償由于浮游植物的光合作用活動(dòng)。

光中 O 2減少的較快速度可能可以通過(guò)溫度差異來(lái)解釋，這在使用的兩個(gè) SDR 之間觀察到。用于光照孵育的 SDR 比黑暗中的 SDR 高 0.8 °C（圖 3）。實(shí)驗(yàn)在溫度穩(wěn)定的恒溫箱中進(jìn)行。然而，用于照明的熒光管會(huì)產(chǎn)生熱量，并放置在靠近小瓶和讀取器的位置?；蛘?，不能排除對(duì)天然浮游植物群落的光抑制。

圖 3：在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2濃度和溫度隨時(shí)間的變化。不同的食物網(wǎng)處理不會(huì)導(dǎo)致需氧量的任何差異。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照是布倫湖未改變的浮游生物群落。對(duì)于光照測(cè)量，使用了 SDR-MSV24。

使用 4 mL SensorVials 對(duì)海洋浮游生物群落中的 O 2消耗量進(jìn)行光/暗測(cè)量

在本實(shí)驗(yàn)中，使用 4 mL SensorVials 在光照和黑暗中測(cè)量了海洋浮游生物群落中O 2濃度的變化。與在黑暗中孵化的群落相比，光照下濃度變化的時(shí)間過(guò)程產(chǎn)生的負(fù)斜率更?。▓D 4）。針對(duì)在 0.2 μm 過(guò)濾海水中測(cè)量的 O 2濃度變化校正斜率。根據(jù)光和暗呼吸的差異，可以計(jì)算出總初級(jí)產(chǎn)量（GPP = |R dark | + R light）。GPP / R dark的比率表明存在凈異養(yǎng)系統(tǒng)。

關(guān)于使用 SensorVials 進(jìn)行此類測(cè)量，必須得出結(jié)論，O 2濃度的變化非常小。為了能夠檢測(cè)到如此小的變化，兩個(gè) SDR 中的溫度必須精確匹配。盡管這很難實(shí)現(xiàn)，但還是要非常小心地確保兩個(gè) SDR 都在相同的溫度下孵育。

圖 4 中用于計(jì)算呼吸數(shù)據(jù)的斜率是用 SDR 軟件在短時(shí)間內(nèi)（約 35 分鐘）提取的，每 5 分鐘進(jìn)行一次測(cè)量。選擇曲線的一部分，其中兩個(gè) SDR 顯示相同的溫度，并且溫度變化很小，例如從 16.2 °C 緩慢下降到 15.8 °C。對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是從 120 到 155 分鐘的時(shí)間。動(dòng)力學(xué)如圖 5 所示。為了更好地比較斜率，在 100 分鐘時(shí)進(jìn)行了單點(diǎn)調(diào)整。

圖 4：在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2濃度的斜率隨時(shí)間變化。給出了平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差（n = 3）。

圖 5：在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2濃度隨時(shí)間變化?？刂茻o(wú)菌過(guò)濾海水的孵化。

在 2 mL SensorVials 中使用凝膠狀浮游動(dòng)物進(jìn)行呼吸測(cè)量

為了比較，我還報(bào)告了對(duì)Clytia sp屬個(gè)體的呼吸測(cè)量結(jié)果。和Beroe sp.。與對(duì)照（0.2 μm 過(guò)濾海水）相比，O 2濃度的變化（圖 6）被清楚地檢測(cè)到。一旦溫度（紅線）達(dá)到持續(xù)的。Clytia sp的2個(gè)重復(fù)。（綠色）顯示非常相似的呼吸，而B(niǎo)eroe sp的 3 個(gè)重復(fù)之一。（藍(lán)色）比其他兩個(gè)更活躍。

圖 6：與使用無(wú)菌過(guò)濾海水的對(duì)照孵育相比，小水母和櫛水母 (10 - 12 mm) 個(gè)體孵育中 O 2濃度隨時(shí)間的變化。

結(jié)論

克服了為幾個(gè) SDR 板實(shí)現(xiàn)精確溫度匹配的困難，可以推薦使用 PSt5 SensorVials 來(lái)測(cè)量天然浮游生物群落和浮游動(dòng)物的明暗呼吸速率。黑色面罩有效地將 SDR 光學(xué)元件與周圍光線屏蔽，并允許記錄清晰的傳感器信號(hào)。

4 mL 和 2 mL 樣品瓶均可用于整個(gè)社區(qū)測(cè)量。對(duì)于浮游動(dòng)物的測(cè)量，小瓶的大小應(yīng)根據(jù)測(cè)試的生物體的大小進(jìn)行調(diào)整。我們無(wú)法檢測(cè)到小 (2 mL) 小瓶對(duì)長(zhǎng)達(dá) 1 cm 的凝膠狀浮游動(dòng)物的負(fù)面影響。同事們?cè)缙谑褂?4 mL 小瓶進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)未顯示）也對(duì)橈足類和枝角類動(dòng)物產(chǎn)生了良好的結(jié)果。在 LMU 慕尼黑用輪蟲(chóng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也顯示了使用 4 mL SensorVials 的有希望的結(jié)果。然而，在處理非常小的中型浮游生物時(shí)，使用 2 mL SensorVials 可能更可取。