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

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）和中型浮游生物（例如甲殼類動(dòng)物、輪蟲、水生動(dòng)物或櫛水母）消耗。

在這些實(shí)驗(yàn)中，我們測試了 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自然浮游生物群落的呼吸速率和光合作用進(jìn)行測量。SensorVials 底部有一個(gè)集成的光學(xué)氧傳感器，可通過 24 通道讀取器讀取。這樣可以并行監(jiān)測多個(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自慕尼黑大學(xué)慕尼黑分校的池塘、德國 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）裝滿了含有天然浮游生物群落的水。對于一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，凝膠狀浮游動(dòng)物生物在無菌過濾（0.2 μm）海水中孵育。作為對照，每個(gè) SDR 至少有兩個(gè)小瓶用無菌過濾海水運(yùn)行。對照孵育產(chǎn)生了用于校正測量樣品的穩(wěn)定可靠的信號。將小瓶放在一個(gè)空的 24 孔板中，該板放在 SensorDish® Reader（PreSens GmbH，德國）和氧氣濃度的變化每三到五分鐘記錄幾個(gè)小時(shí)（見實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)）。為了在光線下進(jìn)行測量，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 SDR 光學(xué)系統(tǒng)的干擾。將用于黑暗測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量

第一次測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。與暗測量（圖 2，深色）相比，光中 O 2傳感器點(diǎn)的信號（圖 2，淺色）非?！班须s"。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，對于湖水來說，情況恰恰相反。6 次重復(fù)的差異（數(shù)據(jù)未顯示）使識(shí)別趨勢變得困難。僅在橈足類樣本中檢測到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，來自傳感器光點(diǎn)的信號與來自傳感器在黑暗中讀數(shù)的信號相當(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)一步測量。

詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析表明，與暗測量相比，光照測量中 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溫度差異來解釋，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。或者，不能排除對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，對照是布倫湖未改變的浮游生物群落。對于光照測量，使用了 SDR-MSV24。

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

在本實(shí)驗(yàn)中，使用 4 mL SensorVials 在光照和黑暗中測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)間過程產(chǎn)生的負(fù)斜率更?。▓D 4）。針對在 0.2 μm 過濾海水中測量的 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)行此類測量，必須得出結(jié)論，O 2濃度的變化非常小。為了能夠檢測到如此小的變化，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菌過濾海水的孵化。

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

為了比較，我還報(bào)告了對Clytia sp屬個(gè)體的呼吸測量結(jié)果。和Beroe sp.。與對照（0.2 μm 過濾海水）相比，O 2濃度的變化（圖 6）被清楚地檢測到。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Beroe sp的 3 個(gè)重復(fù)之一。（藍(lán)色）比其他兩個(gè)更活躍。

圖 6：與使用無菌過濾海水的對照孵育相比，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 來測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。

4 mL 和 2 mL 樣品瓶均可用于整個(gè)社區(qū)測量。對于浮游動(dòng)物的測量，小瓶的大小應(yīng)根據(jù)測試的生物體的大小進(jìn)行調(diào)整。我們無法檢測到小 (2 mL) 小瓶對長達(dá) 1 cm 的凝膠狀浮游動(dòng)物的負(fù)面影響。同事們早期使用 4 mL 小瓶進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)未顯示）也對橈足類和枝角類動(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。