Combien pour vendre un fluorimètre de plante

Construction de systèmes de fluorescence avancés pour mesurer la biomasse, la physiologie et la photosynthèse du phytoplancton en laboratoire et en mer

1. Objectif et contenu de l'étude

Objectif de l'étude

L'objectif du projet est de construire un petit instrument de table appelé système d'induction F - Fluorescence I et de pré - Trituration R (mini - fire) pour l'analyse d'échantillons discrets et la mesure continue de l'abondance et de la physiologie du phytoplancton dans l'océan. Contrairement à ses prédécesseurs, les fluorimètres frrf et fire, inventés et développés par l’équipe de Rutgers, le nouvel instrument affichera une sensibilité accrue (environ 10 fois supérieure) qui fournira plus de paramètres physiologiques en temps réel. Du nouvel instrumenthautLa sensibilité les rend extrêmement précieux pour le travail sur le terrain en haute mer.

Contenu de l'étude

Évaluation de l'activité photosynthétique du phytoplancton et d'autres organismes photosynthétiques à l'aide de techniques de fluorescence variable- l'évaluation rapide et non destructive de l'état physiologique des organismes photosynthétiques repose sur l'utilisation de l'optique fluorescente à taux de répétition rapide (frrf) et de sa technique de suivi, la technique fire (fluorescence Induction and relaxation). Cette technologie a été inventée et développée par l’équipe Rutgers. La méthode de base pour évaluer la viabilité biologique de la photosynthèse repose sur la mesure et l'analyse du profil de fluorescence variable de la chlorophylle, une caractéristique du mécanisme de photosynthèse * (examiné par falkowski et al., 2005). La technologie de fluorescence variable repose sur la relation entre la fluorescence de la chlorophylle et l'efficacité du processus de photosynthèse et fournit un ensemble complet de paramètres de fluorescence et de photosynthèse pour l'organisme. Les mesures optiques sont sensibles, rapides, sans perte et peuvent être effectuées en temps réel et in situ.

Cette approche et les principes instrumentaux mis en œuvre sont établis dans la littérature évaluée par des pairs (falkowski et kolber 1995; kolber at al., 1998; Gorbunov et al., 2000, 2001; Gorbunov et falkowski 2004). Initialement développée pour étudier le phytoplancton dans la colonne d’eau, la technologie frr offreprécisDes informations sur le fonctionnement des communautés phytoplanctoniques et l’impact des facteurs environnementaux qui contrôlent la productivité primaire des océans (e.g., falkowski et kolber 1995; falkowski et Raven 2007; behrenfeld et al., 1996; Coale et al., 2004; falkowski et al., 2004). L'utilisation de fluorimètres frr et Fire de table et submersibles fait partie intégrante de la plupart des programmes d'océanographie biologique aux États - Unis et dans le monde.

Des techniques d'induction de fluorescence F I et de pré - Trituration R (Fire) ont été développées, pour mesurer un ensemble complet de photosynthèse et les caractéristiques physiologiques des organismes photosynthétiques (Gorbunov et falkowski 2005). La technique Fire repose sur l'enregistrement et l'analyse des transitoires de fluorescence causés par une série de flashs excités dont l'intensité, la durée et l'intervalle sont précisément contrôlés (Figure 1 et Gorbunov et falkowski 2005). La technologie fournit un ensemble complet de paramètres qui se caractérisent par le processus d'extraction de la lumière par photosynthèse, la photochimie dans le système optique II (PSII) et le transport des électrons de photosynthèse vers la fixation du carbone. Parce que ces processus sont particulièrement sensibles aux facteurs environnementaux, la technologie Fire fournit une base pour l’identification et le diagnostic des facteurs de stress naturels (restriction nutritionnelle, photochimie et photostimulation, stress thermique, etc.) et anthropiques tels que la pollution.

Figure 1. Exemple d'instantané de fluorescence fire. La cinétique de la production de fluorescence a été enregistrée à une résolution temporelle de la microseconde et comprend quatre étapes: (UnPhase, 100 MS) une impulsion courte intense de 100 MS (appelée Flash monotour, STF) est adaptée pour accumuler du PSII saturé et mesurer l'induction de fluorescence de fo à FM (STF): (phase II, 500 ms) une lumière faiblement modulée est utilisée pour enregistrer l'énergie cinétique de relaxation de la production de Fluorescence sur une échelle de temps de 500 ms: (phase III, 50 MS) une impulsion longue intense de 50 MS de durée (appelée Flash multitour, MTF) est utilisée pour saturer les bibliothèques PSII et PQ: (phase IV, 1 s) une lumière faiblement modulée est utilisée pour enregistrer la cinétique de réoxydation des bibliothèques PQ sur une échelle de temps de 1 S. L'analyse de la phase 1 fournit: minimum et jusqu'àgrandProduction de fluorescence (FO, FM); Efficacité quantique FV / FM (STF) pour la séparation photochimique des charges PSII; Section fonctionnelle du PSII, σPSII; Et le facteur de connexion (p). La phase 2 fournit une constante de temps pour la transmission des électrons par le récepteur PSII (c. - à - D. ré - oxydation côté récepteur QA). La phase 3 fournit FM (MTF) et FV / FM (MTF). La phase 4 révèle la constante de temps de transfert d'électrons entre PSII et PSI (réoxydation de la Bibliothèque PQ).

Contexte biophysique de la technologie de fluorescence variable- À température ambiante, la fluorescence de la chlorophylle est principalement produite dans le PSII. Lorsque le Centre réactionnel PSII est à l'état ouvert (oxydation du QA), la production de fluorescence est extrêmement faible, fo. Lorsque le QA est réduit (par exemple, par exposition à une lumière intense), le Centre réactionnel est fermé et la production de fluorescence augmente à son niveau élevé, FM. Pour détecter fo et FM, la technique Fire a enregistré l'induction de fluorescence causée par une forte saturation et une lumière pulsée (~ 100 μs, appelée Flash monotour, STF) (Figure 1, phase 1). La vitesse d'induction de fluorescence est directement proportionnelle à la Section d'absorption fonctionnelle du PSII, tandis que l'amplitude relative FV / FM de la montée de fluorescence est définie par l'efficacité quantique de la photochimie du PSII. La forme de l'induction de fluorescence est contrôlée par le transfert de quantité d'excitation entre les cellules de photosynthèse individuelles et définie par un "facteur de connexion" (kolber et al. 1998). Ainsi, en l'absence de transfert d'énergie (P = 0), l'induction de fluorescence est exponentielle et devient une courbe inverse lorsque P augmente à une valeur de ~ 0,5 à 0,7.

L'énergie cinétique transportée par les électrons côté récepteur PSII (c'est - à - dire la ré - oxydation de QA) a été évaluée par analyse pré - cinétique de fluotropie après STF (étape 2 de la figure 1). La cinétique de fluorescence est composée de plusieurs parties, car la vitesse de réoxydation de QA dépend de l'état du deuxième accepteur d'électrons QB, qui fonctionne comme un récepteur à deux électrons mobile:

Qa-Qb → Qa Qb- (150 - 200 ms) (1)

Qa-Qb- → Qa Qb= (600 - 800 ms) (2)

Qa- _ → Qa-Qb → Qa Qb- (~ 2000 ms) (3)

La réaction (3) correspond aux conditions dans lesquelles QB a initialement quitté le site de liaison à la protéine D1. De plus, une petite fraction des centres réactionnels désactivés dont la transmission des électrons est altérée peut contribuer au composant le plus lent de la pré - cinétique de triage. Le logiciel Fire utilise une analyse à 3 Composants pour traiter la pré - cinétique de Bench afin de récupérer la constante de temps de transmission des électrons (c'est - à - dire q oxydation tqa).

La constante de temps tpsii - PSI pour le transfert d'électrons entre PSII et PSI a été récupérée à partir d'une analyse pré - cinétique de Benz de fluorescence après Flash multitour (MTF, phases 3 et 4 sur la figure 1). Dans la plupart des conditions physiologiques, cette constante de temps est déterminée par la vitesse de réoxydation du pool de plastoquinones (PQ) et est d'un ordre de grandeur plus lent que le tqa.

La mesure d'une série de paramètres de fluorescence Fire de l'intensité lumineuse ambiante permet de reconstituer la vitesse de transmission des électrons de la photosynthèse, Pf， En fonction de l'intensité lumineuse (photosynthèse vs courbe d'intensité lumineuse) (kolber et falkowski, 1993). PF est directement proportionnel (DF '/ FM') au produit lumineux et au rendement quantique photochimique mesuré à la lumière ambiante. L'analyse de ces courbes de photosynthèse par rapport à l'intensité lumineuse permet d'obtenir une photosynthèse à grande vitesse de transfert d'électrons (Pmax) et un coefficient de saturation lumineuse (Ek). La photosynthèse et la radiométrie sont effectuées à l'aide d'une source de lumière actinique (ALS) de fire, contrôlée par ordinateur via le logiciel d'acquisition de données fire.

Arrière - plan et expertise en R & D– les membres de l’équipe Rutgers cumulent plus de 20 ans d’expérience dans la recherche et le développement de technologies et de méthodes de fluorescence variable. Ils ont inventé et développé * des instruments pour plus de 10 études biophysiques (voir la liste de référence en annexe des publications pertinentes évaluées par des pairs).

2. Introduction aux instruments

Le mini - fire est basé sur les mêmes principes biophysiques que les instruments Fire de bureau précédents (Gorbunov et falkowski 2005), mais le nouvel instrument est 3 fois plus compact et 10 fois plus sensible. La limite inférieure de la concentration de chlorophylle est aussi basse que ~ 0005 mg / m3, ce qui rend le mini - fire très utile pour l'échantillonnage sur le terrain en haute mer.

Ici, l’équipe de Rutgers a proposé de construire un mini - fire (Figure 2) qui serait utilisé pour l’analyse discrète d’échantillons (par exemple, les échantillons prélevés dans les bouteilles niskin du site) et / ou pour l’échantillonnage continu dans l’océan. L'instrument sera équipé d'une Chambre d'échantillonnage traversante pour cartographier en continu la biomasse phytoplanctonique et les caractéristiques de la photosynthèse. Voici la liste des paramètres physiologiques enregistrés par Mini - fire et les spécifications techniques de l'instrument mini - fire (Figure 2). L'instrument sera utilisé pour l'analyse d'échantillons discrets (par exemple, les échantillons prélevés dans les bouteilles niskin du site) et / ou pour l'échantillonnage continu dans l'océan. L'instrument sera équipé d'une Chambre d'échantillonnage traversée pour cartographier en continu la biomasse phytoplanctonique et les caractéristiques de la photosynthèse. Voici la liste des paramètres physiologiques enregistrés par Mini Fire et les spécifications techniques de l'instrument.

Figure 2 fluorimètre Mini Fire avec sensibilité accrue.

Paramètres de mesure:

● rendement de fluorescence minimal et élevé (FO, FM) après adaptation à l'obscurité

● rendement de fluorescence efficace, minimal et élevé (F ', fo', fm ') en adaptation à la lumière *

● photochimie à haut rendement quantique efficace (FV / FM et DF '/ FM) dans le système optique II, PSII

● Section d'absorption PSII fonctionnelle à trois longueurs d'onde (spsii)

● efficacité du transfert d'énergie entre les cellules de photosynthèse ('facteur de connexion')

● constantes de temps de transfert d'électrons côté récepteur PSII (Q a à q B, Q a à q B -)

● constante de temps de transfert des électrons de photosynthèse entre PSII et PSI

● taux de transfert électronique, ETR， En fonction de l'intensité lumineuse *

● facteur de trempe photochimique (QP) et facteur de trempe non photochimique (npq) *

● à grande vitesse de photosynthèse, pente initiale et temps de rotation de la photosynthèse (à partir des courbes F et e)

● Ces paramètres sont mesurés à l'aide d'une source de lumière actinique (ALS) et enregistrés sous forme de courbes d'intensité lumineuse.

Caractéristiques techniques du système Mini Fire:

● sensibilité: 0005 - 100 mg / m3 de chlorophylle a (peut améliorer la concentration d'échantillonnage en ajoutant un filtre de décompression à densité neutre)

● source lumineuse d'excitation: bleue (longueur d'onde de pointe 450 nm, largeur de bande de 30 nm), verte (longueur d'onde de pointe 530 nm, largeur de bande de 40 nm), orange (longueur d'onde de pointe 590 nm, largeur de bande de 30 nm) pour exciter sélectivement le phytoplancton dans différents groupes fonctionnels.

● détection d'émission: 680 nm (chlorophylle a) et 880 nm (chlorophylle bactérienne a), d'autres longueurs d'onde peuvent être sélectionnées à l'aide de filtres d'émission remplaçables.

● taille: 10 x 5 x 12 pouces