LabSTAF -浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力

評(píng)估浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力(PhytoPP)的單周轉(zhuǎn)量主動(dòng)熒光法(STAF)

LabSTAF是下一代基于STAF的儀器，用于評(píng)估浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力。該系統(tǒng)具有的靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍，允許在所有環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量:從水庫(kù)、湖泊到開闊的海洋。

LabSTAF概述

根據(jù)研究

單通量主動(dòng)熒光法(STAF)是一種已建立的浮游植物光合作用定量評(píng)價(jià)方法。重要的是，它允許評(píng)估浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力(PhytoPP)，為我們進(jìn)一步了解全球碳循環(huán)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

LabSTAF是在nerc資助的OCEANIDS計(jì)劃中開發(fā)的新一代研究級(jí)主動(dòng)熒光計(jì)中的第一個(gè)。此外，工作人員發(fā)展的持續(xù)資金是通過歐盟資助的海洋傳感技術(shù)方案提供的。

包含的基于windows的RunSTAF軟件提供了廣泛的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，手動(dòng)控制或高度自動(dòng)化的操作，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和方便地訪問csv格式的主要數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)控制

標(biāo)準(zhǔn)的LabSTAF具有高動(dòng)態(tài)范圍，允許從少營(yíng)養(yǎng)到中營(yíng)養(yǎng)甚至一些富營(yíng)養(yǎng)條件的測(cè)量。LabSTAF的高生物量(HB)版本將動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展了十倍。這就打開了將STAF應(yīng)用于例如持續(xù)評(píng)估藻類生長(zhǎng)池內(nèi)生物量積累的機(jī)會(huì)。

LabSTAF特性

關(guān)鍵特性

• 在大多數(shù)情況下，使用高性能硬涂層光學(xué)濾光片消除了濾液空白校正的需要。

• 提供兩個(gè)熒光檢測(cè)波段，允許通過雙波段測(cè)量(DWM)對(duì)包裝效應(yīng)進(jìn)行量化和校正。

• 包含7個(gè)熒光激發(fā)LED波段，通過生成光化學(xué)激發(fā)剖面(PEP)實(shí)現(xiàn)快速和高度自動(dòng)化的光譜校正。

• 集成光化光源，提供10至> 1600µmol光子m-2 s-1。光源由直流驅(qū)動(dòng)，以避免與脈寬調(diào)制(PWM)相關(guān)的測(cè)量偽影的可能性。

• 樣品室塊包括一個(gè)循環(huán)水套，避免與所有光路相交，以允許使用正在進(jìn)行的水來控制樣品溫度。

• FLC自動(dòng)化包括使用連續(xù)評(píng)估Ek參數(shù)的新方法對(duì)FLC協(xié)議進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

• 除了標(biāo)準(zhǔn)FLC參數(shù)外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析還提供39個(gè)熒光參數(shù)，并包括基線熒光校正選項(xiàng)。

• 廣泛的導(dǎo)出功能，提供對(duì)主要數(shù)據(jù)的訪問。它們可用于從單個(gè)文件或跨多個(gè)文件提取數(shù)據(jù)。

與FastOcean和Act2系統(tǒng)的比較

LabSTAF代表了切爾西建立的FastOcean快速重復(fù)率熒光計(jì)(FRRf)和Act2實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的重要更新，用于運(yùn)行flc。一個(gè)重要的變化是從FastOcean中采用的2µs間距上的1µs FRRf“閃光”切換到LabSTAF中使用的固體激發(fā)脈沖。這有助于靈敏度提高十倍以上，并將標(biāo)準(zhǔn)單次轉(zhuǎn)換(ST)脈沖從200µs減少到100µs。減少ST脈沖的長(zhǎng)度將雙擊率從27%左右降低到12%左右，這使得在更高的頻率上應(yīng)用ST脈沖成為可能。

應(yīng)用程序

• 直接測(cè)量浮游植物的光合速率，單位體積，單位時(shí)間，允許評(píng)估PhytoPP。

• 自主獲取高分辨率的STAF數(shù)據(jù)，有可能有助于核實(shí)基于衛(wèi)星的PhytoPP模型。

• 利用閃爍小瓶對(duì)浮游植物樣品進(jìn)行快速光生理篩選。

• 跟蹤藻華的發(fā)展和群落結(jié)構(gòu)的變化。

• 浮游植物光合作用和細(xì)胞代謝的日循環(huán)分析。

• 科研船和便利船的自主連續(xù)航行測(cè)量。

• 實(shí)時(shí)評(píng)估環(huán)境變化對(duì)浮游植物光合作用的影響，包括環(huán)境光、溫度、養(yǎng)分富集和污染事件。

LabSTAF深度

活性氟量計(jì)

用于探測(cè)光合作用的兩種最常見的基于熒光的方法是單次翻轉(zhuǎn)主動(dòng)熒光法(STAF)和多次翻轉(zhuǎn)脈沖幅度調(diào)制(PAM)方法。迄今為止，STAF方法是對(duì)浮游植物的光學(xué)薄懸浮液(如在世界海洋和大多數(shù)湖泊和河流中發(fā)現(xiàn)的)進(jìn)行測(cè)量的選擇，而PAM方法適合于光密度高的樣品(如大型藻類和海草)。

熒光曲線(FLC)

對(duì)于許多用戶來說，LabSTAF最重要的應(yīng)用是從培養(yǎng)物或自然樣品中全自動(dòng)獲取一致的熒光光曲線(FLC)數(shù)據(jù)。LabSTAF硬件和RunSTAF軟件的結(jié)合允許高度自動(dòng)化的flc采集，具有實(shí)時(shí)輕步調(diào)整，自動(dòng)樣品交換和系統(tǒng)清洗的選項(xiàng)。例如，這些特性已被用于連續(xù)運(yùn)行LabSTAF系統(tǒng)數(shù)周，同時(shí)在研究船上的供水系統(tǒng)中進(jìn)行探測(cè)。

快速篩選多個(gè)樣品

盡管在FLC自動(dòng)化的開發(fā)上已經(jīng)付出了大量的努力，但該系統(tǒng)允許運(yùn)行更短的自動(dòng)化協(xié)議。用戶還可以使用手動(dòng)控制選項(xiàng)。當(dāng)使用這些功能時(shí)，大樣品室提供了一系列選擇。一種選擇是將10至20毫升的樣品直接倒入樣品室。或者，可以從閃爍小瓶?jī)?nèi)的較小樣品進(jìn)行快速測(cè)量。

LabSTAF，初級(jí)生產(chǎn)力和雙重孵育法

在全球范圍內(nèi)，浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力(PhytoPP)約占光合作用固定碳的一半。雖然海洋顏色的衛(wèi)星遙感在盡可能廣泛的空間尺度上運(yùn)行，并且可以說是在全球生化循環(huán)和氣候背景下評(píng)估PhytoPP的手段，但用于從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中估計(jì)PhytoPP的算法依賴于大量的原位測(cè)量數(shù)據(jù)集。直接定量PhytoPP的既定參考是基于14C示蹤劑的方法，該方法無法提供所需時(shí)間和空間分辨率的數(shù)據(jù)。原位PhytoPP測(cè)量的缺乏限制了PhytoPP遙感算法的發(fā)展和驗(yàn)證，并阻礙了區(qū)域和全球生態(tài)系統(tǒng)和氣候模型的充分參數(shù)化。staff作為一種光學(xué)方法，可以以更高的空間和時(shí)間分辨率自主評(píng)估PhytoPP，成本僅為基于14C示蹤劑的方法的一小部分。

雖然基于14C示蹤劑的方法直接測(cè)量碳固定，但STAF測(cè)量的是由光系統(tǒng)II (PSII)光化學(xué)提供的碳固定所需的還原力的速率。RunSTAF經(jīng)過優(yōu)化，提高了對(duì)該速率的估計(jì)，并結(jié)合了高度自動(dòng)化的協(xié)議，允許通過應(yīng)用光化學(xué)激發(fā)剖面(PEP)進(jìn)行包效應(yīng)校正(PEC)和光譜校正。RunSTAF中還包括用于校正基線熒光(來自光化學(xué)活性PSII復(fù)合物以外的來源)的其他數(shù)據(jù)處理工具。

PSII光化學(xué)的STAF衍生值可以通過電子與碳的比率（Φe，C）轉(zhuǎn)化為碳固定率。該比值的測(cè)定需要基于STAF的PSII光化學(xué)測(cè)量和基于14C示蹤劑的碳固定測(cè)量。并入LabSTAF的大樣品室允許使用24 mL閃爍小瓶，使14c加標(biāo)樣品可用于評(píng)估碳同化與STAF測(cè)量并行。這種“雙重孵育”方法的發(fā)展消除了許多方法上的不一致性，這些不一致性阻礙了對(duì)固定每個(gè)碳(通過14c固定評(píng)估)所需電子數(shù)量的實(shí)際評(píng)估(通過STAF評(píng)估)。雖然這種雙孵育不能在高分辨率下進(jìn)行，但在特定環(huán)境中進(jìn)行的代表性測(cè)量將提供提高PSII光化學(xué)和碳同化之間轉(zhuǎn)換精度的值。

LabSTAF規(guī)范

LabSTAF單元的基本規(guī)格

LabSTAF電源組的基本規(guī)格

LabSTAF備件套件的基本規(guī)格

LabSTAF備件包的內(nèi)容

• 蠕動(dòng)泵，包括泵機(jī)組，泵頭帶6mm內(nèi)徑安裝油管，電源線，接口電纜

• 電磁閥單元，包括電纜

• 流經(jīng)裝置和流經(jīng)攪拌器裝置

• 校準(zhǔn)塞

• 樣品室蓋

• Surface Go 3，包括鍵盤和電源線

• 額外的備件，包括油管，O型圈，硅脂

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