[发明专利]基于叶绿素荧光动力学的浮游植物初级生产力检测方法

摘要

本发明公开了一种基于叶绿素荧光动力学的浮游植物初级生产力检测方法，以快速光脉冲诱导叶绿素荧光为浮游植物光合作用过程探针，解析获得主导光合作用电子传递效率的荧光动力学参数，基于荧光动力学参数反演得到浮游植物光合作用速率和光合反应中心浓度，结合环境光照，直接计算出单位时间、单位体积内水体中浮游植物活体细胞的光合作用电子传递通量，以此表征水体初级生产潜能；并依据浮游植物初级生过程中电子传递通量与放氧量、固碳量之间定量关系，建立叶绿素荧光动力学法与传统气体交换法测量结果之间的换算关系，实现水体中浮游植物初级产生力快速测量。本发明具有分析简便、快速、样品无需预处理、无污染和无破坏性等优点。

主权项

基于叶绿素荧光动力学的浮游植物初级生产力检测方法，其特征在于：首先获得活体细胞本底荧光F0和主导光合作用电子传递效率的荧光动力学参数χ，其中χ包括PSII功能吸收截面σ、光化学淬灭qp、电子传递效率φe、光化学量子效率△φm；在此基础上，通过测量实际光照和暗适应条件下叶绿素荧光动力学过程，反演浮游植物光合反应中心浓度和光合作用速率，结合环境光照，计算出浮游植物初级生产过程活体细胞的光合作用电子传递通量，再依据浮游植物初级生过程中电子传递通量与放氧量、固碳量之间定量关系，建立叶绿素荧光动力学法与传统气体交换法测量结果之间的换算关系，实现水体中浮游植物初级产生力快速测量，具体过程如下：(1)、测量浮游植物光合作用速率：在实际水体中光适应条件下，测量浮游植物叶绿素荧光动力学曲线，解析获得光适应下浮游植物的PSII功能吸收截面σ、光化学淬灭qp、电子传递效率φe、光化学量子效率△φm，根据生物膜能流理论，利用公式(1)计算浮游植物光合作用速率ψ：ψ＝σ×qp×φe×(△φm/0.65)   (1)；(2)、测量浮游植物光合反应中心浓度：在暗适应条件下，测量浮游植物叶绿素荧光动力学曲线，解析获得暗适应下浮游植物的本底荧光F0和PSII功能吸收截面σ0，其中F0是光合反应中心完全处于开放状态、非光化学过程最小时的色素释放荧光，只与反应中心光能吸收效率有关，而σ0是光合色素对光能吸收效率参数，因此利用公式(2)便可计算浮游植物光合反应中心浓度[RCII]：其中，η为光化学效率与荧光量子效率比常数，通过与氧脉冲对比实验测定；(3)、计算浮游植物初级生产力：浮游植物初级生产力与光合反应中心浓度[RCII]、光合作用速率ψ、实际 水体中光照强度E成正比，通过公式(3)直接测量获得单位时间、单位体积内水体中浮游植物活体细胞光合作用电子传递通量Pe：从电子或能量传递角度分析，光合放氧速率、CO2固定速率都取决于光合作用过程中电荷的分离与传递速率，理论上，光合作用每裂解两个水分子，产生4个电子，固定1个CO2，因此，通过下列公式(4)、(5)能够推算浮游植物光合放氧和固碳量，建立叶绿素荧光法与传统气体交换法测量结果间的对应关系：公式(3)、(4)、(5)中，Pe、和分别为叶绿素荧光法、光合放氧法和CO2固定法测量的浮游植物初级生产力，单位分别为[e]/m3/s、mg[C]/m3/h和mg[O]/m3/h。