植物蛍光計の供給価格

プランクトンのバイオマス、生理学的および光合成を測定するための高度な蛍光システムを実験室および海洋に構築する

1. 研究の目的と内容

研究の目的

このプロジェクトの目的は、離散試料分析と海洋におけるプランクトンの存在度と生理状態の連続測定のためのF蛍光I誘導とR馳プレ（mini-FIRe）システムと呼ばれる小型の卓上機器を構築することである。Rutgersチームが発明し開発した先代FRRFとFIRe蛍光計とは異なり、新しい機器はより多くの生理パラメータをリアルタイムで提供するための感度の向上（約10倍）を示します。新しい計器の高い感度は公海での実地作業に大きな価値をもたらす。

研究内容

可変蛍光技術を用いたプランクトン及び他の光合成生物の光合成活性の評価−光合成生物の生理状態の迅速かつ非破壊評価は、高速繰返し速度蛍光学（FRRF）およびその技術を用いた後の蛍光誘導および緩和（FIRE）技術に依存する。この技術はRutgersチームによって発明され、開発されました。光合成生物の生存能力を評価する基本的な方法は、光合成機構*の特性である葉緑素の「可変蛍光」断面の測定と分析に依存する（Falkowskiらは2005年にこれを審査した）。「可変蛍光」技術はクロロフィル蛍光と光合成過程の効率との関係に依存し、全面的な蛍光と光合成パラメータを提供する有機体である。光学測定は感度が高く、迅速で、非破壊的で、リアルタイムとその場で行うことができます。

この方法と実現された機器学的原理は、同業者レビュー文献において確立されている（Falkowski and Kolber 1995、Kolber at al.、1998、Gorbunov et al.、2000、2001、Gorbunov and Falkowski 2004）。最初は水柱中のプランクトンを研究するために開発され、FRR技術が提供された正確プランクトン群落の運営及び海洋の一次生産力を制御する環境要因の影響を説明する情報（e.g.、Falkowski and Kolber 1995、Falkowski and Raven 2007、Behrenfeld et al.、1996、Coale et al、2004、Falkowski et al、2004）。卓上型および潜水式FRRおよびFIRe蛍光計の使用は、米国と世界のほとんどの生物海洋学プロジェクトの不可分の一部となっている。

F蛍光I誘導とR馳プレ（FIRe）技術が開発された光合成生物の包括的な光合成と生理的特徴（Gorbunov and Falkowski 2005）を測定する。FIRe技術は一連の励起閃光による蛍光過渡の記録と分析に基づいており、これらの閃光の強度、持続時間、間隔は正確に制御されている（図1とGorbunov and Falkowski 2005）。この技術は包括的なパラメータを提供し、これらのパラメータの特徴は光合成採光プロセス、光システムII（PSII）中の光化学及び光合成電子が炭素固定に輸送されることである。これらの過程は環境要素に特に敏感であるため、FIRe技術は自然（栄養制限、光化学と光刺激、熱応力など）と人為的ストレス要素（汚染など）を識別し診断するために基礎を提供した。

図1。FIRe蛍光瞬時の例。蛍光収量の動力学は、4段階（一段階、100 ms）100 msの強い短パルス（単回転フラッシュ、STFと呼ばれる）は飽和PSIIを蓄積するのに適しており、FoからFm（STF）への蛍光誘導を測定する：（第2段階、500 ms）弱い変調光は500 ms時間スケールでの蛍光収量を記録するためのリラックス運動エネルギー：（第3段階、50 ms）50 ms持続時間の強い長パルス（多回転フラッシュ、MTFと呼ばれる）飽和PSIIとPQライブラリ：（第4段階、1 s）弱い変調光は1 sの時間スケールでのPQライブラリの再酸化の動力学を記録するために使用される。フェーズ1の分析提供：最小と至大蛍光収量（Fo，Fm）、PSII光化学電荷分離の量子効率Fv/Fm（STF）、PSIIの機能断面、σPSII;および結合係数（p）を含む。第2段階は、PSII受信側の電子輸送に時定数（すなわちQa受容体側再酸化）を提供する。フェーズ3では、Fm（MTF）とFv/Fm（MTF）を提供します。第4段階では、PSIIとPSI間の電子輸送時定数（PQライブラリの再酸化）が明らかになった。

可変蛍光技術の生物物理的背景−室温では、クロロフィル蛍光は主にPSIIで発生する。PSII反応中心が開放状態（Qa酸化）にある場合、蛍光収量は極めて小さく、Foである。Qaが還元される（例えば、強い光に曝すことにより）と、反応中心が閉じ、蛍光収量はその高いレベルのFmに増加する。FIRe技術はFoとFmを検出するために、強い飽和パルス光（~ 100μs、単回転フラッシュ、STFと呼ばれる）による蛍光誘導を記録した（図1第1段階）。蛍光誘導率はPSIIの機能吸収断面積に比例し、蛍光上昇の相対振幅Fv/FmはPSII光化学の量子効率によって定義される。蛍光誘導の形状は単一光合成ユニット間の励起量移動によって制御され、「結合因子」（Kolber et al.1998）によって定義される。したがって、エネルギー移動（p＝0）がない場合、蛍光誘導は指数関数的であり、pが〜0.5〜0.7の〜大きな値に増加すると、逆曲線となる。

PSII受容体側電子輸送の運動エネルギー（すなわちQa再酸化）をSTF後の蛍光馳プレ動力学解析（図1第2段階）により評価した。蛍光動力学は、Qa再酸化の速度が第2の電子受容体Qbの状態に依存するため、Qbは移動二電子受容体として動作する：

Qb→Qb- (150 - 200 ms) (1)

Qa-Qb-→Qb = (600 - 800 ms) (2)

カ - _→Qb→Qb-（〜2000ms） (3)

反応（3）は、Qbが最初にD 1タンパク質結合部位から離脱したときの条件に対応する。さらに、電子輸送の小さな部分が損傷した失活反応中心は、馳プレ動力学の中で最も遅いコンポーネントに役立つ可能性がある。FIReソフトウェアは、3コンポーネント分析を用いて馳プレ動力学を処理し、電子輸送の時定数（すなわち、Q酸化tQa）を検索する。

PSIIとPSIとの間の電子輸送の時定数tPSII−PSIは、多回転フラッシュ（MTF、図1の第3段階及び第4段階）後の蛍光馳プレ動力学解析から検索される。ほとんどの生理的条件下では、この時定数はプロトンキノン（PQ）ライブラリの再酸化速度によって決定され、tQaより1桁遅いオーダーである。

一連の環境光強度のFIRe蛍光パラメータを測定し、光合成電子輸送の速度を再構築することができ、Pf，光強度の関数（光合成と光強度曲線）として（Kolber and Falkowski，1993）。Pfは、光照射生成物及び周囲光下で測定された光化学量子収量に比例する（DF'/Fm'）。これらの光合成と光強度曲線の解析は、大きな電子伝達速度（Pmax）と光飽和係数（Ek）への光合成の使用を提供する。光合成と放射線測定は、FIReデータ収集ソフトウェアを介してコンピュータによって制御されるFIReの光化光源（ALS）を用いて行われる。

研究開発の背景と専門知識–Rutgersチームのメンバーは、可変蛍光技術と方法の開発に20年以上の経験を積んできた。彼らは10以上の生物物理研究のための*機器を発明し、開発した（関連する同業者レビュー出版物の付録参照リストを参照）。

2.計器の紹介

mini-FIReは、これまでの卓上型FIRe機器と同じ生物物理原理（Gorbunov and Falkowski 2005）に基づいているが、新機器は3倍コンパクトで、感度は10倍向上した。クロロフィル濃度の下限は〜0.005 mg／m 3と低く、これによりmini−FIReは公海での現場サンプリングに非常に価値がある。

ここで、Rutgersチームは、離散サンプル分析（例えば、サイトのニースボトルから収集したサンプル）および／または海洋でのサンプリングを継続するためのmini-FIRe（図2）を構築することを提案している。機器には、プランクトンのバイオマスと光合成特性を連続的に描画するためのサンプル室が設置されます。以下はmini-FIReが記録した生理パラメータのリストと機器技術仕様mini-FIRe（図2）である。装置は、離散試料分析（例えば、サイトのニースボンベから収集された試料）および／または海洋でのサンプリングを継続するために使用される。この機器には、プランクトンのバイオマスと光合成特性を連続的に描画するためのサンプル室が設置されます。以下はmini-FIRe記録の生理パラメータリストと機器技術仕様である。

図2 mini-FIRe蛍光計、増強された感度を有する。

測定パラメータ：

・暗適応後の最小及び大蛍光収量（Fo，Fm）

●光適応下で有効、最小、および大蛍光収量（F'、Fo'、Fm'）*

●光システムII、PSIIにおける光化学から大有効量子収量（Fv／FmとDF′／F m））

●3波長における機能性PSII吸収断面積（sPSII）

・光合成ユニット間のエネルギー移動効率（「結合因子」）

●PSII受容体側電子伝達時定数（Qa〜Qb、Qa〜Qb−）

●PSIIとPSI間の光合成電子輸送時定数

●電子伝達速度、ETR，光強度の関数として*

●光化学焼入れ係数（qP）と非光化学焼入れ係数（NPQ）*

●大光合成速度、初期傾き、光合成回転時間まで（FとE曲線から得られる）

・これらのパラメータは、光化光源（ALS）を用いて測定され、光強度曲線として記録される。

mini-FIReシステムの技術仕様：

●感度：0.005-100 mg/m 3クロロフィルa（中性密度減圧フィルタを添加することでサンプリング濃度を高めることができる）

●励起光源：青色（ピーク波長450 nm、30 nm帯域幅）、緑色（ピーク波長530 nm、40 nm帯域幅）、オレンジ色（ピーク波長590 nm、30 nm帯域幅）、異なる機能群のプランクトンを選択的に励起するために用いられる。

●発光検出：680 nm（クロロフィルa）と880 nm（バクテリアクロロフィルa）、その他の波長は交換可能な発光フィルタを用いて選択することができる。

●サイズ：10 x 5 x 12インチ