導讀：Presens 頂空分析儀SensorVials 和 SDR SensorDish Reader 進行O 2測量

天然浮游生物群落中O 2的生產和消耗動態隨著環境梯度而變化，并為中上層生態系統中的群落生態和生物地球化學循環提供重要信息。O 2產生的主要貢獻者是納米和微型浮游植物，而氧氣被細菌、浮游植物、異養原生生物（例如纖毛蟲）和中型浮游生物（例如甲殼類動物、輪蟲、水生動物或櫛水母）消耗。

在這些實驗中，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行測量。SensorVials 底部有一個集成的光學氧傳感器，可通過 24 通道讀取器讀取。這樣可以并行監測多個樣本。

圖 1：2 mL SensorVials 放置在 SDR SensorDish® Reader 頂部的 SDR-MSV24 屏蔽罩內。面罩保護閱讀器光學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，溫度恒定，接近環境溫度。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。對于一項實驗，凝膠狀浮游動物生物在無菌過濾（0.2 μm）海水中孵育。作為對照，每個 SDR 至少有兩個小瓶用無菌過濾海水運行。對照孵育產生了用于校正測量樣品的穩定可靠的信號。將小瓶放在一個空的 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小時（見實驗細節）。為了在光線下進行測量，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 光學系統的干擾。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 傳感器小瓶進行的。為了更好地比較，在 320 分鐘時進行了單點調整。與暗測量（圖 2，深色）相比，光中 O 2傳感器點的信號（圖 2，淺色）非常“嘈雜"。浮游植物動力學在黑暗條件下比在光照條件下表現出更多的呼吸作用。然而，對于湖水來說，情況恰恰相反。6 次重復的差異（數據未顯示）使識別趨勢變得困難。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濃度和溫度隨時間的變化。在這個實驗中，對照是布倫湖未改變的浮游生物群落。

第二個實驗是使用黑色掩模進行的，即 PreSens 提供的 SDR-MSV24，將其放置在 SDR 閱讀器上進行光孵化。此外，還使用了帶有傳感器點的新 2 mL 樣品瓶。

在光照和黑暗中都可以檢測到O 2濃度隨時間的降低（圖 3）。不同的食物網處理不會引起呼吸的任何差異。

為了更好地比較斜率，再次在 120 分鐘時進行了單點調整。關于噪聲比，來自傳感器光點的信號與來自傳感器在黑暗中讀數的信號相當。因此，黑色屏蔽罩有效地屏蔽了 SDR 光學元件，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一步測量。

詳細的數據分析表明，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，因為異養浮游生物的呼吸作用至少應在一定程度上通過產生 O 2得到補償由于浮游植物的光合作用活動。

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 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）。實驗在溫度穩定的恒溫箱中進行。然而，用于照明的熒光管會產生熱量，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濃度和溫度隨時間的變化。不同的食物網處理不會導致需氧量的任何差異。在這個實驗中，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消耗量進行光/暗測量

在本實驗中，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間過程產生的負斜率更小（圖 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。根據光和暗呼吸的差異，可以計算出總初級產量（GPP = |R dark | + R light）。GPP / R dark的比率表明存在凈異養系統。

關于使用 SensorVials 進行此類測量，必須得出結論，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 SDR 中的溫度必須精確匹配。盡管這很難實現，但還是要非常小心地確保兩個 SDR 都在相同的溫度下孵育。

圖 4 中用于計算呼吸數據的斜率是用 SDR 軟件在短時間內（約 35 分鐘）提取的，每 5 分鐘進行一次測量。選擇曲線的一部分，其中兩個 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。對于這個實驗，這是從 120 到 155 分鐘的時間。動力學如圖 5 所示。為了更好地比較斜率，在 100 分鐘時進行了單點調整。

圖 4：在光照和黑暗中孵化的自然浮游生物群落中 O 2濃度的斜率隨時間變化。給出了平均值和標準誤差（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濃度隨時間變化。控制無菌過濾海水的孵化。

在 2 mL SensorVials 中使用凝膠狀浮游動物進行呼吸測量

為了比較，我還報告了對Clytia sp屬個體的呼吸測量結果。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）達到持續的。Clytia sp的2個重復。（綠色）顯示非常相似的呼吸，而Beroe sp的 3 個重復之一。（藍色）比其他兩個更活躍。

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) 個體孵育中 O 2濃度隨時間的變化。

結論

克服了為幾個 SDR 板實現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物的明暗呼吸速率。黑色面罩有效地將 SDR 光學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社區測量。對于浮游動物的測量，小瓶的大小應根據測試的生物體的大小進行調整。我們無法檢測到小 (2 mL) 小瓶對長達 1 cm 的凝膠狀浮游動物的負面影響。同事們早期使用 4 mL 小瓶進行的實驗（數據未顯示）也對橈足類和枝角類動物產生了良好的結果。在 LMU 慕尼黑用輪蟲進行的實驗也顯示了使用 4 mL SensorVials 的有希望的結果。然而，在處理非常小的中型浮游生物時，使用 2 mL SensorVials 可能更可取。