本文介绍了一种经济、便携的方法/装置，用于在真实环境下测量微生物席的初级生产力 原位 环境温度和光照条件。该实验装置基于广泛可得的材料，可在多种条件下使用，同时具备基于实验室模型的优势。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
测量 原位 生长季节梯度下附生藻类初级生产力的研究可阐明环境驱动因子（主要是磷浓度和光照强度）以及物种组成对初级生产力的定量影响。初级生产力主要受光照强度、温度、营养物质的可利用性以及真光层不同深度下碳酸盐体系离子形态分布的调控。该系统十分复杂，难以在实验室条件下进行有效模拟。本研究采用一种低成本、可移动且易于搭建的浮台装置，可在实际自然环境中精确测定初级生产力。该方法基于将非侵入式氧气传感器集成于密闭玻璃瓶中，实现实时初级生产力测量，并在线监测氧气通量，从而为代谢活动提供新的认识。详细的季节性 原位 微生物垫（或其他底栖生物）总初级生产力的测量可增进对静水水体中初级生产力动态控制过程的现有认知。
引言
初级生产力是自生碳进入水生系统的唯一途径，构成了整个系统食物网的基础1。因此，准确估算初级生产力是理解水生生态系统功能的关键步骤。沿岸带是初级生产力和生物多样性较高的区域。除了浮游植物外，附生生物群（下文称为微生物垫）和大型藻类也被认为对沿岸带的初级生产力有重要贡献2。由于这些生物具有固着生活方式且在空间上存在显著异质性，其初级生产力的量化并非易事。
初级生产力主要受光照强度、温度、营养物质的可利用性以及真光层不同深度中碳酸盐体系离子种类分布的驱动。3,4深度显著影响着微生物席的空间分布。在较浅的深度，微生物群落必须应对高强度辐射和显著的季节性温度变化带来的不利影响，而在较深的区域则需适应较低的光照强度。除了深度梯度外，动态的营养相互作用还在不同尺度上形成了多种且复杂的空间格局。5该复杂系统在实验室中模拟较为困难。推断来自沿岸带各个初级生产者的代谢活性最准确的方法是建立 原位 实验。
本文介绍的方法基于传统的培养皿法2,6
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
注意：采样前，应根据整个项目需求、统计设计或预期的样本变异性程度来确定重复次数。建议设置五组光照和黑暗培养瓶的重复样本，以实现精确的统计分析，并应对潜在的样品损失或破损情况。所述的浮动实验驳船设计可容纳五组重复样本外加一对空白对照；实验驳船的技术图纸详见图1。
图1实验驳船和侧浮体的技术图纸 (A俯视图：驳船框架由四根铝制角钢L型材（蓝色）组成，通过四根铝制平板条（灰色）连接在一起。XPS浮体（粉色）在框架上平行铝材的两个位置固定。用于悬挂培养瓶的链条通过快挂扣固定在框架两侧预制孔（红色箭头）处，两孔间距为550 mm。链条上在1 m和2 m处设有快挂扣，用于连接培养瓶（根据实验深度选择快挂扣位置）。混凝土锚固定在驳船船首，此处有25 mm的悬挑部分，....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
图5：微生物席在日光期间的净生态系统生产力和总生态系统生产力。（A）亮瓶法测定净生态系统生产力：来自亮瓶中微生物席的净氧气生产力随时间变化的数据。在日光期间，于培养瓶中孵育1小时后测定氧气浓度的变化。灰色圆点：含有微生物席样品的瓶子。白色圆点：仅含湖水的空白瓶。（B）暗瓶法测定呼吸作用：来自暗瓶的自养呼吸与异养呼吸之和。在日光期间，于培养瓶中孵育1小时后测定氧气浓度的变化。灰色圆点：含有微生物席样品的瓶子。白色圆点：仅含湖水的空白瓶。（<.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
本文所述方法基于黑白瓶测氧技术，并结合使用光学氧传感器无创测定 O2 浓度的技术。该系统可通过快速移动用于测定 O2 的光纤，实现对不同培养条件的并行测量。来自不同深度的底栖群落可能在分类组成和生产力方面存在差异；通过并行方式同时测量这些群落可节省时间，并提高结果的精确性，从而能够计算出附生藻类生长的全水深剖面。集成于摇瓶中的无创氧传感器可实现对氧气通量的实时监测。
设计的实验装置能够测量微生物群落在其自然分布深度下的初级生产力，而这种条件在实验室中难以模拟（如适当的压力、昼夜温度变化过程及光照强度的变化）。 原位，不同的营养物质可利用性）。所提出方法的主要改进之处在于其非侵入性、低成本，以及能够在靠近样品采集位置的单一坐标点进行多次同步测量。该方法对环境友好，所有材料均可重复使用，且能够在无需额外支出的情况下收集大量数据。高灵敏度O的引入2 探针（即检测限为15 ppb，分辨率为0.1%或0.04 mg O）2 L-1也使得该方法的使用转向生产力较低的水.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
作者确认无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由捷克科学基金会（GACR 19-05791S）、RVO 67985939 以及捷克科学院“战略 AV 21，土地保护与恢复”项目资助。衷心感谢 Ondřej Sihelský 在野外拍摄的照片——没有他，拍摄工作将极为艰难。本项目离不开与 Palivový Kombinát Ústí s.p. 和 Sokolovská Uhelná 公司的紧密合作，这两家公司为研究地点的实地考察提供了便利条件。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 铝制角材 L 型材 40 x 40 mm x 3 mm，长度 2,000 mm | |||
| 铝制扁条 40 x 3 x 350 mm | |||
| 15 L 桶，内填混凝土 | |||
| 带螺纹锁扣的钢丝绳扣 50 x 5 mm | |||
| 黑色电工胶带 | |||
| 挤塑聚苯乙烯（XPS）材料 500 x 200 x 150 mm | |||
| Fibox 3 LCD trace | PreSens Precision Sensing GmbH | 独立式光纤氧含量测定仪 | |
| Hondex PS-7 便携式测深仪 | Hondex - Honda Electronics | 用于通过水体测量距离——测量水底深度；https://www.honda-el.net/industry/ps-7e | |
| KORKEN - 0.5 L 玻璃密封罐 | IKEA | 培养瓶；https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/ | |
| 金属挂钩 | |||
| 氧气传感器斑点 SP-PSt3-NAU-D5 | PreSens Precision Sensing GmbH | 用于真实条件下测量的非侵入式光学氧传感器 | |
| SCOUT 婴儿便携式独木舟 | GUMOTEX | https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C | |
| 六角螺母螺钉 10 x 170 mm | |||
| 六角螺母螺钉 4 x 15 mm | |||
| 蝶形螺母螺钉 4 x 15 mm | |||
| 快挂扣 50 x 5 mm | |||
| 钢制快挂扣 50 x 5 mm | |||
| 钢链，线径 3 mm，链节内径 5.5 x 26 mm | |||
| 钢链，5 m | |||
| 牙刷 | |||
| 镊子 | |||
| 垫圈 10 x 50 mm | |||
| 垫圈 4 x 10 mm | |||
| 垫圈 4 x 10 mm |
参考文献
- Blachart, J. L., et al. Potential consequences of climate change for primary production and fish production in large marine ecosystems. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1605), 2979-2989 (2012).
- Howarth, R. W., Michaels, A. F. The Measurement of primary production in aquatic ecosystems.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
标签
