빠른 반복률 형광계 (FRRf)는 광계 II 광생리학 및 일차 생산성을 측정하는 유익한 방법입니다. 여기서 우리는 큐벳 타입 FRRf를 사용하여 기질 동물 플랑크톤에 대한 후생대 조류, Colacium sp.의 PSII 광생리학을 측정하는 프로토콜을 설명한다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
방법 논문
빠른 반복률 형광계 (FRRf)는 광계 II 광생리학 및 일차 생산성을 측정하는 유익한 방법입니다. 여기서 우리는 큐벳 타입 FRRf를 사용하여 기질 동물 플랑크톤에 대한 후생대 조류, Colacium sp.의 PSII 광생리학을 측정하는 프로토콜을 설명한다.
빠른 반복률 형광계 (FRRf)는 광시스템 II (PSII) 광생리학 및 일차 생산성을 측정하는 유익한 방법입니다. FRRf는 다양한 진핵 조류 및 시아 노 박테리아에 대한 PSII 흡수 단면 (σ PSII), 최대 광화학 효율 (Fv / Fm), 효과적인 광화학 효율 (Fq '/ Fm') 및 비 광화학 담금질 (NPQNSV)을 측정 할 수 있지만 현재까지 거의 모든 FRRf 연구는 식물성 플랑크톤에 중점을 두었습니다. 여기서, 프로토콜은 후생대 알가 콜라시움 sp의 PSII 광생리학을 측정하는 방법을 기술한다. Ehrenberg 1834 (Euglenophyta)는 큐벳 형 FRRf를 사용하여 부착 된 단계 (동물 플랑크톤에 부착)에 있습니다. 먼저, 우리는 기질 동물 플랑크톤 (Scapholeberis mucronata O.F. Müller 1776, Cladocera, Daphniidae)이 기준선 형광에 미치는 영향과 플랑크톤 콜라시움 sp의 σ PSII, Fv / Fm, Fq '/ Fm'및 NPQNSV에 미치는 영향을 추정했습니다. 이 방법론을 검증하기 위해, 우리는 S. mucronata에 부착 된 Colacium sp.의 광생리학 측정을 기록하고 이러한 결과를 플랑크톤 단계와 비교했습니다. 대표적인 결과는 프로토콜이 Colacium sp. 광생리학에 대한 칼슘 (Ca) 및 망간 (Mn)의 효과를 결정하고 부착 단계와 플랑크톤 단계 사이의 Mn 농축의 다양한 효과를 확인하는 방법을 보여주었습니다. 마지막으로, 우리는이 프로토콜이 다른 periphytic 조류에 적응할 수 있는지에 대해 논의합니다.
엽록소 가변 형광은 조류 광계 II (PSII) 광생리학을 측정하는 데 유용한 도구입니다. 조류는 PSII 광생리학을 변경함으로써 과도한 빛과 영양 결핍과 같은 다양한 환경 스트레스에 반응합니다. 빠른 반복률 형광계(FRRf)는 PSII 광생리학1,2을 측정하고 일차 생산성1,3,4를 추정하는 일반적인 방법으로, 식물성 플랑크톤 PSII 광생리학을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 넓은 공간 및 시간적 척도5,6,7에서 1차 생산성을 모니터링할 수 있습니다. FRRf는 PSII (σ PSII) 흡수 단면, 반응 중심 ([RCII]) 농도, 최대 광화학 효율 (Fv / Fm), 효과적인 광화학 효율 (Fq ' / Fm') 및 비 광화학 담금질 (NPQNSV) (표 1)을 동시에 측정 할 수 있습니다. 일반적으로 Fv/Fm 및 Fq'/Fm'은 PSII 활성8로 정의되며, NPQNSV는 상대 방열 에너지9로 정의됩니다.
중요하게도, FRRf의 단일 턴오버(ST) 플래시는 일차 퀴논 전자 수용체인 QA를 완전히 감소시키지만, 플라스토퀴논 풀은 감소시키지 않는다. 반대로, 펄스 진폭 변조(PAM) 형광계로부터의 다중 턴오버(MT) 플래시는 둘 다 감소시킬 수 있다. ST 방법은 Fv/Fm, Fq'/Fm', NPQNSV 및 σ PSII10의 회복 동역학을 동시에 측정하여 NPQNSV의 가능한 기원을 식별할 때 MT 방법에 비해 분명한 이점이 있습니다. 현재까지 잠수할 수 있는 유형, 큐벳 유형 및 플로우 스루 타입과 같은 여러 유형의 FRRf 장비가 상용화되어 있습니다. 잠수할 수 있는 타입 FRRf는 바다와 호수에서 현장 측정을 가능하게 하며, 큐벳형 FRRf는 작은 시료 부피를 측정하는 데 적합합니다. 유동 스루 유형은 일반적으로 표층수에서 식물성 플랑크톤의 광생리학을 지속적으로 측정하는 데 사용됩니다.
광범위한 피험자에 대한 큐벳 타입을 포함한 PAM 형광계의 발달을 감안할 때11, PAM 형광계는 조류 광생리학 연구에서 FRRfs보다 여전히 더 일반적이다12. 예를 들어, 이들 툴 사이의 샘플 챔버 구조와 큐벳 용량은 약간만 다르지만, 큐벳형 PAM은 식물성 플랑크톤13,14,15, 벤딕 미세조류16,17,18, 얼음 조류19 및 상생대 조류20에 적용되었으며, 큐벳형 FRRf는 주로 식물성 플랑크톤21,22,23에 적용되었다. 그리고 제한된 수의 얼음 조류 공동체24,25. 그 효과를 감안할 때, 큐벳 형 FRRf는 벤딕 조류 및 후생대 조류에 똑같이 적용됩니다. 따라서 응용 프로그램을 확장하면 PSII 광생리학, 특히 덜 알려진 epizoic algal 광생리학에 대한 상당한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
후생대 조류는 PSII 광생리학20,26을 조사한 연구는 거의 없으며, 수생 식품 웹에서 사소한 역할 때문일 가능성이 큽니다.27,28. 그러나 후생대 조류를 포함한 epibionts는 번식 및 생존율 증가29,30과 같은 동물 플랑크톤 공동체 역학에 긍정적 인 영향을 미칠 수있을뿐만 아니라 침몰률 증가29,31 및 시각 포식자에 대한 취약성과 같은 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.32,33,34,35,36 . 따라서 동물 플랑크톤 공동체에서 epibiont 역학을 통제하는 환경 및 생물학적 요인을 탐구하는 것이 중요합니다.
후생대 조류 중에서, Colacium Ehrenberg 1834 (Euglenophyta)는 공통의 담수, 조류 그룹32,37,38,39 (첨부 (그림 1A-D), 비 운동성 플랑크톤 (그림 1E, F) 및 운동성 플랑크톤 단계 40,41을 포함한 다양한 생명 단계를 포함합니다. . 비운동성 플랑크톤 단계 동안, 세포는 점액질42로 덮인 단세포 플랑크톤, 응집된 콜로니, 또는 일층 시트 콜로니로 산다. 부착 단계에서, Colacium sp.는 기질 유기체 (basibionts), 특히 미세 갑각류41,43에 부착하기 위해 세포의 전방 말단으로부터 배설 된 점액질37,39,41을 사용한다. 그들의 수명주기는 또한 탈피 된 외골격 또는 죽은 basibiont에서 분리하고 다른 기질 유기체를 찾기 위해 편모와 함께 수영하는 것을 포함합니다39. 플랑크톤과 부착 단계 모두 유사분열에 의해 개체군 크기를 증가시킬 수 있다40. 비록 그것들의 부착된 단계가 빛44 및 미량 원소41,45,46과 같은 자원을 수집하기 위한 진화적 특성이거나 분산 전략27로서 가설화되었지만, 이러한 측면들에 대한 실험적 증거는 거의 없다37,41,44 그리고 주요 부착 메커니즘은 대체로 알려져 있지 않다. 예를 들어, Rosowski와 Kugrens는 Colacium이 외골격47에 농축 된 기질 copepods41로부터 망간 (Mn)을 얻을 것으로 예상했다.
여기에서는 플랑크톤 조류의 PSII 광생리학을 측정하는 방법과 큐벳형 FRRf를 사용하여 Colacium sp. 세포로 부착된 조류(동물플랑크톤에 부착)를 표적화하는 관련 적용 방법을 설명한다. 우리는 444nm, 512nm 및 633nm48에 집중된 플래시 여기 에너지를 제공하는 세 개의 발광 다이오드(LED)가 장착된 Act2 시스템을 사용합니다. 여기서, 444 nm (파란색)는 크로필 a (Chl-a)의 흡수 피크에 해당하고, 512 nm (녹색) 및 633 nm (오렌지)는 각각 피코에리트린과 피코시아닌의 흡수 피크에 해당한다. 형광 신호 검출 피크는 682nm이며 30nm의 절반 대역폭을 갖는다. 자연 환경에서 Colacium sp.의 플랑크톤 단계를 찾기가 어렵기 때문에, 그들의 부착 단계를 실험을 위해 수집하였다. 수많은 기질 유기체 중에서,Scapholeberis mucronata O.F. Müller 1776 (Branchiopoda, Daphniidae; 그림 1A, B, G)는 느린 수영 속도, 큰 신체 크기 (400-650 μm) 및 독특한 행동 (물 표면에 거꾸로 매달려 있음)으로 인해 가장 간단한 처리 방법 중 하나입니다. 따라서, 이 프로토콜은 S. mucronata에 부착된 Colacium sp.를 Colacium-basibiont 시스템의 사례 연구로서 사용한다. 장 내용물에서 유래 된 형광을 피하기 위해 S. mucronata는 굶주렸다. 이전 연구에서는 장 내용물(섭취된 조류)의 형광 신호가 40분49 이후 다섯 배 감소를 나타냄을 보고한 바와 같이, 90분 기아가 영양 결핍과 같은 Colacium sp.에 대한 실험 스트레스의 최소 영향으로 FRRf 측정에 영향을 미치는 장내 함량 형광의 가능성을 최소화하기에 충분할 것으로 예상했습니다. 또한,이 프로토콜은 Colacium sp.의 부착 메커니즘을 명확히하고 두 금속, 칼슘 (Ca)과 망간 (Mn)이 플랑크톤 및 부착 단계 모두의 광생리학에 어떻게 영향을 미치는지를 결정하기 위해 적용되었습니다. 칼슘은 여러 가지 방법으로 광합성 경로50에서 중요한 역할을 하며, 두 금속 모두 PSII51의 산소-진화 복합체를 구성하는 데 필요합니다. 칼슘과 망간은 갑각류 동물 플랑크톤47의 캐러페이스에 고도로 집중되어 있기 때문에, 우리는 Colacium sp. 광생리학이 플랑크톤 단계에서 Ca 및 Mn 농축에 더 두드러지게 반응할 수 있다고 가정한다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
1. 샘플링
2. S의 효과 . 기준선 형광에 대한 뮤크로나타
3. 기질 유기체 가 형광에 미치는 영향
4. Colacium sp.의 광생리학 (부착 단계)
5. Colacium sp.의 광생리학 (플랑크톤 단계)
6. Colacium sp의 광생리학에 대한 Ca 및 Mn 첨가의 효과.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
S. mucronata에 의한 기준선 형광 (도 5) 또는 Chl-a 형광 (도 6)의 유의한 효과는 최대 5 명 (inds.) mL-1까지 없었다. 그러나 Fv / Fm 및 NPQNSV는 S. mucronata가 7.5 inds·mL-1 일 때 크게 영향을 받았다. 따라서 부착 단계에서 Colacium sp.의 광생리학을 측정하기 위해 우리는 충분한 Colacium sp. 풍부 (>50 cells·mL-1)와 큐벳의 S. mucronata (≤5 inds·mL-1)의 수가 적기 위해 Colacium sp.의 부담이 높은 S. mucronata
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 프로토콜은 자연 환경에서 부착 된 단계 동안 Colacium sp.의 광생리학이 AF-6 배지의 플랑크톤 단계와 비교할 수 있음을 처음으로 입증했습니다. 추가적으로, 굶주린 S. mucronata의 장 내용물은 기준선에 영향을 미치지 않았고 밀도가 ≤5 inds·mL-1일 때 Chl-a 형광에 영향을 미치지 않았다(도 5 및 도 6). 이러한 결과는 이 프로토콜이 낮은 기질 유기체 풍부도 하에서 보정 없이 부착된 단계 동안 Colacium sp.의 광생리학을 측정할 수 있음을 시사한다. 그러나 3.2.1-3.2.8 단계의 결과는 가장 높은 S. mucronata 풍부도가 Fv/Fm 및 NPQNSV에 유의하게 영향을 미쳤지만 ...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 선언 할 공개가 없습니다.
이 사업은 일본 지역 활성화 보조금과 일본 환경부 환경 연구 기술 개발 기금 (제 5-1607 호)에 따라 "수질 및 수질 환경 보호를위한 수질 및 호수 바닥 환경에 관한 연구"라는 제목의 시가 현 공동 연구 기금의 지원을 받았다. https://www.kantei.go.jp/jp/singi/tiiki/tiikisaisei/souseikoufukin.html. 저자는 영어 리뷰에 대해 Enago (www.enago.jp)에게 감사하고 싶습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Acrodisc 주사기 필터 | Pall Corporation, Ann Arbor, MI, USA | 0.2 μ m 기공 크기 | |
| Act2Run | CTG Ltd., West Molesey, UK | ||
| Biotin | Wako | 023-08711 | AF-6 매체 |
| CaCl2· 2H2O | Wako | 031-25031 | AF-6 매체 |
| CaCO3 | Wako | 036-00382 | AF-6 매체 |
| 구연산 | Wako | 036-05522 | AF-6 매체 |
| CoCl2· 6H2O | Wako | 036-03682 | AF-6 매체 |
| 집중 클로렐라 | Recenttec, 도쿄, 일본 | 20 mg C· mL− 1 ; 4 °에 저장; C | |
| FastOcean Act2 | CTG Ltd., West Molesey, UK | ||
| Fe-citrate | Wako | 093-00952 | AF-6 매체 |
| FeCl3· 6H2O | Wako | 091-00872 | AF-6 매체 |
| HCLP-880PF | Nippon Medical and Chemical Instruments Co., Ltd., Osaka, Japan | LED 전구 | |
| 포함 K2HPO4 | Wako | 160-04292 | AF-6 medium |
| KH2PO4 | Wako | 167-04241 | AF-6 중간 |
| MgSO4· 7H2O | Wako | 137-00402 | AF-6 매체 |
| MnCl3· 4H2O | Wako | 139-00722 | AF-6 중간 |
| Na2EDTA | Wako | 343-01861 | AF-6 중간 |
| Na2MoO4 | Wako | 196-02472 | AF-6 중간 |
| NaNO3 | Wako | 191-02542 | AF-6 중간 |
| NH4NO3 | Wako | 015-03231 | AF-6 미디엄 |
| 플랑크톤 카운터 | Matsunami Glass, 오사카, 일본 | S6300 | |
| Pylex 시험관 | CTG Ltd., West Molesey, UK | 림 포함, 16 x 100 mm | |
| Vit. B1 | Wako | 203-00851 | AF-6 미디엄 |
| Vit. B12 | Wako | 226-00343 | AF-6 미디엄 |
| Vit. B6 | Wako | 165-05401 | AF-6 medium |
| ZnSO4· 7H2O | Wako | 264-00402 | AF-6 미디엄 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.