圖1 6800-18懸浮藻類測量室

懸浮藻類光合作用的準確測量一直是藻類生理研究中的重要挑戰之一。傳統方法通常采用氧電極技術，通過監測懸浮培養液中氧氣濃度的變化來表征藻類光合活性。然而，氧電極測量反映的是體系中的凈氧交換過程，其結果不僅受到光合作用和呼吸作用共同影響，還會受到液相氧傳遞、氧溶解特性以及氣液交換過程的影響。因此，在精確解析藻類CO?同化速率及其環境響應機制時，仍需要更加直接和全面的測量方法。

針對這一難題，LI-COR推出了6800-18懸浮藻類測量室（圖1）。該系統采用開路差分式氣體交換測量技術，在CO?濃度、光照和溫度等環境條件精準控制的情況下，直接測量懸浮藻類的CO?同化速率。同時結合脈沖幅度調制（PAM）葉綠素熒光技術，實現氣體交換與光合電子傳遞過程的同步監測。

這一創新方法突破了傳統懸浮藻類測量方式，為藻類及其他水生光合生物研究提供了一種更加準確、全面的新技術方案。

6800-18 開啟藻類光合作用精準解析新范式

6800-18采用穩態開路式氣體交換測量原理。

實驗過程中，系統連續測量進入和離開測量室氣流中的CO?濃度，并結合氣體流速計算懸浮藻類的CO?吸收速率（圖2）。

圖2 開路差分式測量原理示意

根據不同研究需求，測得的CO?同化速率可以進一步進行標準化處理，例如：

• 按藻細胞數量表示：

  µmol CO? cell?1 s?1

• 按藻類干質量表示：

  µmol CO? mg?1 s?1

• 按葉綠素含量表示：

  µmol CO? µg?1 s?1

這種測量方式能夠直接反映藻類實際碳同化能力，為比較不同藻種、生長狀態及環境響應提供可靠數據。

由于懸浮藻類樣品以液體形式存在，實驗過程中容易發生水汽蒸發。

大量水汽進入出氣氣流后，會對CO?濃度產生明顯稀釋效應，從而影響測量結果的準確性。

針對這一問題，LI-COR開發了專門的水汽控制技術，有效降低水汽逃逸對氣體交換測量的影響，使CO?交換數據更加穩定可靠。

在懸浮藻類體系中，CO?需要經歷氣相—液相傳遞過程才能被藻細胞利用。如果CO?傳遞速度成為限制因素，測得的CO?通量就無法真實反映藻類自身的同化能力。

6800-18通過精確控制實驗體系，確保CO?傳質過程不成為限制因素，使測得的CO?通量更加接近樣品真實光合能力。

此外，在實驗體系中加入碳酸酐酶（Carbonic Anhydrase, CA），促進CO?快速水合，并加速CO?與碳酸氫根（HCO??）之間的動態轉換過程（圖3），進一步提升CO?供應效率。

圖3 精確控制的CO?氣液快速平衡體系

為了獲得可靠的光合響應數據，6800-18提供了多維度環境控制能力：

精準CO?控制

通過CO?注入系統，實驗過程中可保持測量室內CO?濃度穩定。

精準光照調節

搭配6800-01A熒光測量室，可實現藍光、紅光不同光質組合，為研究不同光環境下藻類響應提供條件。

精準溫度控制

通過外部循環水浴系統，可在0–50℃范圍內精準控制測量室溫度。

圖4 CO?濃度控制400 µmol mol?1，溫度保持25℃

除了CO?同化速率，6800-18還能夠同步獲取多種葉綠素熒光參數，包括：

• 實際光化學量子效率 ΦPSII

• 電子傳遞速率 ETR

• 非光化學淬滅 NPQ

• PSII反應中心電子受體側開放比例 1-qL

通過聯合分析氣體交換和熒光數據，可以更加深入地解析藻類光能吸收、電子傳遞以及碳固定過程之間的關系。

圖5 氣體交換與葉綠素熒光參數同步測量

1. 光響應曲線測量

研究對象：小球藻（Chlorella）

實驗條件

• 氧氣濃度：正常空氣條件：21% O?

  低氧條件：0.5% O?

• CO?濃度：400 µmol mol?1

• 溫度：25℃

• 培養基鹽度：17 ppt

低氧空氣由含0.5%氧氣的外部氣瓶提供，循環水浴系統維持測量室溫度穩定。

圖6 光響應曲線。實心圓：0.5% O?條件；空心圓：21% O?條件

2. 熒光-光響應曲線分析

隨著光強逐漸降低，小球藻的碳同化相對效率提高，表現為實際光化學量子效率ΦPSII增加。

實驗結果顯示，高氧（21% O?）和低氧（0.5% O?）條件下，ΦPSII變化趨勢基本一致，兩種條件之間差異較小。

然而，由于低氧條件能夠抑制光呼吸過程，降低RuBisCO酶催化RuBP氧化反應，使PSII電子受體側關閉程度增加。

這一變化可通過葉綠素熒光參數1-qL進行表征。

實驗結果顯示，與21% O?條件相比，0.5% O?條件下1-qL整體更高。

圖7 熒光-光響應曲線。圓形：ΦPSII；三角形：1-qL；實心：0.5% O?；空心：21% O?

3. CO?響應曲線分析

實驗條件

• O?濃度：21%

• 光強：700 μmol m?2 s?1

• CO?濃度：由注入系統控制

• 溫度：25℃

• 緩沖體系：TRIS緩沖液，pH=7.0

隨著CO?濃度降低，藻類CO?同化速率逐漸下降。

與此同時：

• ΦPSII逐漸降低；

• NPQ逐漸升高；

• 1-qL逐漸增加。

  
  

圖8 CO?限制下小球藻光化學效率下降與光保護機制增強

這表明隨著CO?供應減少，光合系統逐漸由碳固定限制轉向能量耗散增強狀態（圖8）。

6800-18懸浮藻類測量室將氣體交換技術與葉綠素熒光技術結合，在精準環境控制條件下，實現對藻類碳固定過程和光能利用過程的同步解析。

無論是在藻類培養優化、生物能源研究，還是水生生態系統光合機制研究中，6800-18都提供了一種更加全面、高精度的測量方案。