基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术.pdf

基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术殷高方1,2,赵南京1,2*,董鸣1,2,马明俊1,甘婷婷1,覃志松3,王翔4,黄朋1,胡翔1(1.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽合肥,230031;2.中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽合肥,230026;3.桂林电子科技大学计算机与信息安全学院,广西桂林,541004;4.安徽工程大学电气工程学院,安徽芜湖,241000)摘要:海洋初级生产力(GPP)是海洋生态系统物质循环和能量流动的基础环节,是评价海洋生态环境状况的重要指标之一。传统 GPP 测量方法操作过程繁琐、测量周期长且时效性差。文中围绕海洋 GPP 快速监测需求,以叶绿素荧光作为浮游植物光合作用过程探针,研究了多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术,研发了海洋 GPP 快速原位传感器,并在北极、黄渤海和南海等海域开展了海试应用,获取了我国黄海近海、渤海湾、南海岛礁周边,以及太平洋及北冰洋部分海域表层海水的 GPP 空间分布情况,为海洋生态环境监测和科学研究提供了大量实时观测数据。海试结果表明,基于多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术能够快速准确地获取 GPP,可作为海洋生态环境调查和海洋碳汇评估的先进技术手段。关键词:海洋生态系统;浮游植物;海洋初级生产力;荧光动力学;快速测量;原位传感中图分类号:U674;TJ630.34文献标识码:A文章编号:2096-3920(2023)04-0633-07DOI:10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0072ResearchonFastinSituSensingTechnologyforMarineGrossPrimaryProductivityBasedonFluorescenceDynamicsMethodYINGaofang1,2,ZHAONanjing1,2*,DONGMing1,2,MAMingjun1,GANTingting1,QINZhisong3,WANGXiang4,HUANGPeng1,HUXiang1(1.KeyLaboratoryofEnvironmentOpticsandTechnology,AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,HefeiInstitutesofPhysical Science,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China;2.School of Environment Science and OptoelectronicTechnology,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China;3.SchoolofComputerandInformationSecurity,GuilinUniversityofElectronicScienceandTechnology,Guilin541004,China;4.SchoolofElectricalEngineering,AnhuiUniversityofEngineering,Wuhu241000,China)Abstract:Marine gross primary productivity(GPP)constitutes a fundamental element of the biological matter cycle andenergyflowwithinthemarineecosystem,servingasakeyindicatorforassessingthesateofmarineecologicalenvironment.TraditionalmethodsofmeasuringGPPareoftenlaborious,withlongmeasurementperiodandpoorimmediacy.ToaddressthepressingneedforexpeditiousmonitoringofmarineGPPinecologicalsurveysandcarbonsinkassessment,weexploredmulti-wavelengthvariablelightpulse-inducedfluorescencekinetictechnology.Thisapproachleverageschlorophyllfluorescenceasaprobeofphytoplanktonphotosyntheticactivityandculminatedinthedevelopmentofanin-situsensor.Subsequently,we收稿日期:2023-06-07;修回日期:2023-08-03.基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFC3200100、2022YFC3103901、2016YFC1400600);国家自然科学基金(62005001、62375270);安徽省科技重大专项(202003a07020007、202203a07020002).作者简介:殷高方(1979-),男,博士生导师,研究员,主要从事水生态环境光学监测技术研究.*通信作者简介:赵南京(1976-),男,博士生导师,研究员,主要从事环境光学监测技术研究.第31卷第4期水下无人系统学报Vol.31 No.42023年8月JOURNALOFUNMANNEDUNDERSEASYSTEMSAug.2023引用格式 殷高方,赵南京,董鸣,等.基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术 J.水下无人系统学报,2023,31(4):633-639.水下无人系统学报sxwrxtxb.xml-633appliedthissensorintrialsacrosstheArctic,YellowSea,BohaiSea,andSouthChinaSea.TheresultingspatialdistributionofGPPacrosstheseregionshasyieldedextensivereal-timeobservationaldata,contributingsubstantiallytothemonitoringandscientificresearchofthemarineecologicalenvironment.Seatrialsoutcomesdemonstratethatthemulti-bandvariablelightpulse-inducedfluorescencekinetictechnologycanrapidlyandaccuratelyestimateGPP,offeringnotableadvantagessuchasspeed,accuracy,stability,andreliabilityinmeasurement.Thisultimatelyprovidesanadvancedtechnicalresourceformarineecologicalinvestigationsandcarbonsinkassessments.Keywords:marineecosystem;phytoplankton;marinegrossprimaryproductivity;fluorescencekinetics;rapidmeasurement;insitusensing0引言海洋浮游植物的初级生产力(grossprimarypro-ductivity,GPP)是海洋生态系统物质循环和能量流动的基础环节,其光合固碳量占全球总固碳量40%以上,是海洋中最重要的生物碳汇,从根本上影响着全球生物地球化学循环与气候变化1-3。海洋 GPP 观测是目前全球海洋生态系统动力学(glo-baloceanecosystemdynamics,GLOBEC)研究、全球海洋通量联合研究(jointglobaloceanfluxstudy,JGOFS)、海岸带陆海相互作用(landoceaninter-actionsinthecoastalzone,LOICS)等重大研究计划的核心课题,也是全球海洋观测系统(globaloceanobservingsystem,GOOS)、地转海洋学实时观测阵(arrayforreal-timegeostrophicoceanography,ARGO)以及我国“透明海洋”科学计划和海洋碳汇评估工作的重要任务4-5。海洋 GPP 是浮游植物叶绿体利用光能将 H2O和 CO2转变为有机碳的能力。海洋 GPP 测量方法包括黑白瓶法、14C 示踪法以及叶绿素荧光法等。其中,黑白瓶法和14C 示踪法等传统气体交换法是通过测量浮游植物光合作用过程的光合放氧速率或光合固碳速率评估 GPP,需要进行“现场采样-离线温育”,取样培养过程繁琐、测量周期长、时效性差,难以满足现代海洋生态环境观测需求。叶绿素荧光法是以光合作用过程产生的叶绿素荧光为探针,探测光合作用的电子传递过程,获得浮游植物光合电子传递速率,以此表征 GPP 的方法,具有测量快速灵敏、无需样品预处理、无污染和无破坏性等特点,是极具发展潜力的海洋 GPP 快速传感方法。国内外学者在 GPP 叶绿素荧光分析方法与技术方面开展了大量工作。Strasserf6和 Falkowski7等基于生物膜能流理论建立了光合电子传递速率的生物-光学分析模型(bio-opticalmodel);Schrei-ber 等8提出光诱导叶绿素荧光动力学的光合电子传递速率测量技术;Suggett 等9实验验证了叶绿素荧光动力学法测得的光合电子传递速率与传统气体交换法测得的光合放氧速率、光合固碳速率的一致性。但受浮游植物种类和生长环境等因素影响,荧光动力学法测得的 GPP 存在较大偏差和不确定性,如 Corno 等10对北太平洋副热带环流 GPP 观测结果显示,在贫营养水中,叶绿素荧光动力学法和14C 示踪法的测量值具有较好相关性,而表层测量结果存在较大偏差,随深度变化差异逐渐减小;Melrose 等11对海湾样品 GPP 对比结果表明,相同浮游植物样本光合电子传递速率与光合固碳速率之间具有良好的线性关系,但不同浮游植物样本的回归斜率存在明显差异。为了准确测量光合电子传递速率,荧光动力学技术持续更新,发展形成了脉冲振幅调制、高速重复脉冲、多相瞬态荧光等多种类型叶绿素荧光动力学测量技术,获得更多的光合电子传递过程信息12-13,随着荧光动力学测量技术的发展,GPP 计算模型也在不断更新,叶绿素荧光法测量GPP 的准确性和鲁棒性持续提升。针对海洋生态环境和海洋碳汇快速监测和评估需求,在现有叶绿素荧光动力学技术基础上,文中提出基于多波段可变光脉冲诱导荧光动力学的浮游植物 GPP 快速传感新技术,研发海洋 GPP 原位传感器,并在典型海洋开展海试应用。1测量原理与技术1.1测量原理浮游植物光合作用能流过程如图 1 所示。在光能驱动下,浮游植物光合组织裂解水分子产生2023年8月水下无人系统学报第31卷634JournalofUnmannedUnderseaSystemssxwrxtxb.xml-氧气和电子,电子经反应中心和多级电子受体形成还原力参与固碳过程,主要过程包括捕光色素吸收光能、反应中心裂解水分子释放氧气、类囊体膜电子传递、三磷酸腺苷(ATP)合成、卡尔文循环以及 CO2固定等。理论上,光合作用过程每裂解 2molH2O 分子可释放 1molO2,产生 4mol 电子,固定 1molCO2,因此光合放氧速率、光合电子传递速率和光合固碳速率在评估浮游植物 GPP 时是等效的。根据生物-光学模型14,光合电子传递速率 Pe 可分解为入射光强度、入射光吸收效率和光驱动光化学效率三部分的乘积Pe=EPSaLH(1)式中:E 为入射光的光子辐射度;PS为光适应下光系统(PS)光化学量子效率;aLH为 PS捕光色素光吸收系数,是利用暗适应下PS光化学量子效率进行归一化后的光化学吸收系数 aPS,如式(2)所示;aPS定义为 PS功能性反应中心浓度 RC 和 PS的功能吸收截面 PS的乘积,如式(3)所示;RC 定义为光合尺寸单元 nPS和叶绿素浓度 chla 乘积,如式(4)所示。aLH=aPS/PS(2)aPS=RCPS(3)RC=nPSchla(4)由此可得,光合电子传递速率 Pe 计算模型为Pe=EnPSchlaPSPS/PS(5)1.2测量技术叶绿素荧光动力学技术是利用一束饱和光脉冲激发浮游植物细胞,诱导光合反应中心裂解水分子释放大量电子,阻塞电子传递链,通过跟踪叶绿素荧光动力学变化,获得光合电子传递过程信息,根据式(5)计算获得光合电子传递速率 Pe。基于上述原理,文中采用多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术设计了如图 2 所示的海洋 GPP 快速原位传感器15-17,该传感器主要由光合有效辐射(photosyntheticallyactiveradiation,PAR)测量模块、激发光源和荧光检测模块三部分组成。PMTCotex M4ControllerPARdetectionmoduleFluorescence detectionmoduleLightDriverPAR 测量模块荧光检测模块21a222322252627281213E01112421b21c饱和激发光仿真环境光激发光源多波段激发光FPGAXilinxVirtex5ADCAd7356EZ-USBCY7C68013ASdramFlashEepromDDROPAd635AMIXER(P.S.D)BA.BLow passfilterInputamplifierBand passfilterReferencetriggerOutputamplifierPhase shifterMUXOJISMT181 08 01 6 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 02 0 0 0 00S TM TR EPREFFLUO313230图2海洋 GPP 原位传感器结构示意图Fig.2StructurediagramofmarineGPPin-situsensor1)PAR 测量模块PAR 测量模块用于测量水下 400700nm 光合有效辐射强度,即获得水下环境光强度 E。2)激发光源模块2H2OO2Mn4QAQB细胞基质FesCyt fCyt b6A0A1捕光复合体 eFeSFNRNADP+NADPHATPADP+Pi捕光复合体 2H+2H+4H+4H+H+3H+P680eeeePCPC3H+光系统P700PQFdPQH2PQH2PQH2光系统b6f 蛋白复合体ATP 合成酶荧光光合有效辐射(PAR)eee图1浮游植物光合作用能流及光合电子传递过程示意图Fig.1Photosyntheticenergyflowandphotosyntheticelectrontransferprocessofphytoplankton2023年8月殷高方,等:基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术第4期水下无人系统学报sxwrxtxb.xml-635激发光源模块主要由多波段激发光源、饱和激发光源和仿真环境光源组成,其中多波段激发光源采用 6 波段 LED 激发光源,用于产生叶绿素激发荧光光谱,实现叶绿素浓度 chla 测量;饱和激发光源采用 3 颗 470nm 激光二极管,用于诱导产生荧光动力学过程,实现 PS光化学量子产率PS和 PS的功能吸收截面 PS测量;仿真环境光源采用 3 颗超高亮白光 LED,根据 PAR 测量模块获得水下环境光强度 E 产生等效环境光强,结合饱和激发光源,实现光适应下 PS光化学量子效率PS测量。3)荧光检测模块以光电倍增管为探测器,采用双通道荧光探测技术实现荧光动力学过程和叶绿素激发荧光光谱测量,其中荧光动力学探测通道采用 5MHz 快速采集电路,确保 200s 单周转快速荧光动力学过程无失真探测;叶绿素激发荧光光谱探测通道采用高灵敏检测电路,实现 0.01g/L 以上叶绿素浓度准确测量。为满足海洋痕量叶绿素原位监测需求,传感器光学结构采用激发与发射同轴端窗式设计,使用大数值孔径非球面透镜,增大光源光束准直性,减小照明区弥散光斑,提升光源激发效率;通过增加准直、聚焦透镜焦距比和聚焦镜口径,增大荧光接收数值孔径角,提升荧光收集效率;通过设置消杂光光阑和消光螺纹减少光源杂散光;三者优化平衡设计,形成藻类叶绿素荧光高效激发与探测光学结构,如图 3 所示。该结构光学结构简单、体积小、具有较强抗震性能。图3海洋 GPP 原位传感器测量系统光学结构Fig.3OpticalstructureofmarineGPPin-situsensor在上述技术基础上,研发海洋 GPP 原位传感器如图 4 所示,该传感器能够在 1.6min 内实现GPP 快速测量,检测限为 0.138nmol(e)/(m3s),测量上限达 1000nmol(e)/(m3s),核心指标的测试结果如图 5 所示。图4海洋 GPP 原位传感器Fig.4MarineGPPin-situsensor02004006008001 000 1 20002004006008001 000测量值/(nmol(e)/(m3s)测量值/(nmol(e)/(m3s)测量值/(nmol(e)/(m3s)标准值/(nmol(e)/(m3s)(a)测量范围y=0.969 1x+5.173 96相关系数:R2=0.995 9123456789100.00.20.40.60.81.01.2测量次数(b)检测限(c)精密度(d)准确度(e)重现性(f)响应时间检测限为 0.138 nmol(e)/(m3s)标准值:0.983标准偏差:0.0461003005007009001 100012345678910相对标准偏差/%标准值/(nmol(e)/(m3s)相对标准偏差4.86%123456702004006008001 0001 200初级生产力/(nmol(e)/(m3s)样品序号标准值10 次测量平均值RE=2.97%RE=8.75%RE=0.97%RE=5.21%RE=3.53%RE=3.39%RE=9.96%8.75%相对误差 RE9.96%12345020406080100120140160180200测量组数第 1 次第 3 次第 5 次第 2 次第 4 次相对标准偏差为 3.04%00.20.40.60.81.01.21.41.61.8响应时间/min平均值为 1.56 min1234567测量次数2023年8月水下无人系统学报第31卷636JournalofUnmannedUnderseaSystemssxwrxtxb.xml-02004006008001 000 1 20002004006008001 000测量值/(nmol(e)/(m3s)测量值/(nmol(e)/(m3s)测量值/(nmol(e)/(m3s)标准值/(nmol(e)/(m3s)(a)测量范围y=0.969 1x+5.173 96相关系数:R2=0.995 9123456789100.00.20.40.60.81.01.2测量次数(b)检测限(c)精密度(d)准确度(e)重现性(f)响应时间检测限为 0.138 nmol(e)/(m3s)标准值:0.983标准偏差:0.0461003005007009001 100012345678910相对标准偏差/%标准值/(nmol(e)/(m3s)相对标准偏差4.86%123456702004006008001 0001 200初级生产力/(nmol(e)/(m3s)样品序号标准值10 次测量平均值RE=2.97%RE=8.75%RE=0.97%RE=5.21%RE=3.53%RE=3.39%RE=9.96%8.75%相对误差 RE9.96%12345020406080100120140160180200测量组数第 1 次第 3 次第 5 次第 2 次第 4 次相对标准偏差为 3.04%00.20.40.60.81.01.21.41.61.8响应时间/min平均值为 1.56 min1234567测量次数图5海洋 GPP 原位传感器性能指标测试结果Fig.5PerformanceindextestresultsofmarineGPPin-situsensor2海试及应用20192020 年,海洋 GPP 原位传感器分别在北极、黄渤海和南海等典型海域参与了多次科学考察工作(如图 6 所示),实现了高/中/低不同纬度下海洋 GPP 走航快速观测,获取了我国黄海近海、渤海湾、南海岛礁周边,以及太平洋及北冰洋部分海域表层海水的 GPP 空间分布情况,为海洋生态环境调查和科学研究提供了大量实时观测数据。南海岛礁科考(2020 年 9 月 25 日11 月 19 日)第 10 次北极科考(2019 年 8 月 11 日9 月 18 日)黄渤海海试(2019 年 8 月15 日25 日)图6海洋 GPP 传感器应用海域Fig.6ApplicationseaareaofmarineGPPin-situsensor2.1北极科考2019 年 8 月 11 日9 月 18 日,海洋 GPP 原位传感器搭载于“向阳红 1 号”科考船进行了北极航线走航观测,从山东省青岛出发,途径黄海、朝鲜海峡、宗谷海峡、太平洋、白令海、白令海峡、楚科奇海至北冰洋。期间海洋 GPP 原位传感器安装在海水交换水槽中进行在线监测,累计监测时长 144h,获取监测数据 1407 条,GPP监测结果和空间分布如图 7 和图 8 所示。8/218/228/238/248/258/268/278/288/298/308/319/19/29/3020406080100120初级生产力/(nmol(e)/(m3s)日期图7北极科考期间海洋 GPP 监测结果Fig.7Monitoring results of marine GPP during Arcticscientificexpedition图8北极科考航线上 GPP 空间分布图Fig.8SpatialdistributionmapofGPPonArcticscientificexpeditionroute从监测数据上看,白令海域(8 月 26 日28日)和楚科奇海域(8 月30 日)2 个海域 GPP 明显高于其他海域,最高 GPP 达 112nmol(e)/(m3s);勘察加半岛周边海域(8 月 23 日25 日)、北冰洋海域(9 月 1 日3 日)GPP 较低。此观测结果与海区GPP 调查结果吻合。2.2黄渤海海试2019 年 8 月 18 日23 日,海洋 GPP 原位传感器搭载于“海监 101 号”科考船在黄渤海开展了示范应用。期间传感器安装在海水交换水槽中进行在线监测,航次共航行 806nmile,获取监测数据 1200 余条。GPP 监测结果和空间分布如图 9和图 10 所示。监测数据表明:黄海近海和渤海海域的 GPP较高且变化幅度较大,在 100550nmol(e)/(m3s)范围内,渤海海域 GPP 明显高于黄海近海,约为黄海近海海域的 2 倍。对比同期(2019 年 8 月 18 日23 日)北极航次的监测结果可以看出,黄渤海航线2023年8月殷高方,等:基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术第4期水下无人系统学报sxwrxtxb.xml-637GPP 是太平洋和北冰洋海域航线 GPP 的 10 倍以上。2.3南海岛礁科考2020 年 9 月 25 日11 月 19 日,海洋 GPP 原位传感器搭载于“实验 1 号”科考船,在南海海域进行了走航观测,累积在线监测时长 852h,共获得有效数据 4328 条,监测结果和空间分布如图 11和图 12 所示。初级生产力/(nmol(e)/(m3s)9/2710/1210/1410/1610/1810/2010/2210/2410/2610/2810/3011/111/311/511/711/911/1511/17020406080100120日期图11南海岛礁科考期间海洋 GPP 监测结果Fig.11Monitoring results of marine GPP during SouthChinaSeascientificexpedition监测数据表明,珠江-琼州海峡海域附近 GPP高于南沙岛礁附近海域,并且越靠近海岸 GPP 越高;对比珠江-琼州海峡海域和南沙群岛海域单日监测数据如图 13 所示,珠江-琼州海峡 GPP 在 1560nmol(e)/(m3s)范围,变化幅度大;南沙群岛海域GPP 在 47nmol(e)/(m3s)范围,变化幅度小。3结束语海洋 GPP 是评价海洋生态环境状况的重要指标之一,海洋 GPP 快速监测可为海洋生态环境调查和海洋碳汇评估提供科学的观测数据。文中以叶绿素荧光作为浮游植物光合作用过程探针,采用多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术,自主研发了海洋 GPP 快速原位传感技术及仪器,解决了传统气体交换法需要“现场采样-离线温育”,测量过程繁琐、周期长、时效性差的难题,将 GPP 测量周期由 24h 缩短至 1.6min,为海洋生态环境调查和海洋碳汇评估提供了先进技术手段;研发的海洋 GPP 原位传感器在北极、黄渤海和南海等参与了多次科学考察观测工作,实现了高/中/低不同纬度下海洋 GPP 走航快速观测,获取了我国黄海近海、渤海湾、南海岛礁周边,以及太平洋及北冰洋部分海域表层海水 GPP 的空间分布情况,为海洋生态环境调查和科学研究提供了大量实时观测数据。致谢致谢:感谢自然资源部第二海洋研究所、中国科学院岛礁综合研究中心、国家重点研发计划“海初级生产力/(nmol(e)/(m3s)00:0012:0000:0012:0000:0012:0000:0012:0000:0012:0000:0012:0001002003004005006002019/8/232019/8/222019/8/212019/8/202019/8/192019/8/18时刻图9黄渤海海试期间海洋 GPP 监测结果Fig.9Monitoring results of marine GPP during YellowSeaandBohaiSeatrials图10黄渤海海试航线上 GPP 空间分布图Fig.10Spatial distribution map of GPP on Yellow SeaandBohaiSeatrialsroute图12南海岛礁科考航线上 GPP 的空间分布图Fig.12SpatialdistributionmapofGPPonSouthChinaSeascientificexpeditionroute60504030201000:0004:0008:0012:00时刻16:0020:0000:00初级生产力/(nmol(e)/(m3s)珠江-琼州海峡(2020/9/27)南沙群岛附近(2020/10/27)图13珠江-琼州海峡和南沙群岛附近海域 GPP 对比Fig.13Comparison of GPP between the Pearl RiverQiongzhou Strait and sea area near the NanshaIslands2023年8月水下无人系统学报第31卷638JournalofUnmannedUnderseaSystemssxwrxtxb.xml-洋环境安全保障”重点专项“重点声学类和近海海洋生态类仪器设备规范化海上试验”课题(20l6YFCl401304)等提供的海试平台支持。参考文献:Yvon-DurocherG,AllenAP,CellamareM,etal.Fiveyearsofexperimentalwarmingincreasesthebiodiversityand productivity of phytoplanktonJ.PLOS Biology,2015,13(12):1002324.1WatsonRA,NowaraGB,HartmannK,etal.Marinefoodssourcedfromfartherastheiruseofglobaloceanprimary production increasesJ.Nature Communica-tions,2015,6:7365.2HoltJ,SchrumC,CannabyH,etal.Potentialimpactsofclimate change on the primary production of regionalseas:AcomparativeanalysisoffiveEuropeanseasJ.ProgressinOceanography,2016,140:91-115.3ClaustreH,AntoineD,BoehmeL,etal.Guidelinesto-wardsanintegratedoceanobservationsystemforecosys-temsandbiogeochemicalcyclesC/ProceedingsofOc-eanObs09:SustainedOceanObservationsandInforma-tionforSociety.Venice,Italy:ESA,2010:593-612.4HemsleyVS,SmythTJ,MartinAP,etal.EstimatingoceanicprimaryproductionusingverticalirradianceandchlorophyllprofilesfromoceanglidersintheNorthAt-lanticJ.Environmental Science&Technology,2015,49(19):11612-11621.5Strasserf R J,Srivastava A.Polyphasic chlorophyll afluorescence transient in plants and cyanobacteriaJ.PhotochemistryandPhotobiology,1995,61(1):32-42.6FalkowskiPG,KolberZ.EstimationofphytoplanktonphotosynthesisbyactivefluorescenceJ.IcesMar.Sci.Symp,1993,197:92-103.7SchreiberU,SchliwaU,BilgerW.Continuousrecord-ingofphotochemicalandnon-photochemicalchlorophyllfluorescencequenchingwithanewtypeofmodulationfluorometerJ.Photosynthesis Research,1986,10:51-62.8SuggettDJ,MooreCM,HickmanAE,etal.Interpreta-tionoffastrepetitionrate(FRR)fluorescence:Signaturesofphytoplankton community structure versus physiolo-9gicalstateJ.Mar.Ecol.Prog.Ser,2009,376(1):1-19.Corno G,Letelier R M,Abbott M R,et al.Assessingprimaryproduction variability in the north pacific sub-tropicalgyre:acomparisonoffastrepetitionratefluoro-metryandC-14measurementsJ.JournalofPhycology,2006,42(1):51-60.10MelroseDC,OviattCA,OReillyJE,etal.Comparis-onsoffastrepetitionratefluorescenceestimatedprimaryproduction and14C uptakeby phytoplanktonJ.MarineEcologyProgressSeries,2006,311:37-46.11SuggettDJ,OxboroughK,BakerNR,etal.Fastrepeti-tion rate and pulse amplitude modulation chlorophyll afluorescencemeasurementsforassessmentofphotosyn-thetic electron transport in marine phytoplanktonJ.EuropeanJournalofPhycology,2003,38(4):371-384.12Stirbet A.On the relation between the Kautsky effect(chlorophyll a fluorescence induction)and Photosystem:BasicsandapplicationsoftheOJIPfluorescencetran-sientJ.JournalofPhotochemistryandPhotobiology.B,Biology,2011,104(1-2):236-257.13FalkowskiPG,RavenJA.AquaticphotosynthesisM.NewJersey:PrincetonUniversityPress,2013.14YinGF,ZhaoNJ,ShiCY,etal.Phytoplanktonphoto-syntheticratemeasurementusingtunablepulsedlightin-duced fluorescence kineticsJ.Optics Express,2018,26(6):293-300.15王翔,殷高方,赵南京,等.荧光动力学法藻类初级生产力测量中光合尺寸单元校正方法研究J.光学学报,2021,41(17):153-159.WangXiang,YinGaofang,ZhaoNanjing,etal.Correc-tionmethodofphotosyntheticsizeunitinalgaeprimaryproductivitymeasurementusingfluorescencekineticsJ.ActaOpticaSinica,2021,41(17):153-159.16覃志松,殷高方,赵南京,等.基于光脉冲诱导快相与弛豫荧光的光合作用参数测量技术J.光子学报,2017,46(9):82-89.QinZhisong,YinGaofang,ZhaoNanjing,etal.Photo-synthesis parameters measurement technology based onfastphaseancrelaxationfluorescenceinducedbyopticalpulsesJ.ActaPhotonicaSinica,2017,46(9):82-89.17(责任编辑:杨力军)2023年8月殷高方,等:基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术第4期水下无人系统学报sxwrxtxb.xml-639