氧氣測量的革命性技術(shù)，特別適合光合放氧、水體和土壤微生態(tài)長期監(jiān)測研究

主要功能

袖珍式光纖氧氣測量儀FireStingGO2采用REDFLASH染料發(fā)光技術(shù)，具有大容量內(nèi)存、LCD顯示屏、機身小巧便攜，可與各種光纖氧氣傳感器連接使用，使田間和實驗室研究更加簡便和高效。PyroScience氧氣傳感器即插即用、靈敏度高、維護率極低，已在科學研究領(lǐng)域及工業(yè)應(yīng)用中獲得廣泛應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

l 水體溶解氧、藻類及藻類生物膜和植物的光合作用與呼吸作用測量

l 水生動物（魚類、水生昆蟲等無脊椎動物、浮游動物）等呼吸代謝測量

l 陸生動物、實驗動物、動物組織、血液等呼吸代謝測量

l 土壤、濕地、海洋沉積、河湖沉積剖面氧測量

l 生物反應(yīng)器、發(fā)酵過程、酶動力學、細胞培養(yǎng)等氧測量

l 糧食食品儲運、葡萄酒等氧測量

l 污水處理、沼氣、垃圾填埋場、有機物降解等氧測量

產(chǎn)品特點

l 可連接各種測量范圍（標準和痕量）和類型的光纖氧氣傳感器，包括所有的探針式、探頭式、流通室芯片、呼吸瓶、點狀傳感器

l  自動溫度補償和壓力補償

l 先進的REDFLASH 技術(shù)

l LCD顯示屏

l 內(nèi)置充電電池

l 機身小巧便攜，功能強大

l 長期數(shù)據(jù)存儲（大于1年）

l 單機操作或通過USB連接電腦操作

l 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

革命性的 REDFLASH 技術(shù)

由Pyro Science發(fā)明的REDFLASH技術(shù)是基于只對氧氣敏感的REDFLASH染料發(fā)光技術(shù)。REDFLASH染料受紅光(λ=620 nm)激發(fā)后，會根據(jù)氧氣含量的多少發(fā)出不同強度的近紅外光（760nm NIR）。通過NIR強度的測量可以反映氧氣含量。REDFLASH技術(shù)擁有高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、受干擾程度低、響應(yīng)快速等特點。紅色激發(fā)光可有效的減小自發(fā)熒光的干擾并降低對生物體的脅迫。

REDFLASH染料被紅光激發(fā)后會發(fā)出近紅外光（NIR），隨氧氣濃度上升發(fā)出的NIR逐漸降低（淬滅效應(yīng)）

A）低氧濃度下高NIR發(fā)射；B）高氧濃度下低NIR發(fā)射

主要技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)組成：

FireStingGO₂是一款高精度、袖珍式光纖氧氣測量儀，可廣泛用于實驗室和野外短期調(diào)查或長期監(jiān)測使用，以及工業(yè)領(lǐng)域的氧氣監(jiān)測。單機測量或通過USB接口連接電腦測定，包含一個氧氣傳感器、1個溫度傳感器接口（連接PT100溫度傳感器）。

1.FireStingGO₂主機

2. 不同類型的氧氣傳感器

3. 手動微操縱臺（Micromanipulator）

當需要精確測量半固體（如底泥、biofilm等）中的氧氣濃度，特別是需要精確的分層測量時，可以使用手動型微操縱器MM33操縱光纖氧氣傳感器。MM33可以X，Y，Z軸手動定位，三個軸的三個控制旋鈕的位置非常緊湊和方便。當固定上針狀探針以后，通過手動控制微操縱器將探針準確的移動到樣品內(nèi)部的指定部位，操作精確平穩(wěn)，以獲取精確測量結(jié)果。技術(shù)參數(shù)：重650g，尺寸65 x 200 x 160 mm，可固定6.5 - 12mm直徑的傳感器，x / y / z軸調(diào)節(jié)范圍20 mm / 25 mm / 37 mm，x / y / z軸分辨率約100 μm / 100 μm / 10 μm。

為了獲取穩(wěn)定測量，需要重型支架HS1或輕型支架LS1以穩(wěn)定支撐MM33微操縱臺。微操縱臺重型支架10kg，輕型支架4.5kg；尺寸400 x 360 x 560 mm，穩(wěn)定支撐微操縱臺；擺動自由三角基；最多可裝載4臺微操縱臺；2根直徑12mm，高500 mm的安裝桿，耐酸和海水。

應(yīng)用舉例

1.葉片組織的氧含量測定

圖片來源：Courtesy of J. Kirchberg and M. Fischer, Martin-Luther-University, Halle-Wittenberg, and J. Bravidor, Department of Lake Research, Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Magdeburg (both in Germany)

2 針葉裂隙的氧含量測定

臺灣云霧林中的臺灣扁柏Chamaecyparis obtuse var. formosana，通過顯微結(jié)構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)其90%的氣孔聚集在針葉裂隙內(nèi)，并根據(jù)氧氣測量和熒光劑示蹤發(fā)現(xiàn)往裂隙加的水滴并不會進入裂隙中。說明臺灣扁柏具有疏水性，氣孔隱窩、氣孔聚集等“旱生型”特征，裂隙存在一層空氣層（葉氣膜），可防止沉降、霧和水汽凝結(jié)覆蓋氣孔，使得其在高濕環(huán)境中保持二氧化碳吸收和進行光合作用。

氧傳感器(50μm直徑針尖)放置在裂隙處

a.干燥的葉；b, c. 加一滴5μl水滴；d. 加三滴5μl水滴

參考文獻：

Pariyar S , Chang S C , Zinsmeister D , et al. Xeromorphic traits help to maintain photosynthesis in the perhumid climate of a Taiwanese cloud forest[J]. Oecologia, 2017, 184(3):1-13.

3 珊瑚總初級生產(chǎn)力的研究

澳大利亞大堡礁的大型珊瑚Montastrea curta在流通室中照射不同強度的光照，隨水深度不同測定其O₂含量并計算初級生產(chǎn)力GPP，并測定了其量子產(chǎn)率(QEs)；發(fā)現(xiàn)在640 μmol m^-2 s^-1的中等光照強度下，雖說能量利用效率很低（僅4%），但達到很高的光合效率（0.1 O₂ photon^-1）。說明珊瑚是一種高效的光收集器，能夠?qū)⒐夥植荚谏汉?組織微結(jié)構(gòu)冠層上，從而使其光合微藻的量子產(chǎn)量很高。

強度下的光合速率（O₂含量計算）測定的

實驗設(shè)置（a）和氧氣傳感器布置（b）

四種不同的光照強度下(160、320、640和1280 μmol m^-2 s^-1)，總初級生產(chǎn)力(nmol O₂ cm^-3 s^-1) (黑色條形圖)和相應(yīng)的O₂濃度(μM)(線條及圓點)的水深度垂直分布圖

參考文獻

Brodersen K , Lichtenberg M , Ralph P , et al. Radiative energy budget reveals high photosynthetic efficiency in symbiont-bearing corals[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2014, 11(93):20130997.

4 沿海海底草甸的氧含量測定

原位監(jiān)測保加利亞Byala海灣（A）和韓國Hoopo海灣（B）沿海水域海草草甸的氧氣，通過渦度協(xié)方差技術(shù)計算氧氣通量。BY和HP兩個海岸海草草甸每天的平均凈氧氣通量分別為：-474到326mmol O₂m^-2d^-1和-74到482 mmol O₂m^-2d^-1；且凈O₂產(chǎn)量與光合有效輻射(PAR)呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系(P-I曲線)；流速在3.30 到6.70 cm s^-1時，群落代謝在白天和晚上分別顯著增加了20和5倍，說明流速可能是群落光合作用的主要影響因素。最終， BY的凈生態(tài)系統(tǒng)代謝為- 17mmol O₂m^-2d^-1，為異養(yǎng)；而HP為36mmol O₂m^-2d^-1，為自養(yǎng)狀態(tài)。

保加利亞Byala海灣（A）和韓國Hoopo海灣（B）沿海水域海草的氧氣測量

BY海灣（上）和HP海灣（下）沿海水域海草的15分鐘氧通量和光合有效輻射(PAR)；正通量代表海草釋放O₂

參考文獻

Lee J S , Kang D J , Hineva E , et al. Estimation of net ecosystem metabolism of seagrass meadows in the coastal waters of the East Sea and Black Sea using the noninvasive eddy covariance technique[J]. Ocean Science Journal, 2017, 52(1):1-14.

5 深海沉積物的原位氧含量測定

原位檢測了北極深海（2500m）沉積物中的氧通量，在沉積物邊界層低氧梯度和通量、低湍流和低顆粒含量的限制條件下，計算得到的渦度協(xié)方差湍流氧通量(-0.9+-0.2 (SD) mmol O₂m^-2d^-1)、溶解氧通量 (-1.02+-0.3 (SD) mmol O₂m^-2d^-1)和沉積物培養(yǎng)室法測得的總吸氧量(-1.1+-0.1(SD) mmol O₂m^-2d^-1)具有一致性，說明該位點以微生物介導的耗氧量為主，底棲生物平均碳礦化速率為4.3gC m² yr^-1，超過了沉積物采集器測定到的顆粒有機物年沉積量。

圖片來源：Dr. Frank Wenzhoefer, group for Deep Sea Ecology and Technology, Alfred-Wegener-Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, and Max-Planck-Institute for Marine Microbiology, Bremen (both inGermany)

參考文獻

Donis D , Mcginnis D F , Holtappels M , et al. Assessing benthic oxygen fluxes in oligotrophic deep sea sediments (HAUSGARTEN observatory)[J]. Deep-Sea Research Part I, 2016, 111:1-10.

6 歐洲鱸魚的組織供養(yǎng)測定

瑞典Forsmark的瀉湖，因核電站冷卻用抽走了冷水，周邊溫暖的污水直接注入引起了緩慢的水溫升高，很多種類的魚已經(jīng)消失，而歐洲鱸魚成為優(yōu)勢種。利用光學氧傳感器測定了高溫下鱸魚(Perca fluviatilis Linneaus)的有氧代謝率和靜脈血氧分壓，并測定臨界高溫CTmax。發(fā)現(xiàn)增氧操作引起了23°C下有氧范圍的雙倍增大，而臨界高溫CTmax(34.6±0.1)與對照（34.0±0.5°C）沒有顯著增加；而缺氧操作在有氧范圍和CTmax方面與對照都沒有顯著差異。說明氧限制并不是決定魚類CTmax的普遍機制。

在靜脈竇中植入一種定制的光學傳感器，用于連續(xù)測量靜脈血液中的氧氣分壓

圖片來源：Timothy Clark – Australian Institute of Marine Science, Townsville, Australia.（左）Erik Sandblom – University of Gothenburg, G?teborg, Sweden.（右）

歐洲鱸魚在富氧hyperoxic和缺氧anaemic下的代謝反應(yīng)

A.耗氧速率(M?O₂)不受處理影響; B. 23°C標準代謝率(SMR),最大代謝率(MMR)和有氧范圍(AS)

參考文獻

Brijs J , Jutfelt F , Clark T D , et al. Experimental manipulations of tissue oxygen supply do not affect warming tolerance of European perch[J]. Journal of Experimental Biology, 2015, 218(15):2448-2454.

7 蚯蚓生活的人工土柱中氧氣測定

將葡萄糖制備的壓實土塊加入人工土柱后，檢測土柱中氧含量變化，發(fā)現(xiàn)氧氣含量隨時間變化下降。這是由于葡萄糖的加入引起土壤動物（蚯蚓）的生物呼吸作用增強，消耗氧氣并產(chǎn)生二氧化碳。

利用氧氣傳感器監(jiān)測土柱中氧氣變化

土柱中加入葡萄糖土塊后，土壤氧氣含量（%）隨時間下降

圖片來源：Hochschule Osnabrück (Germany), Faculty of Agricultural Sciences and Landscape Architecture

產(chǎn)地：德國PyroScience