3 February 2022, 2:00 Егор Колесников

Разработан метод оперативной оценки концентрации хлорофилла в морской воде

Концентрация хлорофилла в морской воде связана с биомассой и состоянием одноклеточных организмов — фитопланктона, флуоресцирующего при возбуждении излучением видимого и УФ-диапазона. Ученые из МФТИ и Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН разработали метод для быстрой оценки концентрации хлорофилла в морской воде. Метод не требует подготовки проб и может применяться в экспедициях на научно-исследовательских судах. Работа опубликована в журнале Journal of Photochemistry and Photobiology.

Разработан метод оперативной оценки концентрации хлорофилла в морской воде

Концентрация хлорофилла A — важнейший параметр морской воды, характеризующий состояние одноклеточных растений (фитопланктона). Он широко используется для расчета первичной продукции (прирост количества органического вещества за счет фотосинтеза) в океанах и морях. Концентрация хлорофилла A — единственная характеристика морских экосистем, которую можно исследовать при помощи спутниковых снимков на больших площадях и в течение долгого времени. 

Для точного определения концентрации хлорофилла используется трудоемкий и относительно дорогой метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, который используется в лабораториях на суше. Также существует более простой, но менее точный экстракционный метод — используя его, измерения можно проводить прямо на борту судна во время экспедиции, однако процесс измерения требует значительного времени. Есть еще флуоресцентные методы, их преимущество в том, что они не требуют подготовки проб перед измерениями и позволяют оперативно получать результаты. Однако они имеют относительно низкую точность, поскольку интенсивность флуоресценции хлорофилла А зависит не только от его концентрации, но и от иных факторов: видового состава фитопланктона, состояния клеток и возраста популяции.

Авторы новой статьи усовершенствовали флуоресцентный метод. Они использовали разработанный ранее двухканальный лазерный спектрометр для определения интенсивности флуоресценции хлорофилла А в морской воде. Ими также была получена формула, основанная на множественной регрессии, для более точного расчета концентрации хлорофилла А из интенсивностей флуоресценции. 

Ученые проверили метод на данных, полученных в экспедициях Института океанологии РАН. Ошибки измерений лежали в пределах 40–50% при использовании общей формулы и 20–35% после калибровки с учетом особенностей акваторий, где выполнялись экспедиционные исследования. При этом для оценки концентрации хлорофилла в пробах морской воды достаточно взять один зеленый канал флуориметра. Для уточнения результатов требуется проводить несколько измерений при возбуждении на разных длинах волн. 

По сложности предлагаемый метод занимает промежуточное положение между более точными и трудоемкими экстракционными методами и более простыми и относительно недорогими — с использованием одноканальных приборов, широко используемых в практике океанологических исследований. Основными отличиями предложенного метода являются возбуждение флуоресценции на нескольких длинах волн, спектральная регистрация флуоресцентных сигналов и использование множественной регрессии для обработки данных измерений.

«Наш способ можно применять для оценки концентрации хлорофилла А в морской воде. Точность метода сопоставима с экстракционными методами для определения концентрации хлорофилла — 20–50%. Однако простота процедуры измерения позволяет быстро получать большой объем данных прямо во время экспедиции. Двухканальный лазерный спектрометр достаточно прост в изготовлении и использовании. Большинство коммерческих флуориметров используют в качестве источников возбуждения светодиоды. Мы используем лазеры, что благодаря узкому спектральному диапазону излучения позволяет четко разделять пики флуоресценции и эффективно подавлять возбуждающее излучение. Мы планируем усовершенствовать метод путем добавления дополнительных длин волн возбуждения флуоресценции. Это позволит увеличить точность, а также выполнять оценки видового состава фитопланктона», — рассказывает Дмитрий Глуховец, руководитель лаборатории оптики океана Института океанологии РАН и доцент кафедры термогидромеханики МФТИ.

News article publications

Read also

Океанологи выяснили, куда пропадает речная вода из Карского моря
Ученые выяснили, что пресная вода, поступающая в Карское море из рек, в осенне-зимний период течениями переносится в море Лаптевых. В результате к январю ранее опресненная центральная часть Карского моря восстанавливает свою соленость. Поскольку соленость воды сильно влияет на интенсивность образования льда, это открытие будет полезно при прогнозировании толщины ледяного покрова в судоходных районах Арктики.
Ecology
Hydrology
Oceanology
10 November 2023
Учёный создал датасет количества зоопланктона в дальневосточных морях России
Учёный из тихоокеанского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии оцифровал данные из пяти справочников, написанных при его непосредственном участии, и объединил их с ГИС картами, создав датасет количественного содержания зоопланктона в различных точках дальневосточных морей с 1984 по 2013 год. Полученный датасет находится в открытом доступе и может быть использован для анализа и прогнозирования как экологического состояния Берингового, Японского и Охотского морей, а также Тихого океана, так и для контроля за рыбными ресурсами Дальнего Востока.
Data analysis
Ecology
Oceanology
18 August 2023
Предложена «светящаяся» золотая краска для обнаружения бактериальных биопленок
Новый подход, разработанный учеными, позволит выявить развитие опасных бактерий на медицинских изделиях и устройствах на ранней стадии и вовремя предотвратить его
Biosensorics
Microbiology
New techniques
7 August 2023
Биотехнологи обнаружили ранее неизвестные повторы в геноме бактерий
Эти повторы представляют собой определенный код, который наложен на существующий из аминокислот. Используя его, ученые надеются эффективнее управлять продуктивностью полезных микроорганизмов
Bioinformatics
Genetics
Microbiology
New techniques
17 July 2023
Микросенсор превратил рачка в светлячка
Сделано это не из хулиганских побуждений: так биологи могут быстро и безболезненно оценить кислотность внутренней среды животного и отследить опасное влияние глобального потепления на природные экосистемы
Ecology
Hydrobiology
New techniques
Sensors
13 July 2023
В диких мышах обнаружили потенциально опасных для человека аэромонад
Эти микроорганизмы вызывают тяжелые заболевания водных обитателей, а у человека к последствиям тяжелее диареи приводят только в случае ослабленного иммунитета. Найденные штаммы проявили способность к разрушению эритроцитов и множественную лекарственную устойчивость
Ecology
Epidemiology
Microbiology
17 March 2023