Динамика спектров лазерно-индуцированной флуоресценции хлорофилла-α фитопланктона в условиях меняющихся параметров внешней среды

• Автор: Попик, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Механизм флуоресценции фитопланктона

1.1.1. Фотосинтез

1.1.2 Хлорофилл-а

1.2. Определение концентрации хлорофилла-а

1.2.1 Колориметрический метод

1.2.2 Спектрофотометрический метод

1.2.3 Метод ЛИФ

1.2.4. Расчет концентрации хлорофилла-а по интенсивности флуоресценции

1.3. Оптоволоконный датчик флуоресценции для измерения концентрации
хлорофилла-а
1.4. Экспериментальная измерительная система для мониторинга экологического состояния водных экосистем
1.5. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ НА СПЕКТРЫ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ХЛОРОФИЛЛА-а
2.1. Определение параметров флуоресценции для расчета концентрации хлорофилла-а
2.2. Влияние параметров среды на спектры лазерно-индуцированную флуоресценцию
2.2.1 Исследование влияния освещенности
2.2.2 Исследование влияния температуры
2.3. Новая методика расчета концентрации хлорофилла-а
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ХЛОРОФИЛЛА-Я В ВОДЕ
3.1. Оптоволоконный датчик ЛИФ
3.2. Измерительный комплекс для экологического мониторинга водных объектов
3.2.1 Принципы построения и структура экспериментального измерительного комплекса
3.2.2 Бортовой комплекс
3.2.3 Погружаемая часть
3.2.4 Управление измерениями
3.3. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ОПЫТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ С ОПТОВОЛОКОННЫМ ДАТЧИКОМ ЛИФ
4.1 Экспедиция 2010 года
4.2. Экспедиция 2011 года

4.3. Экспедиция 2012 года
4.4. Экспедиция 2013 года
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В связи с быстрыми изменениями, которые происходят в биосфере, требуется разработка новых методов оперативного мониторинга окружающей среды. Парниковый эффект, разработка нефтяных скважин, выбросы промышленными предприятиями загрязняющих веществ, искусственное изменение ландшафта, — все это оказывает сильное влияние на экологическое состояние отдельных регионов и всей планеты. В настоящее время наибольшая техногенная нагрузка приходится на водные объекты. Постоянно возрастающий уровень антропогенного воздействия на водную среду повсеместно приводит к ее деградации, под которой понимается ухудшение качества среды. В общем объеме токсического загрязнения водной среды большую часть составляет загрязнение тяжелыми металлами. В связи с ухудшением качества вод мирового океана весьма актуальной становится задача экологической реабилитации и восстановления заросших и зеленеющих деградированных водоемов [1].
Важно вовремя реагировать на негативные изменения в экологическом
состоянии среды, для чего необходимо осуществлять постоянный
мониторинг. Существует множество способов наблюдения за экологическим
состоянием Мирового океана. Использование естественных компонентов
экосистемы в качестве индикаторов ее состояния называется биоиндикацией.
Биоиндикация является наиболее современной стратегией экологического
мониторинга [2], ее большие возможности обусловлены тем, что
биологические организмы, обладают высокой чувствительностью к
изменениям в окружающей среде — присутствию загрязнителей,
климатическим изменениям, изменению светового режима и т. п. Особенно
чувствительными являются фотосинтезирующие организмы [3]. Наиболее
распространенными из которых являются микроводоросли фитопланктона.
Развитие фитопланктона определяет общий уровень биологической
продуктивности водоемов. Большая концентрация водорослей способствует

условиях постоянного освещения при нефотохимическом тушении с уменьшением Рт до Рт' и частичном восстановлении переносчиков в ЭТЦ с
увеличением Р0 до Р{ реальная способность фотосинтетического аппарата к
фотохимическому тушению ЛИФ хлорофилла уменьшается. Она определяется коэффициентом фотохимического тушения (дР) [24]:
<7 Р = 7Т7’ О-8)
ОТГ — **
а степень нефотохимического тушения — коэффициентом нефотохимического тушения (дЫ) [ (24)]:
дЫ = ^^. (1.9)
Кроме исследования внутреннего состояния клеток, при экологическом мониторинге важно знать их количество. Так как количество фитопланктона определяют по концентрации хлорофилла-д, то ЛИФ методы являются весьма удобными для экологического мониторинга. Они оказывают неразрушающее воздействие на клетки фитопланктона и позволяют проводить измерения непосредственно в среде его обитания. Однако, из-за того, что измерения ЛИФ хлорофилла-д флуоресцентными методами могут проводиться непосредственно в среде обитания, то есть в различных водных объектах, различающихся по физическим свойствам и химическому составу, необходимо определить, как изменение этих свойств скажется на спектральной плотности ЛИФ хлорофилла-д [33, 42, 43].