海水样中碳14检测方案(液体闪烁谱仪)

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用 14C法测定海洋初级生产力 李 永 祺 (山东海洋学院生物系) 测定海洋初级生产力有好几种方法，如测氧法、叶绿素法、磷酸盐法、颗粒计算法、测气法和放射性碳-14法等。但就方法的灵敏度、准确性而言；用14C法测定水域初级生产力被认为是最好的方法，尤其是用来进行大洋初级生产力的调查更显出其优越性。因此，用14C测定水域(包括淡水)的初级生产力，已被列为常规的调查方法。迄今已有的海洋初级生产力的调查资料，大多是用14C法测定的。 用放射性14C法进行海洋初级生产力调查，是五十年代初(1951一1952年)丹麦海洋生物学家斯蒂曼-尼尔森 (Steemann-Niel-sen)，在丹麦海洋调查船“鐵甲虾号”(Ga-lathea) 进行丹麦海域和太平洋初级生产力调查时首先应用的。这个方法一问世，立郎引起各国海洋学家的极大兴趣和重视，在很短的时间里就被广泛地采用了。三十年来，丹麦、美、苏、加拿大、日本和澳大利亚等国的学者，不仅用这个方法测定了世界各大洋、许多海域和淡水水域的初级生产力，取得了一大批可喜的成果，而且在实践中，这个方法也得到了进一步改进、充实和完善。尤其是六○年以来，液体闪烁计数装置的应用，提高了对14C的放射性探测效率，给14C法增添了新的生命力。 我国沿海海域辽阔，水产资源丰富，开展我国近海、港湾和河口的初级生产力调查，在理论上和实践上都是很重要的。本文拟就有关用14C法测定海洋初级生产力的主要方法和步骤加以介绍，以期对开展我国海洋初级生产力的调查能有所助益。 一、原 理 在海洋(包括河口)中，能行光合作用的 生物大体可归为五大类，郎：大型定生藻类、海洋被子植物、浮游植物、底栖硅藻和光合作用细菌等。尽管在有些沿岸海域，，大型定生海藻的初级生产力也相当可观，但就整个海洋的初级生产力来说，浮游植物是主要初级生产者，它所制造的有机物约占海洋初级生产力的95%。因此，通常所指海洋初级生产力调查，主要是指对海洋浮游植物的光合作用速度进行测定。 二、仪器和试剂 用14C法则定海洋初级生产力的原理是：浮游植物在进行光合作用时(其化学反应式光为：6CO2+12H20- 一C6H1206色素接受器+602+6H20)将CO2吸收进细胞内，并合成有机物。如果在含有浮游植物的测定瓶内，加入已知放射性强度的示踪量 H14C03，经过一定时间的光照培育，然后将浮游植物收集在滤膜上，测定其放射性强度。那么，由于水样中CO2的量已知，则根据碳被浮游植物所同化的总量和14C被同化的量之间成正比的关系，可计算出浮游植物的初级生产力。 所需的仪器如下： 1.黑白瓶。用容积为130ml具有毛玻璃塞和喇叭口的优质透明玻璃瓶为测定瓶。在使用前应先用酸洗过，并用蒸馏水彻底洗过。硅盐渗透率高的玻璃瓶，以及含磷的洗涤剂不能使用。 透明瓶为白瓶。将透明瓶涂上黑漆，包上黑布或再包一层铝箔郎成黑瓶。 2.浮标、绳、支架和挂黑、白瓶用的扩张器，或水族箱。 3.25mm直径、孔径为4.5的滤膜，以及过滤装置。 4.测定放射性强度的计数设备：具有端窗(钟罩式)管的定标器，气流式检测器，或者液体闪烁计数器。 5.具有10-15cm长针头的，1ml 或2ml容积的皮下注射器。 6.烟气室，郎盛有浓盐酸的干燥器。 7.非金属采水器。 8.不透光、带格的箱子。 9质量好的、薄的橡胶管子。 10。测定光强、溫度、盐度、pH值和碱度的仪器。 本方法所需试剂如下： 1)无载体的放射性碳酸盐(NaH14C0)溶液。 国外有专供进行初级生产力测定的14C溶液出售((装在安培瓶中，每瓶放射强度约5uCi/ml)，但价格较贵。我们可用国产的14C。由于目前国产的14C每瓶放射性强度为1mCi 或大于1mCi， 所以在购进同位素后要根据工作需要加以稀释、分装成每瓶含3一5pCi/ml，以备使用。郎将放射性母液配制成放射性工作液。工作液放射性强度该是多大，这要依浮游植物的光合作用速度，以及期望得到的光合作用产额而定。这大致可按下式计算： 式中： A为需要加入的14C放射性强度(uCi)； Rs为样品的每分钟计数(CPM)， 为了得到满意结果，CPM应大于1，000； U为预计每小时每立方米水中碳被吸收的量(mgC/m3/hr)； E为计数效率； N为培育(郎光照)的时数。 通常，对于大洋水水，A大约用25mCi为宜，近海中等生产水域用5uCi，而对于沿岸和 富营养水域用1uCi郎可。 稀释放射性母液的溶液，其配法简单，，郎在用分析纯的盐和蒸馏水配制而成的1升5%盐溶液(pH~11.3)中，加入0.3g无水Na2CO3和0.2g NaOH成。 2)中性福尔马林。 3)过滤海水。取与被测水样同一水层的海水，经过滤即成。用于洗涤滤膜上浮游植物吸附的14C。 4)测定海水CO2浓度的试剂。 5)压缩N2或空气。 6)闪烁液，其配制方法是。100g萘，762，5-二苯基基唑(PPO)，0.3g 1，4-双-2-(5-苯基噁唑基)苯(POPOP)溶于1升二噁烷(保证试剂)中郎成。 hu.C三、测定步骤 1。用非金属采水器取水样。为了测定整个透光层的初级生产力，至少要取5个不同水深的水样。水样应过滤，去除浮游动物。采取水样的数量，除了进行14C测定用外，还应包括CO2的含量、溫度的测定、洗涤滤膜、以及浮游植物的定性和定量用。 2。每个水层要用3个130ml玻璃瓶(2个白瓶、1个黑瓶)。在避光的条件下，每个瓶分别加入100ml的水样，并立将将水样放进不透光的暗箱中，一直到各水层的水样都取齐为止。注意做好记号，避免弄错。 3.将水样灌满另一个带螺帽的聚乙烯瓶到水满出为止，以测定碱度和pH 值。要避免阳光晒，把水样贮于冰箱内，要尽可能快地测定水样的碱度和pH值。 4。在每个深度的水样取完毕后，打开暗箱，取出黑白瓶，在每个瓶中分分注注1ml已知放射性强度的NaH14CO3溶液。注入的方法是：先打开含14C的安培瓶，吸满注射器以去除注射器中的气泡，将注射针插入黑(白)瓶底部，缓慢地将14C溶液注入，立郎盖好盖。要小心操作，以防放射性同位素污染。工作人 员应戴手套、口罩，穿工作服，防止14C吸入人体。已加入14C的瓶要做记号，防止重复加入或漏加。各瓶的培育时间，以14C注入中间水深的瓶开始计算(此时为0时刻)。 5。将每个瓶的瓶口封牢(可用橡皮筋或白色尼龙细绳绑扎牢)，轻轻地混合，来回颠倒水样数次。 6.水样的曝光，有两种办法。一是现場曝光。郎将已加入14C的黑、白瓶再放入取水样的水层接受自然光照。办法是：在黑暗处迅速地将瓶绑在各水层的扩张器(或支架)上，黑瓶在中央，白瓶在两端。然后将扩张器绑在垂直于海中的主绳上，主绳的顶端悬挂漂浮的装置(塑料球或浮筒)。注意不要使水面漂浮·装置遮住表层黑白瓶的阳光。，二是船上曝光。郎将已加入14C的黑、白瓶悬挂在水族箱中，水族箱盛流动海水，用人造光源，光照强度参照不同水层的光线强度而加以调节。。也可将黑、白瓶置放于白色的塘瓷盘里，根据不同水层的光线强度，用纱布遮盖瓶，在甲板上接受日光照射。 、NN 另外，也可在实验室内进行模拟试验。 7.曝光的时间通常为4一6小时，从日出到中午，或从中午到日落。-，一般来说，选择从上午9点到下午3点为宜。 8.曝光完毕，将瓶取下。为了不让瓶里的浮游植物继续进行光合作用，应尽可能快地将瓶放入避光的箱里，或者在瓶里加入1ml中性福尔马林液。将瓶放进暗箱里，浮游植物还会进行一些光合作用；加入福尔马林液，会引起某些浮游植物细胞的破裂，影响计数。因此，最好是立郎过滤水样。曝光结束的时间，以解下中等水层瓶计算。 9.从每个瓶取出定量水样过滤。需过滤水样的数量由浮游植物密度所决定。在贫营养水域，要过滤100ml，中等营养水域过滤50ml，而在富营养水域过滤10ml可可。如用定标器端窗计数管进行放射性测定，更应注意过滤水样的数量，以免由于浮游植物过多地堆积在滤膜上，而需进行复杂的自吸收校正。 过滤水样通常从表层水样开始，要尽可能快地将水样转移到过滤装置。要调节好过滤装置的眞空气压，防止由于气压过大而引起浮游植物细胞的破裂。过滤耍在暗的条件下进行。 10。水样过滤完毕后，立即用10ml过滤海水洗涤。然后用镊子小心地取下滤膜，放在小碟上。在室溫条件下让其干燥数小时，再放在浓盐酸气中10分钟，以去除滤膜上残余的无机14C，接着便可进行放射性测定。。如用定标器钟罩管测定，样品需干燥；如用液闪测定，样品不必干燥。 11.滤液经酸化后，将细橡皮管通入滤液的底部，通入N2或空气，以去除滤液中殘余的无机14C。测定滤液中由于浮游植物细胞破裂和分泌出的有机物14C强度。 12。放射性测定。如用定标器钟罩计数管测定，要注意样品的几何位置，自吸收校正，以及测量时间等问题。如用液体闪烁装置进行测定，其方法是将带有浮游植物的滤膜放入计数瓶内，然后加入10ml或15ml的闪烁液包可进行放射性测定。要注意在闪烁液中的溶解情况，色素效应和猝灭等问题。 13.计算。按以下公式计算郎得浮游植物净光合作用速度，以每小时每立方米水体中产生的毫克碳数表示 (mgC/m3/hr)。 P=((Ra-Rp)xWx1，05)/(Rs×式中： P为浮游植物净光合作用速度，以mgC/m/hr表示。 Ra为样品的净放射性强度，即经过自吸收或猝灭校正和扣除本底数；；包括滤膜和滤液所测得的放射性强度。以dpm表示。 Rb为黑瓶的放射性强度。以dpm表示。W为水样中CO2的总重量。以mg表示。 1.05为同位素效应校正系数。 Rs为加入的14C放射性强度。以 dpm 表示。 H为曝光的时间。以小时表示。 14。根据不同水层初级生产力的测定结 果，经积分，換算出每平方米水柱浮游植物的初级生产力。由于浮游植物的光合作用强度，因时、光和季节等因素而变化，所以如果要換算出天、月和年所测站位的初级生产力，必须在一天内连续进行上述测定试验，如从上午6点到10点，10点到到下午2点……，求得每段时间的初级生产力，然后经计算得出一天的初级生产力。而每月和每年的初级生产力，则要选择不同日期、月份进行初级生产力测定，然后经计算而得。 四、校正|因素 用放射性14C测定海洋初级生产力，虽然是个好的方法，但若对影响测定结果的因素注意不够，那么也将造成较大的误差。 斯蒂曼-尼尔森在发明此方法时，有几个假设的条件，即：1。14C被浮游植物吸收和同化的速度与12C一样；2。14C进入浮游植物细胞内仅仅通过光合作用的途径；；3.已同化的14C沒有被排泄出细胞外；4。在浮游植物行呼吸作用的过程中沒有丢失已同化的14C。 事实上，上述四个假设条件是不符合实际情况的。 首先，关于同位素效应问题。理论上计算，14CO2的分子量要比12CO2重4.5%。因此，浮游植物同化14CO2的速度将比12CO2慢。一些试验结果表明，浮游植物对14CO2的同化速度要比12CO2约慢5%15%，这依浮游植物的种类和环境条件而异。目前，同位素效应的校正系数，有的学者采用1.05(即5%)，有的学者采用1.06(郎6%)。 其次，许多试验表明，浮游植物还可通过非光合作用途径吸收14C。斯蒂曼-尼尔森报告，非光合作用同化的14C，大约占光饱和时浮游植物吸收14C总量的1%。还會有报道，当严重缺氮时，在暗的条件下同化的14C可占光培养的37%。较多的资料表明，表层水自然浮游植物的种群，在暗条件下所固定的14C约 占光合作用固定14C的百分率，在深水可高达30%。 同样，浮游植物也通过呼吸作用排出少量的14C. 除了上述因素外，为了获得满意的测定结果，以下几个问题也必须加以考虑。 1.曝光时间长短问题。在一天的时间里，日光在海洋中的强度有较大的变化，因而浮游植物的光合作用强度在一天中也随之变化。在热带海域可相差6一15倍，在溫带和高纬度海域也有2一3倍之差。因此，如要测得一天的初级生产力，按理说，曝光时间以24小时或自然光照时间为宜。但由于测定瓶是密闭的，曝光时间过长易引起某些海洋细菌的迅速繁殖，结果反而造成更大的误差。关于曝光时间长短，迄今看法不一，2、4、6、8和12小时的曝光时间均有人采用。但目前较多学者是采用曝光4小时。 2。光强与光色。由于海水对不同波长的光的吸收程度是不相同的，因此，在较深层的浮游植物，它们所接受的光与表层浮游植物相比较，不仅仅是光强的不同，而且也存在着光的波长(光色)的差异。对此问题，在船上或在室内进行试验应当加以考虑。 3。用14C法测定海洋初级生产力， 标准放射性源(溶液)是否标准，样品放射性强度的准确测定，以及水样中C02的浓度准确测定等问题是很重要的，否则将造成很大的差。 4。为了消除系统误差，应当进行实验室之间或者国际间的测定方法校准，以利调查资料的比较。 5.不能单纯用浮游植物初级生产力的测定结果，简单推算出整个调查海域总的初级生产力。这是因为在海洋中能行光合作用的生物不仅仅是浮游植物。 鉴于国内有若干单位拟开展14C法测定海洋初级生产力的工作，建议首先能在国内建立统一的方法和步骤，.以利所得结果互相比较，进而达到测定方法的国际校准。 ( 主要参考文献 ) ( [1]张曾等译，1977年。水和废水标准检验 法。中国建筑工业出版社，521-524页。 ) ( [2]Bolin， B . et al.，1979.The G l obal Car-bon Cycle. pP. 259--292 ) ( [8]Doty， M . S . e t al， 1965. Limnologu and Oceanography 10(2)：282-286 ) ( 4]Finenko， Z .Z.， 1978. M arine Ecology 4： 29一87. ) ( 〔5〕Lean， D . R. S .， et al， 1979. Limno- ) ( logy and Oceanography 24(5)： 917-928. ) ( [6]Lieth and Robert H. Whttaker ed. 1 975. Springer~Verlag. PP. 169-183. ) ( 〔7U.S. 1Atomic Energy Commission， 1961. Proceeding of the Conference on Primary Productivity Measurement， Marine andFreshwater. TID-7633. ) ( [87Steemann Nielsen， E.， 1951. Nature 167：684—685. ) 中国海洋湖沼学会会1982年7月3日一8日在青岛召开了海洋沉积作用与浅层地层学学术讨论会。来自中国科学院、高等院校、地质矿产部和国家海洋局等50个单位的130名代表出席了会议。这是我国海洋沉积与地层科技人员的一次学术盛会。中国科学院地学部常务副主任叶连俊教授、学部委员叶治铮教授和美国联邦地质调查所吴景祯教授出席了会议，并在大会上作了学术报告。 会议收到论文157篇。有57名代表在大会和分组 会上，就沉积作用与沉积相、沉积矿物、沉积地球化学、近岸与河口沉积及海滩层理、浅地层的划分、年代地层、生物地层、地震地层、海面升降及海陆变迁等问题作了学术报告。这些论文所研究的问题有一定的广度和深度，调查和分析的手段有较大的提高，标志着我国海洋沉积与地层的调查研究进入一个新的阶段。代表们还就今后的工作广泛交换了意见。 (杨治家) 名词解释 — China -cademic Journal Electronic Publishing Mouse. llrights reser~ed. http： .cnhi.net