Fluorescenční sondy pro kvantifikaci fytoplanktonu in situ

Přístroje pro analýzu množství fytoplanktonu in situ zaznamenávají v posledních letech značný rozvoj a uplatňují se stále více i v běžném monitoringu kvality povrchových vod. Jedná se o systémy různých designů – od jednoduchých fluorometrických senzorů fungujících jako součást multiparametrického systému pro stanovení základních fyzikálních a chemických vlastností vody až po speciální ponorné fluorometry schopných rozlišit strukturu fytoplanktonního společenstva. Pro lepší orientaci v této problematice přinášíme několik teoretických poznatků a přehled základních typů přístrojů, které jsou v současné době na trhu.

Řasy a sinice jsou fotosyntetizující organismy a je pro ně tedy charakteristická přítomnost fotosyntetických pigmentů. Mnohé tyto pigmenty mají schopnost fluorescence, tedy jevu, při němž je molekula excitována světlem o určité vlnové délce a při návratu do základního stavu část této energie vyzáří zpět do prostředí jako světlo o vyšší vlnové délce a tedy nižší energii. Tyto pigmenty se často liší svými fluorescenčními vlastnostmi (tedy vlnovými délkami světla, které absorbují a případně emitují) a bývají charakteristické pro určitou skupinu fytoplanktonních organismů, jak ukazuje tabulka.

Z toho je patrné, že téměř všechny fytoplanktonní organismy emitují fluorescenci v červené oblasti spektra (zhruba od 600 nm), s výjimkou fykoerythrinu-C, který nalézáme u některých sinic. Dále lze říci, že zatímco u eukaryotických řas je jejich fluorescence excitována především modrým světlem (cca 400-530 nm), pro většinu sinic typický fykocyanin absorbuje světlo v oranžovo-červené části spektra.

Různé fluorescenční vlastnosti fotosyntetických pigmentů řas a sinic mohou být brány jako výhoda i jako nevýhoda. Zajisté pozitivní je to, že můžeme na základě odlišných fluorescenčních excitačně-emisních spekter rozlišit několik spektrálních skupin fytoplanktonu (eukaryotická oddělení Chlorophyta, Chromophyta+Dinophyta a Cryptophyta; dále pak „modré“ sinice s fykocyaninem a „čevené“ sinice s fykoerythrinem). Naopak nevýhodou je, že jednoduchý fluorometrický senzor s jednou excitační vlnovou délkou neumožňuje relevantní stanovení celkového chlorofylu-a ve smíšených společenstvech sinic a řas. Konkrétní příklad: fluorometr s modrým excitačním světlem sice dokáže přesně určit celkových chlorofyl-a např. v jarním společenstvu, v němž dominují třeba rozsivky, zlativky a zelené řasy. Pokud tentýž přístroj použijeme při měření vodního květu sinic, bude intenzita fluorescence při srovnatelné biomase mnohonásobně menší (podle našich měření je rozdíl cca 10-násobný, což platí v opačném gardu při excitaci oranžovo-červeným světlem, které „vyhovuje“ sinicím). Tento problém v podstatě není neřešitelný, stačí si udělat jinou kalibrační křivku pro řasy a jinou pro sinice. Pokud ovšem budeme chtít stanovit celkový chlorofyl-a ve společenstvech s různými poměry sinic a řas, bude se jednat o velice hrubá data s ne úplně snadnou interpretací.

Mezi přístroji pro fluorescenční kvantifikaci fytoplanktonu in situ proto nalezneme jednoduché senzory s jednou pevnou excitační a emisní vlnovou délkou, dále sondy s výměnnými filtry (např. pro chlorofyl a pro fykocyanin), stejně jako fluorometry s několika diodami, které vlnovými délkami odpovídají excitačním maximům jednotlivých pigmentů.

Zde je několik příkladů přístrojů pro fluorescenční kvantifikaci fytoplanktonu. V žádném případě se nejedná o úplný přehled a pokud by měl někdo pocit, že nějaký zajímavý přístroj zde chybí, velice rádi ho doplníme.

YSI 6025
Senzor pro stanovení chlorofylu-a
Výhody: součást ponorného multiparametrického systému, možnost měřit dalších až 15 parametrů kvality vody zároveň
Nevýhody: pouze 1 excitační vlnová délka
Výrobce: YSI

SCUFA^®
Ponorná sonda pro stanovení chlorofylu-a nebo fykocyaninu/fykoerythrinu
Výhody: možnost výběru filtrů
Nevýhody: filtry nelze operativně vyměnit
Výrobce: Turner Designs

CYCLOPS-7^®
Senzor pro stanovení chlorofylu-a nebo fykocyaninu/fykoerythrinu
Výhody: součást ponorného multiparametrického systému, možnost výběru filtrů
Nevýhody: filtry nelze operativně vyměnit
Výrobce: Turner Designs

MINI^tracka
Ponorná sonda pro stanovení chlorofylu-a nebo fykocyaninu/fykoerythrinu
Výhody: možnost výběru filtrů
Nevýhody: filtry nelze operativně vyměnit
Výrobce: Chelsea Technologies Group

FluoroProbe
Ponorná sonda pro stanovení chlorofylu-a s rozlišením až 5 spektrálních skupin fytoplanktonu
Výhody: komplexní analýza fytoplanktonu
Nevýhody: hmotnost
Výrobce: bbe Moldaenke