مانیتورینگ آنلاین کلروفیل ها

سبزینه یا کلروفیل، در اکثر گیاهان،خزه‌ها و جلبکها یافت می‌شود. وظیفه سبزینه، فتوسنتز در یاخته است که گیاه را قادر می‌سازد از نور خورشید انرژی کسب کند. کلروفیل ماده ای شیمیایی است که تقریبا در برگ و ساقه تمام گیاهان وجود دارد و رنگ آنها را سبز می‌کند. گیاهان، برای ساختن غذایشان به کلروفیل نیاز دارند. نور خورشید که روی برگ درختان می تابد، با کلروفیل واکنش می دهد تا دی اکسید کربن موجود در هوا و آّب مکش شده به وسیله ریشه گیاه از زمین را به غذای حاوی قند و نشاسته تبدیل کند.

همین منوال در مورد جلبکها صادق است. در حضور نور خورشید جلبکها مواد معدنی را سوخت و ساز کرده و اکسیژن را به عنوان ماده زاید تولید میکنند. اکسیژنی که به این ترتیب تولید میشود سریعا میتواند جایگزین اکسیژن از دست رفته در داخل آب شود. در حضور مواد مغذی و نور خورشید سوخت و ساز جلبکی میتواند به اندازه ای اکسیژن تولید کند که آب به حالت فوق اشباع برشد. از طرف دیگر نتایج منفی ایجاد شده در اثر رشد بی رویه جلبکها معمولا بیشتر از فواید اکسیژنی است که آنها تولید میکنند.

 از آنجا که جلبکها مواد زاید حاصل از متابولیسم باکتریایی را سوخت و ساز میکنند.  همچنین در غیاب نور، جلبکها از طریق کاتابولیسم خودخوری انرژی بدست آورده و اکسیژن مصرف میکنند. این امر منجر بروز نوساناتی در میزان اکسیژن محلول حل شده در پیکره های آبی همراه با رشد زیاد جلبکها میگردد.

از طرف دیگر اکسیژن اضافی بوجود آمده در طول روز نمیتواند برای مصرف در شب ذخیره شود زیرا برای حفظ تعادل به درون اتمسفر تخلیه می شود. در شرایطی که رشد جلبکی به مقدار زیاد انجام می گیرد کاتابولیسم خودخوری میتواند به اندازه ای اکسیژن محلول در آب را کاهش می دهد که ماهی ها از بین بروند. با توجه به اینکه مساله اکسیژن محلول را که مایه حیات موجودات زنده میباشد دچار مشکل میکند بنابراین اندازه گیری میزان رشد کلروفیلها و نرخ عملیات فتوسنتز از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است تا بتوان قبل از اینکه رشد جلبکها تاثیرات نامطلوبی روی محیط زیست بگذارد نسبت به پیشگیری اقدام نمود. این پدیده و رشد بی رویه جلبکها در سواحل جنوبی کشورمان به نام کشند قرمز مشهور میباشد.

پدیده کشند سرخ به انگلیسی Red tide با شکوفائی فیتوپلانکتون‌های مضردر آب‌ دریا اتفاق می‌افتد. مقدار معمول این فیتوپلانکتونها در حدود ۲۰۰۰ عدد در لیتر است و به علت تغییر رنگ آب دریا به رنگ سرخ یا مایل به سرخ آن را کشند سرخ (موج سرخ) می‌گویند.

دو عامل اصلی در ازدیاد فیتوپلانکتون‌ها دما و مواد مغذی بخصوص مواد فسفردار و نتیرات است.تخلیهٔ پساب‌های صنعتی و خانگی که مملو از موادی چون نیترات‌ها و فسفات‌ها هستند در دریا موجب فراهم شدن غذای زیاد برای فیتوپلانکتون‌ها و ازدیاد آنی جمعیت آن‌ها می‌شود.

تناوب تابش ابر-آفتاب و بارندگی کمک بسزایی در رشد این موجودات می‌کند و وزش طوفان و گردوغبار از طرف بیابان‌ها نیز باعث فراهم شدن ذرات آهن‌دار می‌شود.

بعضی از این فیتوپلانکتون‌ها از خود سم ترشح می‌کنند یا باعث فزونی اکسیژن با تک اتم می‌شود که باعث تخریب آبشش ماهی‌ها می‌شود و یا با مرگ این فیتوپلانکتون‌ها، باکتری‌های تجزیه کننده بقایای مرده این فیتوپلانکتون‌ها اکسیژن محلول آب را مصرف می‌کنند و در نتیجه ماهی‌ها و دیگر آبزیان منطقه دچار حالت خفگی و کمبود شدید اکسیژن شده و در نهایت منجر به مرگ آنها می‌شود. درسالهای اخیر فزونی پدیده کشند سرخ در دریای خزر، خلیج فارس و دریای عمان خسارات زیادی به ماهیگیران زده است

انواع مشخصی از فیتوپلانکتون ها، مانند  Dinoflagellate ، دارای رنگدانه های فتوسنتزی که از لحاظ رنگی از سبز به قهوه ای و قرمز متفاوت است، می باشند. سلول های فیتوپلانکتون که باعث ایجاد کشند قرمز می شوند شامل رنگدانه هایی برای جذب نور خورشید مورد نیاز برای تغذیه سلول ، رشد و تولید مثل هستند. این رنگدانه ها هنگامی که بصورت میلیونی در یک نقطه جمع شوند رنگ قرمزی را بوجود می آورند اگر به یکی از این سلولها در زیر میکروسکوپ نظری بیاندازیم ممکن است رنگ طلایی تیره داشته باشد.

بعضی از Dinoflagellate ها همچنین به علت وجود واکنشهای شیمیایی موجود در سلول خود نور بازتاب می کنند که منجر به نورانی بودن امواج اقیانوس و جای پاها در کنار ساحل در شب می شود. رنگ این جلبکها بستگی به نوع پلانکتون و دیگر عوامل نظیر شدت نور و زاویه تابش خورشید بر آب دارد.

وقتی که جلبکها بصورت انبوه ظاهر می شوند، بنظر می رسد آب تغییر رنگ داده و تیره می شود که این تغییر رنگ ممکن است از ارغوانی تا صورتی متمایز باشد. همه جلبکها به اندازه کافی انبوه نیستند که منجر به تغییر رنگ آب شوند، همچنین همه تغییر رنگ آبها مرتبط با رشد انفجاری جلبکهای قرمز نیست به علاوه کشند قرمز به طور کلی مرتبط به حرکات جزر و مدی(کشندی) آب نیست.

بنابراین دانشمندان ترجیح می دهند از واژه شکوفایی جلبکی (Algae Bloom) استفاده کنند.بعضی از کشندهای قرمز موجب، تولید سم طبیعی، تقلیل اکسیژن نامحلول یا دیگر اثرات مضر و آسیب رسان می شوند و عموماً بعنوان شکوفایی جلبکهای مضر (Harmful Algae Bloom) تعریف می شوند. اثرات آشکار کشند قرمز، مرگ و میر انواع ماهیان، پرندگان دریایی و ساحلی، پستانداران دریایی و دیگر موجودات زنده است این سموم علاوه بر مرگ آبزیان، گاهی ناراحتی هایی برای مردم ساکن در ساحل ایجاد می کنند.  بطور مثال در مورد کشند قرمز در فلوریدا ، علت مرگ و میر، آزاد سازی نوعی سم قوی موثر بر اعصاب که  Brevetoxin  نامیده می شود بود که بطور طبیعی بوسیله جلبکهای دریایی Karenia brevis تولید می شوند.( در ابتدا نام این جلبک دریایی Gymnodinium breve بوده است اما بعلت تلاشهای فراوان دکتر Karen Steidinger در زمینه مطالعه و کنترل این پدیده به این نام تغییر داده شد. کشند قرمز که از سال ۱۳۶۹ تاکنون در آبهای جنوبی ایران رخ نداده بود از هفتمین روز مهر ماه ۱۳۸۷ بر اثر تکثیر و شکوفایی سریع “فیتوپلانکتونی” از جنس Cochlokinium که یک ” دینوفلاژله پلانکتونی ” و دارای ” کلروپلاست “های زرد، سبز تا قهوه ای است و به رنگ قهوه‌ای متمایل به قرمز آشکار می‌شود در آبهای این منطقه مشاهده شد.

بنابراین اندازه گیری میزان کلروفیلها و مهمتر از آن تشخیص گونه بندی کلروفیلها مهمترین قدم در مطالعات و پژوهشهای اکولوژیکی در آبهای جنوبی کشورمان میباشد. سیستم های اندازه گیری باید در سریعترین زمان ممکن این میزان را تشخیص داده و نیز امکان ارسال اطلاعات بصورت آنلاین را به مراکز پژوهشی داشته باشند. یکی از کاملترین و پیشرفته ترین تجهیزات مورد استفاده برای مانیتورینگ مقدار کلروفیلها دستگاه Fluoroprobe میباشد. این دستگاه تاکنون بصورت کاملا تخصصی در بیشتر کشورهای دنیا برای موارد زیر استفاده شده است:

  • مانیتورینگ وضعیت رشد جلبکها در دریا
  • مانیتورینگ محیط زیست (Envirnomental Monitoring)
  • پدافند غیرعامل (Civil Defence)
  • مدیریت کیفیت آب دریا و آب آشامیدنی
  • مدیریت کیفیت دریاچه ها

 

متد اندازه گیری :

روش اندازه گیری استفاده از طیف سنجی میباشد سبزینه بخش اعظم نور آبی و قرمز را جذب و نور سبز و زرد را از بین طیف‌های الکترومغناطیسی منعکس می‌کند. به طور مثال رنگ سبز گیاهان به دلیل انعکاس نور سبز از کلروفیل‌هاست. کمپانی BBE آلمان مشهورترین طراح و سازنده تجهیزات اندازه گیری انواع کلروفیل میباشد. این تجهیزات در قالب مدلهای زیر طراحی و ارائه میگردند:

۱) دستگاه پرتابل مدل آلگاتورچ: مناسب اندازه گیری میزان کل کلروفیل -آ، سیانوباکتری،دما، کدورت و عمق( درمحل و سریع)

۲) دستگاه پرتابل مدل فلوروپراب : مناسب اندازه گیری میزان کل کلروفیل-آ و کلاسهای مختلف کلروفیل شامل آلگا سبز-آبی( سیانوباکتری)، آلگا سبز، دیاتومه، داینافلاژن، کریفتوفیسه و عمق و دما ( در محل و سریع)

۳) دستگاه پرتابل مدل بنتوتورچ: مناسب اندازه گیری فیتوبنتوزها و گونه های مختلف آن ( در محل و سریع)

۴) دستگاه آنلاین ثابت مدل آلگا آنلاین آنالایزر: مناسب اندازه گیری ثابت و آنلاین کلروفیل-آ و گونه های مختلف در کنار فعالیتهای فتوسنتزی

۵) دستگاه آزمایشگاهی مدل آلگالب آنالایزر: مناسب اندازه گیری میزان کلروفیلها در نمونه های آب

دستگاه آلگاتورچ

اندازه گیری کل کلروفیل-آ، آلگای سبز-آبی ( سیانوفیسه) ، کدورت آب، دما تا عمق ۱۰۰ متری

دارای GPS داخلی برای ثبت موقعیت محل اندازه گیری با امکان نمایش محل اندازه گیری روی نرم افزار Google Earth

مشخصات فنی دستگاه آلگاتورچ:

راهکاری مقرون بصرفه، ساده و راحت برای پایش سریع کلروفیل ها، سیانوباکتری، کدورت، دما و عمق و مانیتورینگ غیر مستقیم میزان وجود مواد مغذی در دریاچه ها، مخازن سدها

دستگاه آلگاتورچ

  • متد اندازه گیری : اسپکتروفلومتری
  • محدوده اندازه گیری : ۰ تا ۲۰۰ میکروگرم بر لیتر
  • دارای نمایشگر برای انجام تنظیمات و نیز نمایش داده های اندازه گیری شده
  • وزن دستگاه  حدود ۲ کیلوگرم
  • قابلیت ذخیره سازی داده تا سقف ۱۰۰۰ ست داده
  • محدوده اندازه گیری کدورت: ۰ تا ۲۰۰ NTU
  • درجه محافظت دستگاه: IP 68 قابلیت کار تا عمق ۱۰۰ متری زیر آب
  • دارای نرم افزار تحت ویندوز
  • قابلیت اتصال به کامپیوتر از طریق پورت USB

اندازه گیری میزان کلروفیل آ و جلبکهای سبز آبی( سیانوباکتری) در مخزن سد لتیان

 دستگاه فلوروپراب:

  • متد اندازه گیری : اسپکتروفلومتری
  • حداکثر عمق قابل اندازه گیری: تا ۱۰۰ متر (عمقهای دیگر تا ۳۰۰۰ متر اختیاری است)

اندازه گیری پارامترهای زیر بصورت در محل (in-situ)

  • کل کلروفیل-آ، آلگای سبز-آبی ( سیانوفیسه) ، آلگای سبز، آلگای قهوه ای ( دیاتوم)، داینافلاژنها، کریسوفیسه ها، کریفتوفیسه ها،  دمای آّب  عمق قرارگیری/ اندازه گیری، CDOM (Colored Dissolved Organic Matters)
  • محدوده اندازه گیری : صفر تا ۲۰۰ میکرو گرم بر لیتر
  • دقت اندازه گیری: ۰٫۰۱ میکروگرم بر لیتر
  • محدوده دمای کارکرد: ۲- تا ۴۰+ درجه سانتیگراد
  • ابعاد دستگاه: ارتفاع ۴۵ و قطر ۱۴ سانتیمتر

نمونه داده های اندازه گیری شده با فلوروپراب در مخزن سد

 

دستگاه بنتوتورچ

مطابق استانداردهای کیفیت آب اروپایی وضع شده در سال ۲۰۰۰ اندازه گیری بنتوزها از پارامترهای اساسی بررسی کیفیت آب پیکره های آبی میباشد. با استفاده از دستگاه بنتو تورچ به راحتی میزان کل فیتوبنتوزها و گونه های مختلف آن اندازه گیری میشود. این روش در مقایسه با متدهای نمونه برداری سنتی بسیار آسان و مقرون بصرفه میباشد. داده های در داخل دستگاه ذخیره میشود. دستگاه دارای باتری داخلی قابل شارژ  و GPS میباشد.

 

دستگاه بنتوتورچ

اهمیت اندازه گیری فیتوبنتوزها

نظر به اینکه در بیشتر موارد اندازه گیری مواد مغذی نظیر فسفات ها و نیتراتها در پیکره های آبی بسیار دشوار و هزینه بر و در برخی موارد ناممکن است، معمولا اندازه گیری فیتوبنتوزها و کلروفیلها بهترین پارامتر نمایانگر میزان وجود مواد مغذی در پیکره های ابی نظیر رودخانه ها، سواحل دریاها و دریاچه های میباشد. بطور سنتی اندازه گیری دیاتومها به علت اینکه دیواره سیلیکا آن در زیر میکروسکوپ به راحتی قابل بررسی بوده،  مورد استفاده قرار میگرفت، اما با توجه به پیشرفتهای تکنولوژیکی، اندازه گیری تمامی گونه های فیتوبنتوزها نظیر دیاتومه، سبز و نیز سبزآبی در عرض چند ثانیه میسر میباشد.

دستگاه آلگاآنلاین آنالایزر

اندازه گیری کل کلروفیل-آ، گونه های مختلف کلروفیلها و فعالیتهای فتوسنتزی بصورت انلاین، در این روش نمونه آب به میزان کمی از منبع مورد نظر برای اندازه گیری به داخل دستگاه پمپ میشود. اندازه گیری سریعا در داخل دستگاه انجام شده و خروجی بصورت سری زمانی میزان کل کلروفیل و گونه های ان و میزان فعالیتهای فتوسنتزی در صفحه نمایش دستگاه نشان داده میشود. دستگاه دارای خروجیهای مختلف نظیر LAN، آنالوگ ۴ تا ۲۰ میلی آمپر، و امکانات مخابراتی مختلف میباشد.

دستگاه آلگاآنلاین آنالایزر

دستگاه آلگالب آنالایزر:

به منظور اندازه گیری غلظت کلروفیل-آ و گونه های مختلف آن در محیط آزمایشگاه استفاده میشود. در این روش ظرف نمونه در داخل دستگاه قرار داده میشود. دستگاه داده های اندازه گیری شده را به کامپیوتر انتقال میدهد.

دستگاه آلگالب آنالایزر