基于荧光特征的海洋浮游植物快速分类方法研究

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1、基于荧光特征的海洋浮游植物快速分类方法研究藻和小环藻的色素组成，通过对3种藻的特殊激发谱线的分析，采用435、485、525和630nm作为Chla、Chlb、Chlc与藻蓝胆素的特征激发波长，采用684nm作为发射波长，建立了3种藻叶绿素浓度与藻密度的荧光强度矩阵方程。根据水样的标准荧光光谱和4个激发波长可以计算出每种藻的叶绿素浓度与藻密度。以上研究对于影响中国近海最为严重的硅藻和甲藻尚且无法区分开，难以满足我国海域浮游植物监测的需要。1．2荧光分析与其他方法相结合的研究荧光分析法操作简便，无须前处理，可直接测定海水样品，易于普及

2、且快速，与其他分析方法的结合，将能使其更好的应用于浮游植物定性、定量分析。众多研究者(SooHooctal，1986：Lazzaractal，1996)将浮游植物的荧光光谱与吸收光谱联系起来考虑，Lutz等(1998；2001)研究了天然浮游植物样品吸收光谱与其激发荧光光谱间的差异，以及单一浮游植物物种的吸收光谱、激发荧光光谱随光照增强而发生的变化。显微镜技术是目前海洋浮游植物种类鉴别和数量测定的基础方法。近年来，研究者根据光致发光的原理，利用一定波长的光激发显微镜下标本内的荧光物质，使之发射荧光，呈现荧光图像，即荧光显微成像。荧光

3、显微镜成像的对比度好、反差强，一般都是利用荧光的强度、分布的变化来反应细胞内物质、离子的分布和变化。荧光显微技术还与荧光标记技术结合对细胞进行研究。利用目前已达上千种与细胞内不同分子特异性结合的荧光探针，人们就可以直接观测活细胞中各种重要生物分子的位置、运动以及与其它分子的相互作用，如对细胞器、细胞膜元素的运动、细胞膜电位、离子浓度、酶活性和基因转移等进行有效的观测。图象法是通过电子设备把目标对象进行数字化，从而对目标对象进行分析、统计、处理。Pech．Pacheco等在墨西哥托多斯桑托斯(TodosSantos)海湾，运用图像法识

4、别了五种角藻(Ceratium)，其识别准确率大于90％(1998)。近年有研究者将其与荧光显微镜结合，研究荧光图像识别方法。王学民、曹红宝等研究者利用氙灯和单色仪进行激发光谱扫描(2005)，利用CMOS摄像器件、USB图像采集系统和计算机实现显微荧光图像的数字化，利用自主设计的系统软件实现系统的操控、图像的采集、处理和分析，最终建立了一套显微荧光图像连续光谱分析系统实验装置。利用该装置，他们对裸甲藻等多种赤潮藻类进行荧光实验处3基于荧光特征的海洋浮游植物快速分类方法研究理，并在此基础上对藻类的荧光图像和灰度图像进行域值分割、轮廓

5、和纹理分析及图像识别等后继图像处理，准确率达95％。20世纪80年代发展起来的流式细胞术是一种集合了荧光信息、散射信息的分析技术(Yentschetal，1983；Boddyetal，2000；焦念志等，2002)。分析中，待测细胞被制备成单个细胞悬液，经特异性荧光染料标记后，以一定速度在鞘液的约束下，以单个排列的细胞液柱形式通过检测器，通过测量散射可获得三种荧光信号FLl、FL2和FL3和两种散射光信号FSC、SSC。各信号被收集、通过数据传输线传输至计算机检测终端，可对不同类群的数量、平均粒径、单位细胞荧光含量进行统计分析。近年

6、来，在流式细胞仪基础上增加CCD，将流式细胞技术与显微镜技术结合，已有商品，如FLOWCAM藻类分析仪，可以对浮游植物进行探测，计数和摄取图像，能够给出每一种藻的尺寸、图像及叶绿素和藻红蛋白的含量，对图像进行处理，经图库比对，对藻进行分类测量。遥感技术。从二十世纪七十年代Neville和Gower(1977)首次提出荧光遥感叶绿素设想至今，叶绿素荧光遥感已经历了近30年的发展。许多海洋遥感学、海洋光学、浮游植物生理学、生物化学、水生生物学和生态学的研究工作者为这一领域的发展做出了巨大的贡献，使荧光遥感已成为遥测自然水体叶绿素浓度的重

7、要途径和新的趋势。德国学者(Peterseneta1．，2008)结合现场测量(FerrybOX自动量测系统)和遥感数据(MERIs)，通过对沿海以及陆架浅海大尺度范围的赤潮爆发以及地区性强而为期较短的赤潮现象进行测量比较，结果显示两种方法所得数据一致，进而探讨了未来两种方法的综合应用前景。然而，荧光遥感目前仍然存在一些急需解决的难题。首先，活体叶绿素荧光过程的复杂性和多变性增加了荧光遥感的难度。活体叶绿素荧光的产生是一个非常复杂的过程，涉及浮游植物生理学、生物化学、植物细胞学、水生生物学和生态学等诸多领域，虽然现今已有很多活体叶绿

8、素荧光的模型(如Butler模型、Kiefer-Reynolds模型等)，但人们仍然没有完全了解它的产生机制和整个过程。其次，活体叶绿素荧光很微弱，增加了贫营养海区荧光遥感的难度。活体叶绿素吸收的光能大部分用于光合作用，发射的荧光光能