海洋浮游生物粒径谱分析技术

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1、吴成业等:海洋浮游生物粒径谱分析技术①海洋浮游生物粒径谱分析技术吴成业②333　焦念志3③(3厦门大学环境科学研究中心近海海洋环境科学国家重点实验室　厦门361005)(33集美大学水产学院　厦门361021)摘　要　提出了一种基于浮游生物粒径组成和数量分布关系的生物粒径谱研究方法。这一方法可最大限度地将粒径分组,形成近乎连续的谱图,并利用自然海水样品验证了该技术在浮游生物粒径结构研究中的应用效果,表明该技术对于海洋生态群落结构研究和环境监测等具有广阔的应用前景。关键词　浮游生物,粒径谱,群落结构分级法”,即通过测量不同粒级的浮游植物所含的叶[7

2、]0　引言绿素来描述生物量的在各个粒级的分布情况。这种方法需要萃取叶绿素,检测速度慢,并且由于分级海洋浮游生物粒径结构是海洋生态群落结构的法的粒径谱只有有限的几个等级,这种方法得到的一个重要方面,是具有重要生态学意义和应用价值结果较粗略和笼统,对问题的阐释程度也是有限的。的指标。海洋生态系统中的能流分配,在很大程度另一种方法是采用光学显微镜鉴定浮游生物,并进上取决于生物颗粒的大小。生物粒径谱又称生物颗行人工计数。此法虽然误差较小,但也存在明显的粒谱,是指浮游生物的数量或生物量与生物颗粒大缺点,如费时费力,不能形成连续的粒径谱,也不适小之间的对应关

3、系,即生物在不同粒径的分布状况。用于浮游生物的现场检测。流式细胞仪也是研究浮1972年,Sheldon等首次测定了海洋浮游生物的粒径游植物群落结构的一种重要手段,可以测定海水中谱,得出标准化生物量粒径谱的斜率约为21,即生物各种颗粒的散射光和不同波长的荧光。利用荧光,[1]量粒径谱的斜率为0。Sprules等的研究也得到类它还可以检测以浮游植物为主的含有叶绿素的颗[2,3]似的结论。但是后来的研究表明,随着浮游生粒。流式细胞法可以快速地检测颗粒的一些光学参物粒径的增大,其生物量粒径谱的斜率趋向于正数,分选出不同的生态类群。但目前一般流式细胞[4]

4、值。这些研究表明,对于所有浮游生物来说,其整仪的最佳检测范围是0.5～20μm,对于较大的颗粒体粒径谱是比较稳定的。而对于生态功能相近的某(如大于100μm)反而难以操作。此外,由于流式细些特定组分,如浮游植物,其粒径谱更容易受环境因胞仪结构复杂,易受外界干扰,很难进行船载现场检[5]素影响而发生变化。测。总之,测量浮游生物粒径的方法有很多种,但是[8]不同的生态系统有不同的粒径谱,粒径谱在一这些方法之间还没有统一的标准。定程度上可以反映出一个海区的群落组成等生态特随着计算机性能的提高和数字化成像技术的发征。由于不同粒径大小和形状的细胞具有不同的

5、沉展,电子成像系统被用来对海水中的颗粒进行成像[6]降速率,生物粒径谱还影响着生态系统中碳的沉和计数。基于浮游生物粒径组成和数量分布关系的降,对于碳和其它营养要素的生物地化循环研究来生物粒径谱分析技术以数字化成像技术为基础,它[7]说,也有重要意义。因此,基于浮游生物粒径组成可以对3～1000微米的颗粒进行计数,给出简明的和数量分布关系的生物粒径谱分析,已成为海洋生浮游生物群落结构图,这一技术是研究海洋研究海态学研究的一个新的重要手段。洋生物粒径谱最富有前景的方法。本文结合海区实最常用的浮游生物粒径谱研究方法是“叶绿素际样品,对这一新技术进行了研

6、究探讨。①863计划(2003AA635160)及科技部重点国际合作项目资助。②男,1974年生,博士生;研究方向:海洋微型生物生态学。③联系人,E2mail:jiao@xmu.edu.cn(收稿日期:2004206228)—71—高技术通讯　2005年4月第15卷第4期通过荧光信号控制发光二极管,而是让发光二极管1　粒径谱分析技术的原理和改进以一定的频率(通常每秒3次)自动闪光,照射经过流动室的细胞。自动触发模式下,样品浓度的上限61.1　原理为1×10cell/ml。我们采用流式细胞及显微成像系统(FlowCAM,在两种模式下,颗粒的荧光信号

7、、像素特征、球Fluid2imagingTechnologies,Inc.,USA)对不同粒径大形粒径和其它光学参数都保存在微机系统中,以便小的浮游生物进行计数。FlowCAM由流路系统、光进行统计分析。为了提高像素分辨率和计数的准确学系统和数据采集与处理系统组成(图1)。流路系性,在光路系统中采用4X物镜将颗粒像素放大,结统包括蠕动泵、进样管、流动室和废液收集器。光学合CCD摄像机的数字放大功能,可将颗粒像素放大系统包括半导体泵浦激光器、发光二极管(LED)、透50倍。镜、物镜和滤光片等。数据采集与处理系统包括光1.2　改进电倍增管(PMT)、

8、数码(CCD)摄像机和主机。Flow2在使用过程中,我们发现了FlowCAM存在的一CAM有两种工作模式,可以根据样品的特点来选些问题,