浮游动物研究新技术和方法

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1、浮游动物研究新技术和方法摘要浮游动物是海洋生态系统中非常重要的类群，是海洋生物生产过程的核心之一，是海洋食物网的基础和关键组成部分，对其种类的定性识别、鉴定和生物量分析是海洋科学研究中最为关键的科学问题之一。从早期的Utermöhl法、数字图像处理技术，到现在的化学计量学研究、图像观测技术等创新方法，都极大地促进了海洋浮游动物的研究。本文重点讲述几种传统技术与创新技术的定义、应用以及对比分析，以更好地分析浮游动物研究方法房展需求和方向。关键词：浮游动物；研究方法；对比分析一、概况浮游动物是一类经常在水中浮游，本身不能制造有机物的异养型无脊椎动物和脊索动物幼

2、体的总称，在水中营浮游性生活的动物类群。它是经济水产动物，是中上层水域中鱼类和其他经济动物的重要饵料，对渔业的发展具有重要意义。国际上许多重大研究计划，如全球海洋生物普查计划（CensusofMarineLife，CoML）、海洋生物地球化学与生态系统整合研究（IntegratedMarineBiogeochemistryandEcosystemResearch，IMBER）和全球海洋生态系统动力学研究（GlobalOceanEcosystemDynamics，GLOBEC）等，均将浮游动物作为重要观测内容[1]。浮游动物观测的最终目的是对目标生物的分布、

3、丰度、大小或生物量进行准确估计。二、传统的研究技术方法（一）Utermöhl方法浮游生物定量生物学的研究最早是从德国Kiel大学的生物学家VictorHensen开始的，他于1883年利用鱼卵网(Hensen′sEiernetz)对浮游生物进行了调查研究，这是一款从JohannesMǜller的蝴蝶型网改进而来的网具。Hensen在其论文[2]中首次定义了“浮游生物”一词，并提出使用网采手段加上严格的数学计算作为浮游生物定量生物学研究的方法。Utermöhl于1931年发明了一种计数框计数方法[3]，它结合了Volk的静置沉淀法和Kolkwitz计数框，最

4、低程度地降低了样品的损失。直到Utermöhl在1958年对计数框观测面积进行了的标准化，Utermöhl方法才被确认和推广开来。Utermöhl方法的一般分析过程为:对采来的水样摇匀后注入Utermöhl计数框中→在沉降柱上盖好沉降柱盖玻片→静置沉降24h以上→将上清液移除入废液框中→盖好底座盖玻片→于倒置显微镜或光学显微镜上进行鉴定和计数。Utermöhl方法应用的主要工具是计数框，Utermöhl计数框有100,50,25,10,5mL5种类型，其中最重要的部件是载玻片和沉降柱。沉降柱和透明塑料板之间要求没有缝隙，同时又要确保整个计数框的体积十分精确

5、。载玻片要越薄越好，所以一般用直径26mm或更大的薄玻片进行加工。另一种常用的方法就是就是使用变型的Utermöhl计数框进行计数，此方法的有点是把去除上清液的步骤省去了，使准备样品工作更加简单，但受到倒置显微镜载物台高度的限制，最多只能检测25mL的样品[4]。（二）数字图像处理技术数字图像处理技术是以平移、旋转和尺度变换不变特性的数学形态学特征和Gabor纹理特征共同组成特征集，采用支持向量机(SVM)和主成分分析特征降维相结合的浮游生物图像在线分析方法。1.图像处理与特征提取首先对采集的原始图像进行预处理，采用7×7邻域的中值滤波器方法去除大部分的图

6、像噪声[5]，然后采用`UnSharp'算子增强目标与背景之间的对比度，同时去除由于浮游动物运动所产生的拖影，以增强图像的结构特征。图像经预处理之后，采用Canny算子检测轮廓边缘。Canny算子有两个重要参数`thresh-old'和`sigma'[6]，当这两个参数指定到恰当的数值，即可得到连续的目标轮廓边缘。目标及其边界确定之后，即可从轮廓特征和目标区域中计算出特征描绘子。2.支持向量机(SVM)支持向量机的基本思想是在特征空间或样本空间，构造出最优超平面，达到与不同类样本集之间的最大距离，从而达到最大的泛化能力[7]。支持向量机结构相对简单，并且具

7、有全局最优性和较好的泛化能力，能有效解决函数估计和模式识别问题。在许多应用领域中都表现出它优于已有方法的性能[8]。SVM方法在小样本情况下能够最大限度地提高预报可靠性，即从有限的训练集样本中得到的小的误差，对独立的测试集保持小的误差仍能够保证，另外在解决高维模式识别及非线性问题中也表现出许多特有的优势。三、创新研究技术及方法（一）化学计量学研究生态化学计量学可以简单定义为:从分子到生物圈的元素生物学。它是根据三大守恒定律(质量守恒、能量守恒和电荷守恒定律)、分子生物学中心理论和自然选择法则[9]，结合生物学、物理学、生态学和化学计量学的基本原理，研究生物

8、系统能量的平衡和多种化学元素(通常是C、N、P、O、S)平衡的科学