基于激发荧光光谱的浮游植物分类测量方法

 提出了一种基于激发荧光光谱的浮游植物快速分类测量方法.根据激发荧光光谱特征将淡水浮游植物分成蓝色组、绿色组和褐色组3 组.选用铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻分别作为蓝色组、绿色组和褐色组的代表,通过对标准纯种培养体和混合培养体的全波长激发荧光光谱进行多元线性回归计算,得到混合培养体各组分的叶绿素a 浓度.结果表明,计算得到的铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻浓度的误差分别为1.67%~12.70%,0.91%~12.70%,6.11%~40.20%,平均误差为5.44%、6.44%和20.71%.使用带宽20,10,4nm 的4 波段(中心波长为440,480,520,610nm)代替全波长激发荧光光谱计算表明,3 种藻类组分误差与全波长激发荧光光谱计算结果误差十分相似.20,10nm 波段宽度铜绿微囊藻、小球藻和脆杆藻的平均误差分别为5.57%、7.16%、20.52%和7.13%、7.42%、20.02%;4nm 波段宽度的平均误差显著增大,分别为8.85%,13.07%,30.67%.     

三种典型赤潮藻的散射特性研究

基于室内藻液配比实验的实测数据研究了抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)、强壮前沟藻(Amphidinium carterae)及海洋原甲藻(Prorocentrum micans)的散射特性。结果表明,3种典型赤潮藻的归一化散射光谱存在较大差异,但红光波段675 nm处叶绿素强吸收引起的散射谷均非常明显,而蓝绿光波段散射谷的波长位置却有所不同;400 nm、550 nm、660 nm、750 nm波段的散射系数与叶绿素浓度均存在非常高的相关性,回归曲线因藻种差异变化较大;绿蓝、红蓝及红绿波段的散射比与叶绿素浓度均存在正相关关系,表明随叶绿素浓度增加水色逐渐趋近于长波颜色,回归曲线也因藻种差异变化较大。     

海洋浮游植物三维荧光光谱中瑞利散射的校正

瑞利散射的存在会影响三维荧光光谱的特征分析.本文应用空白扣除法和Delaunay三角形内插值法对赤潮浮游藻三维荧光光谱中的瑞利散射进行去除.结果表明,由于赤潮浮游藻液中含有大量的散射颗粒,空白扣除法不能完全去除荧光光谱中的瑞利散射,而采用Delaunay三角形内插值法则能有效的去除荧光光谱中的瑞利散射,使赤潮浮游藻特征色素的荧光峰凸现出来:在Ex440 nm/Em680 nm处较强的荧光峰是赤潮浮游藻体内的叶绿素a发出的,而Ex450～470 nm/Ema680 nm处荧光峰源于叶绿素cl,叶绿素c2和叶绿素c3.     

纳米铜粉对中肋骨条藻的毒性效应

以中肋骨条藻作为受试藻种,研究铜离子、纳米铜和微米铜对它的毒性效应.结果表明,3种铜试剂在不同程度上都会抑制中肋骨条藻的生长,藻密度和叶绿素的增加值与铜试剂加入量基本呈负相关.在整个实验周期96h内,当Cu2+浓度大于0.1mg/L时会对藻产生很大的抑制作用,而纳米铜浓度大于0.15mg/L会严重影响藻密度和叶绿素,在24h内当微米铜浓度低于2mg/L时会促进藻的生长,在96h时高浓度(>1mg/L)会抑制其生长.纳米铜对中肋骨条藻的毒性作用一方面是溶出的铜离子,另一方面是纳米粒子本身.     

太湖水域叶绿素a浓度的遥感反演研究

利用太湖水域MODIS遥感数据的各波段反射率组合计算值,与实测的叶绿素a浓度进行相关性分析,找到相关性最好的反射率组合,建立反演太湖叶绿素a浓度的遥感模型.结果表明,利用MODIS数据可以较好地实现对太湖水域叶绿素a浓度的定量反演计算,并以MODIS数据第3、第17波段的反射率组合作为遥感指数建立了反演叶绿素a浓度的模型.第3、第17波段的波长范围分别为459nm～479nm、890nm～920nm,这一波段选择与以往使用TM数据得到的结论有所不同.     

几种微囊藻定量方法的比较

以铜绿微囊藻单细胞藻株PCC7806和群体藻株XW01为实验材料,通过梯度稀释、细胞计数测定了藻细胞密度与OD值、叶绿素a含量、藻蛋白含量的线性关系曲线。结果显示720 nm处的OD值比其他短波长测定的OD值有更好的相关性。用4种不同氮浓度培养的微囊藻为材料,比较了OD、叶绿素a和蛋白质浓度3种定量方法的可靠性。结果发现OD法能更稳定地反映了微囊藻的浓度,而其他2个指标则由于细胞的不同生理状态差异较大。结果提示,OD720是用于测定微囊藻细胞浓度的最佳方法。     

外源一氧化氮对亚心形扁藻的生长效应及光谱研究

对海洋绿藻亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)分别进行了不同一氧化氮(NO)浓度和光照强度的培养实验,并进行了叶绿素a和类胡萝卜素含量测定,及室温吸收光谱和荧光光谱测定.结果表明,不同NO浓度、不同加入方式对亚心形扁藻生长有明显不同的促进或抑制作用,NO对亚心形扁藻生长的影响存在阈值.不同浓度NO在不同光照下对微藻生长的作用是一致的,外源NO可以弥补弱光照对藻生长的限制.NO对亚心形扁藻光合色素含量的影响和对藻密度的影响是一致的.NO对藻细胞中叶绿素复合蛋白组成没有显著影响,但对色素含量及其相对组成会产生一系列影响.NO能使藻细胞激发能的传递效率提高,从而提高光合作用速率,表现为细胞生长加快,藻细胞生物量增加.     

杂食性鱼类排泄物中藻类光能活性研究

借助叶绿素荧光技术,通过对杂食性鱼类鲫鱼(Crucian Carp)和金鲫鱼(Gold Crucian Carp)摄食微囊藻(Microcysis aeruginosa)后排泄物的培养,从鱼类排泄物藻类叶绿素荧光活性的角度探讨了杂食性鱼类在控藻上的应用.结果表明,鱼类摄食对微囊藻生长及叶绿素荧光参数均有显著影响(P<0.05).鲫鱼组的叶绿素荧光参数ΦPSII从第3d开始,Fv/Fo、Fv/Fm、ETR和qP从第5d开始随培养时间的延长而增加,而NPQ始终呈下降趋势.金鲫鱼组的叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)在培养期间一直呈降低趋势.鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度在培养期间先下降再上升,最后恢复至对照组水平,且Chl a浓度同部分叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII)呈现极显著正相关(P<0.01);金鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度于实验期间均下降,实验期间一直低于对照组,且两参数均与叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)呈极显著正相关(P<0.01).可见,微囊藻经鲫鱼摄食后,其叶绿素光合及生长活性经过短暂的下降后会逐渐恢复,而金鲫鱼可有效降低微囊藻活性,但金鲫鱼作为一种观赏鱼类,不适宜在大面积水体放养.     

三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物浓度

测量了富营养化水体中13 种浮游植物的活体三维荧光光谱和激发荧光光谱,通过光谱相似性原则将浮游植物分成3 种光谱组,分析了光合色素组成与各光谱组三维荧光光谱特征的关系.选择梅尼小环藻、小球藻和铜绿微囊藻纯种培养体,配制10 种不同浓度比例的浮游植物混合培养体,利用平行因子模型算法(PARAFAC)对混合培养体的三维荧光光谱进行了拟合,成功地区分了3 种浮游植物组分.组分1(梅尼小环藻)、组分2(小球藻)和组分3(铜绿微囊藻)在模1 上得分与其在混合样品中的实际相对浓度具有良好的线性关系,相关系数分别达到0.98222, 0.97865 和0.99788,证实了利用三维荧光光谱和PARAFAC 模型分类测量浮游植物浓度的可行性.     

重金属胁迫对三角褐指藻生长及叶绿素荧光特性的影响

利用调制式叶绿素荧光仪研究了不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+胁迫不同时间(24、48、72和96 h)后,三角褐指藻叶绿素荧光特性的变化情况.测定的主要参数有:光系统II(PSII)的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(Yield=ΦPSII)、相对光合电子传递效率(rETR)、光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ).研究结果表明,重金属(Cu2+、Zn2+、Cd2+)胁迫下三角褐指藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、rETR和qP均明显降低,并且随着重金属离子浓度的增加,胁迫时间的延长,下降幅度逐步增大;NPQ先上升后下降或者逐渐上升;细胞密度和叶绿素含量也显著降低.对3种重金属离子的半抑制浓度(EC50)的计算结果表明,3种重金属毒性大小顺序为Cd2+> Cu2+> Zn2+.     

硅藻和甲藻的荧光识别测定技术研究

基于浮游植物活体叶绿素荧光激发光谱建立了硅藻和甲藻的识别测定技术。根据Fisher判别分析结果,浮游植物活体叶绿素荧光激发光谱具有同门类藻谱形相似、不同门类藻谱形差异明显的特点,可作为硅藻和甲藻的识别特征谱,据此建立了浮游植物荧光特征谱库,并利用非负最小二乘法进行识别测定,其中单门类样品共有258个,识别正确率为98%,回收率≥79%;两个门类的混合样品共有18个,识别正确率为78%,回收率≥76%。     

中肋骨条藻与锥状斯氏藻藻际细菌溶藻效应研究

通过向对数生长期的中肋骨条藻和锥状斯氏藻培养体系中分别加入体积分数1%和10%的2216E培养基,以未加入培养基的对照组和10%无菌组作为对照,研究藻际细菌的溶藻效应.结果表明,对照组、1%组及10%无菌组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长未受抑制,而10%组的中肋骨条藻和锥状斯氏藻生长则受到显著的抑制(p0.001),在第96h时,藻细胞几乎都被裂解,藻细胞数、叶绿素a含量及叶绿素荧光效率(Fv/Fm)显著低于对照组、1%组及10%无菌组(p0.001),表明藻际细菌具有抑制微藻生长的作用.在整个溶藻过程中,中肋骨条藻10%组细菌丰度增加了约250倍,锥状斯氏藻10%组藻际细菌丰度增加了约300倍,藻际细菌丰度的剧增可能是溶藻的主要原因.作为溶藻效果的评价指标,叶绿素荧光效率要优于细胞形态的改变、藻细胞数量的变化及叶绿素a含量,是较理想的溶藻检验指标.     

浒苔藻体叶绿素提取方法的比较

为了确定一种快速准确测定浒苔藻体叶绿素含量的方法,利用分光光度计法比较了两种不同的提取方法及4种提取剂测定叶绿素的效果,并分析了叶绿素在4种提取剂中的稳定性。结果表明:两种提取方法下4种不同提取剂的吸收光谱基本相似,可以用Arnon法的计算公式来计算叶绿素含量。其中,研磨法对浒苔叶绿素的提取效果较浸提法提取速度更快,便于快速测定藻体叶绿素含量。在4种提取剂中,采用95%乙醇提取浒苔叶绿素速度更快,但提取的总量少,稳定性低。     

长江口及东海赤潮海洋环境特征综合探讨

针对我国东海及长江口邻近海域赤潮频繁发生的现象,本文通过大量文献查阅和研究追踪,分别从东海赤潮的生物化学、物理海洋和地质沉积三大方面对其爆发的海洋环境特征进行了综合研究。具体涉及浮游藻类密度、叶绿素a含量、初级生产力、海洋温盐流、地貌沉积八个分项的解释,从整体上对长江口及东海赤潮生消演变的海洋环境进行了初步的探讨,为进一步的认识赤潮提供了研究基础。     

九龙江拟多甲藻水华预警和应急处置的初步研究

介绍了九龙江北溪及甲藻水华暴发的情况,根据国内外研究报道和九龙江北溪拟多甲藻水华暴发期间相关监测结果,拟定甲藻密度达到5×10^5个／L、叶绿素a含量〉15mg／m^3、pH〉7、D0〉8mg／L、高锰酸盐指数〉2．0mg／L为临界状态;甲藻密度达到1×10^6个／L、叶绿素a含量〉40mg／m^3、pH值接近8、D0〉9mg／L、高锰酸盐指数〉3．5mg／L为初步暴发状态;甲藻密度达到〉1×10^7个／L、叶绿素a含量〉85mg／m^3、pH〉8、D0〉10mg／L、高锰酸盐指数〉6．0mg／L为严重暴发状态。并结合当地的实际情况,对不同预警条件下应急响应和处置拟多甲藻水华的物理、化学和生物等具体措施进行初步研究。提出九龙江水系中封闭型水域可采取化学方法,支流水域可采用植物及化感技术和超声波方法,干流自来水厂采取围隔过滤和生态调水等方法应急处置拟多甲藻水华。     

三峡库区大宁河枯水期藻细胞的时空分布

本研究旨在为三峡库区大宁河藻华预警提供基础数据,于2011年4～9月期间在大宁河流域选择4个取样点开展藻细胞时空变化研究.藻细胞在时间序列表现为:4～9月,藻种主要以蓝藻、绿藻和硅藻为主,藻密度呈逐步递增趋势;在此期间4个取样点的蓝藻比重均逐步增大,硅藻比重逐步降低,绿藻比重变化不显著.藻细胞在空间分布上表现为:藻密度与水温和叶绿素呈极显著相关,相关系数分别为0.97和0.95,与光照、溶解氧、pH值和可溶性磷盐呈显著相关,相关系数分别为0.87、0.83、0.82、0.82;菜子坝在整个试验期间0 m处藻密度比其他水层的藻密度高,白水河在6月和7月的2.0 m处藻密度最高,双龙在7、8和9月的0 m和2.0 m处藻密度较高,大昌在整个试验期间,藻密度变化不大;不同藻细胞在垂向水层中的比重也随时间的变化而改变,可能是不同藻细胞适合不同生态环境所致.     

基于天地协同的巢湖水华分布特征分析

基于MODIS影像监测2016年巢湖蓝藻水华分布,结果表明：水华的频次,持续时间从西北部水域向东南部水域逐渐减弱;西半湖湖心水华开始日期最早（5月19日）,持续时间最长为131d,塘西水华发生频次较多（10次）.进一步将水华遥感监测结果与同步水面实测水质参数数据（藻密度,叶绿素a,总氮,总磷）进行相关性分析,利用Q型聚类分析将水面实测采样点分为东区和西区两部分.西区藻密度,叶绿素a,总氮,总磷和水华面积相关性较强（R²均大于0.6）.     

三峡库区大宁河藻细胞昼夜垂直迁移研究

旨在准确为三峡库区藻华预警提供基础数据,本研究于2011年7月底在三峡库区大宁河流域进行藻细胞昼夜垂直迁移试验.结果表明,大宁河在此期间,藻细胞主要以绿藻、蓝藻、硅藻和甲藻为主;藻细胞在水体中的分布不均匀,72.5%～76.2%的藻细胞集中在0.5～4.0 m水体之间,0～0.5 m处藻细胞较少,占垂直水体藻密度的7.5%～16.3%,白天藻细胞Morisita指数(MI)为1.41～1.97,夜晚MI指数为1.17～1.55,叶绿素a白天MI指数为1.31～1.59,而夜晚MI指数为1.17～1.39.藻细胞在水体中存在明显的昼夜垂直迁移现象,该现象主要发生在0.5～4.0 m水体之间.水体中的藻密度受营养盐的影响较小,与可溶解性总磷显著相关(r=0.89),藻密度主要受温度、pH值和导电率影响,藻密度与温度、pH值和导电率呈极显著相关,相关系数分别为0.96、0.97和-0.99.     

NOAA卫星监测巢湖蓝藻水华的试验分析

采用实地水质采样分析、水面光谱测量等实地监测 ,并结合NOAA气象卫星遥感信息 ,对巢湖水华进行星地同步调查监测。结果表明 ,蓝藻叶绿素的存在使得进入近红外波段水体反射率明显上升 ,基于这一光谱特性以及蓝藻特有的漂浮特性 ,可利用NOAA卫星监测巢湖等内陆大面积的严重污染湖泊蓝藻水华的分布状况。