基于活体荧光的藻类识别测定技术

以研制使用单色发光二极管为光源的浮游植物荧光自动监测仪为目标,针对12种我国近海常见浮游植物种,选取12个激发波长点(400、430、450、460、470、480、490、510、525、550、570、590nm)的浮游植物活体叶绿素荧光激发光谱作为特征谱,建立多元线性回归模型,采用非负最小二乘法加以解析.实现了各门类浮游植物的识别测定,特别是硅藻和甲藻的识别测定.所测样品中,单门类浮游植物样晶共有79个,识别正确率为96%,回收率≥68%,其中85%的浮游植物样品回收率≥80%;多门类浮游植物的混合样品共有17个,识别正确率为76%,回收率≥74%.     

海洋浮游植物三维荧光光谱的逐层分类方法研究

提出活体海洋浮游植物三维荧光光谱逐层分类法,将浮游植物区分为不同的"光谱类别"。选取中国近海常见的26种分属于甲藻、硅藻、黄藻、金藻、隐藻、绿藻、蓝藻的浮游植物,在室温20℃和3个光照条件下培养,在第3,6,9,12,15天测其三维荧光光谱。采用主成份分析结合非负最小二乘回归法(NNLSR),以浮游植物叶绿素a的发射峰680nm所对应的激发光谱作为第一特征谱以区分门类,以EX730谱作为硅藻的逐层分类的第二特征谱,SY350谱作为甲藻的第二特征谱,将实验所用9种硅藻和8种甲藻各划分为3个光谱类别;分析405个浮游植物混合物,门类识别正确率大于94%,光谱类别的识别正确率为75%,该方法可用于海洋浮游植物种群结构变化的快速宏观监测。     

基于db7小波的活体浮游植物荧光识别分析技术研究

通过小波变换可对信号的不同频率成分进行分解,为弱信号特征提取提供了有效途径。通过db7小波对分属7个门32个属的43种浮游植物的三维荧光光谱进行分析,后经Bayes判别分析选择小波分解后的第三层尺度分量作为最佳荧光识别特征谱,并通过系统聚类法将最佳特征谱在不同的条件下聚类进而得到门、属上的标准谱库。基于此,运用多元线性回归辅以非负最小二乘法建立浮游植物三维荧光光谱识别技术。利用该技术对4128个单种浮游植物样品和636个混合浮游植物样品进行识别分析。单种浮游植物样品在属水平上的识别正确率为75%,门水平上的识别正确率为95%;浮游植物混合样品中的优势种在属水平上的识别正确率为83%,门水平上的识别正确率为91%。结果表明:该技术可以实现对浮游植物的快速准确识别。     

小波分析在活体浮游植物荧光光谱识别技术中的应用

选取db3小波函数,对分属7个门32个属的43种我国近海常见的优势藻种和赤潮藻种的3-D荧光光谱进行分解,提取小波分解后得到的第2,3层尺度分量作为荧光特征谱。再通过系统聚类的方法分别得到门类和属类层次上的标准谱。在此基础上,利用非负最小二乘法解析的多元线性回归方法建立了浮游植物荧光识别测定的技术。结果表明,利用db3小波函数分解并提取荧光光谱特征,从而在门类水平建立起来的标准谱库,对于单种藻样品的识别正确率平均为96.33%,对混合样品的识别正确率平均为84.27%。在属类水平上建立起来的标准谱库,对于单种藻样品的识别正确率平均为92.53%,对混合样品的识别正确率平均为69.60%。     

基于支持向量机回归的3种常见有毒赤潮藻荧光识别技术

本文基于色素萃取液三维荧光光谱(EEM),利用支持向量机技术建立了3种常见有毒赤潮藻的荧光识别分析技术。选取3种有毒浮游藻在不同光照条件下进行培养,获得其色素萃取液的三维荧光光谱(EEM);利用Daubechies7(db7)小波对浮游藻色素萃取液EEM进行分解,并利用Bayesian判别分析选择最佳识别特征光谱;利用支持向量机回归建立有毒赤潮藻的荧光识别分析技术。该技术对单种藻的识别正确率为100%,对于88个测试集混合样品,当赤潮藻相对含量为10%、20%、30%、40%、60%、80%和90%时,海洋卡盾藻的识别正确率分别为66.7%、66.7%、100.0%、100.0%、100.0%、100.0%和100.0%,东海原甲藻的识别正确率分别为50%、100%、100%、100%、100%、100%和100%,球形棕囊藻的识别正确率分别为0.0%、50.0%、25.0%、60.0%、100.0%、100.0%和100.0%。可见,当3种有毒赤潮藻相对含量处于较低水平,也即处于赤潮发展期时,该技术就可对其快速进行准确的识别测定。     

近红外光谱识别模拟海面溢油

对模拟溢油的石油类样品进行近红外光谱检测并进行了主成分分析,以主成分得分作为聚类的特征变量进行模糊聚类,采用近红外光谱测量结合主成分分析和模糊聚类法快速识别模拟溢油种类,并建立了样品聚类与识别模型。采用此模型对柴油、汽油和润滑油等334个与海水体积分数≥4∶10 000的模拟溢油样品进行了准确快速的分类和识别,为近红外光谱技术判别实际溢油样品提供了科学依据。     

南麂海域浮游植物的分布特征

通过对南麂海域2003～2005年4个季节8个航次浮游植物样品的观察,对不同季节浮游植物的种类组成和数量分布进行了分析。研究结果表明,从调查样品中鉴定出浮游植物为3门34属128种。南麂海域的浮游植物密度从4月下旬到12月中、上旬(除赤潮消亡期外),基本保持在107个/m3以上。春季浮游植物以甲藻为主,夏季和冬季以硅藻为主;秋季大部分时间浮游植物以硅藻为主,有时以甲藻为主。能形成该区域赤潮的生物有14种,其中已引发赤潮的生物占6种(甲藻3种,硅藻3种)。春季赤潮为有色赤潮,有较大的危害性;其它季节的赤潮为无色赤潮,未出现危害现象。     

长江口海域春季浮游植物的年际变化

于2014年5月在长江口海域采集海水样品,分析了浮游植物种类组成、细胞丰度、优势种等群落结构特征。共鉴定浮游植物105种,其中硅藻30属56种,甲藻19属41种,以及隶属于金藻、蓝藻等的8个种。浮游硅藻以近岸半咸水种为主,优势种类是中肋骨条藻(Skeletonema costatum);浮游甲藻以沿岸广布种为主,典型代表是东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)。为了更好地了解长江口海域浮游植物的年际变化趋势,本文收集整理了该海域1986—2014年间的春季数据,分析了浮游硅藻、浮游甲藻主要群落特征的年际变化,以及浮游硅藻优势种类细胞粒径的变化趋势。结果表明:(1)浮游硅藻、浮游甲藻的种类数均呈现不同程度的上升趋势,浮游甲藻的上升幅度更为明显;(2)浮游甲藻种类数在浮游植物种类数中的占有比例呈上升趋势,而浮游硅藻所占比例呈下降趋势;(3)浮游硅藻优势种类的细胞粒径呈现小型化趋势。     

热带东印度洋春季浮游植物群落结构空间特征分析

基于2013年3月至5月采集的热带东印度洋海域(10.0°S～4.0°N, 83.0°～97.5°E)浮游植物水样样品，分析了其种类组成、优势类群、细胞丰度等群落特征参数，综合比较了水平和垂向上浮游植物种类及丰度的差异性，初步探讨了其成因。结果表明:2013年春季热带东印度洋微型浮游植物共鉴定出306种，主要由硅藻、甲藻、金藻、蓝藻、裸藻和隐藻六大门类组成，其优势类群主要以粒径较小的隐藻、微型甲藻、菱形藻、环沟藻等为主。水平分布上，各水层浮游植物细胞丰度分布趋势相似，但斑块特征明显，其高值区位于88°E断面赤道以南次表层水域(30 m、75 m)，局部区域细胞丰度值可达104 cells/L以上；与其毗邻的东南部、东部水域为低值区，并向赤道延伸。垂直剖面上，硅藻和甲藻广泛分布在各取样深度，但分布特征有明显的空间差异和规律，0 m、30 m大部分站位硅藻种类比例在0.2～0.3甚至更低，甲藻在0.7～0.8，随着水层加深(75 m、100 m、150 m、300 m)，硅藻种类占比上升到0.5～0.6，甲藻降低到0.4～0.5，无论硅藻还是甲藻种类数75 m层最丰富。30 m和75 m水层细胞丰度明显高于其他水层。甲藻是热带东印度洋微型浮游植物种类和细胞丰度的重要贡献者，低生物量海域表现的更为明显，贡献率大于80%。该研究将极大丰富东印度洋浮游植物群落空间特征基础信息较匮乏的现状，为量化、评估该海域的生物资源提供数据支撑。     

2006 年春季长江口及其邻近水域浮游植物

根据2006 年5 月在长江口及其邻近水域（30毅30忆N-32毅30忆N,121毅E-123毅30忆E）39 个测站采集的浮游植物水样,应 用Uterm觟hl方法初步分析研究了该水域浮游植物群集特征,并针对浮游植物优势物种与相关环境因子进行典范对应分析。调 查区浮游植物以硅藻和甲藻为主,此外还有少量的金藻、蓝藻和绿藻。浮游植物细胞丰度介于0.76耀6123.78 cells/mL 之间, 平均为397.94 cells/mL,主要优势物种为具齿原甲藻（Prorocentrum dentatum）,骨条藻（Skeletonema spp.） 和米氏凯伦藻 （Karenia mikimotoi）,细胞丰度明显高于2006 年同航次网样分析结果,具齿原甲藻和米氏凯伦藻水采样品中为优势物种,网 样中则较少检出,水采结果甲藻丰度比例远高于硅藻,与网采结果相反。甲藻物种数和丰度比例较往年明显增加,群集结构 与其他季节有明显差异。浮游植物细胞丰度在5 m层出现最大值。两个典型断面的浮游植物分布特征受到具齿原甲藻、骨条 藻和米氏凯伦藻共同影响。南部水域浮游植物群集多样性程度和物种均一性高于浮游植物密集区。应用典范性对应分析表明 春季环境因子中盐度、溶解氧与甲藻相关性较大,硅藻与pH 值和营养盐浓度关系更为密切。     

基于三维荧光光谱-平行因子技术联用的浮游藻化学分类学技术研究

An in vivo three-dimensional fluorescence method for the determination of algae community structure was developed by parallel factor analysis(PARAFAC) and CHEMTAX. The PARAFAC model was applied to fluorescence excitation-emission matrix(EEM) of 60 algae species belonging to five divisions and 11 fluorescent components were identified according to the residual sum of squares and specificity of the composition profiles of fluorescent. By the 11 fluorescent components, the algae species at different growth stages were classified correctly at the division level using Bayesian discriminant analysis(BDA). Then the reference fluorescent component ratio matrix was constructed for CHEMTAX, and the EEM–PARAFAC–CHEMTAX method was developed to differentiate algae taxonomic groups. The correct discrimination ratios(CDRs) when the fluorometric method was used for single-species samples were 100% at the division level, except for Bacillariophyta with a CDR of 95.6%. The CDRs for the mixtures were above 94.0% for the dominant algae species and above 87.0% for the subdominant algae species. However, the CDRs of the subdominant algae species were too low to be unreliable when the relative abundance estimated was less than 15.0%. The fluorometric method was tested using the samples from the Jiaozhou Bay and the mesocosm experiments in the Xiaomai Island Bay in August 2007. The discrimination results of the dominant algae groups agreed with microscopy cell counts, as well as the subdominant algae groups of which the estimated relative abundance was above 15.0%. This technique would be of great aid when low-cost and rapid analysis is needed for samples in a large batch. The fluorometric technique has the ability to correctly identify dominant species with proper abundance both in vivo and in situ.     

Research on the discrimination methods of algae based on the fluorescence excitation spectra

The excitation spectra of chlorophyll (Chl) fluorescence can be used to differentiate phytoplankton populations at phylum level in vivo and in situ within a few minutes.The investigated phytoplankton divisions (Dinophyta,Bacillariophyta,Chrysophyta,Cyanophyta,Cryptophyta,Chlorophyta) are each characterized by a specific composition of photosynthetic antenna pigments and,consequently,by a specific excitation spectrum of the Chl fluorescence.Norm excitation spectra (emission of 680 nm and excitation of 400–600 nm) of every division were obtained from several species per division by a F4500 fluorescence spectrophotometer.Fisher’s linear discriminant analysis of the norm spectra shows that the divisions could be discriminated.The discrimination method,established by multivariate linear regression and weighted least squares,was used to differentiate the phytoplankton samples cultured in the laboratory and samples collected from the Jiaozhao Bay at division level.The correctly discriminated samples were more than 94% for single algal species ones,more than 84% for simulatively mixed ones,more than 83% for real mixed ones and 100% for samples collected from the Jiaozhou Bay for the dominant species.The method for phytoplankton differentiation described here can be applied to routine checking by fluorescence spectrophotometer,and benefit the monitoring and supervision tasks related to phytoplankton populations in the marine environments.     

荧光技术在溢油鉴别中的应用

荧光光谱具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等特点被广泛应用于溢油鉴别。通过结合同步荧光光谱法、导数荧光光谱法和三维荧光光谱法对某码头一次溢油事故的溢油样进行分析鉴别,快速准确地鉴别出溢油源,进一步说明了荧光光谱法是溢油鉴别中一种有效的技术方法。研究结果表明:(1)同步荧光光谱对油源较为相近的油样区分能力较差,但可初步判断其相似性;(2)三维荧光光谱图油样荧光强度会受风化等因素的影响,但谱图的整体轮廓受干扰因素影响较小,芳烃的测定结果能比较准确地反映出溢油源的特征信息;(3)一阶导数荧光光谱中峰的比值能增强光谱特征,提高溢油鉴别的分辨能力。     

山东近岸海湾微型浮游植物分布及其丰度与营养盐相关性研究

2006年7月至2007年10月对山东近岸的威海湾、荣成湾、桑沟湾、靖海湾、五垒岛湾及乳山湾(37°28.7'-36°46.3'N,121°28.8'-122°39.6'E)的26个站位按季节进行了4个航次的现场调查,分析了6个海湾不同季节的微型藻类及营养盐情况,并进一步对几种主要微藻类群与各种营养盐之间的相关性进行了研究.结果表明,各海湾微型浮游植物的平均丰度在456.3×104-2332.2×104cell/L之间;夏季和春季的主要优势种为硅藻:冬季主要优势种为黄藻;秋季主要优势种为隐藻.不同微藻类群与不同营养盐的相关性差异显著,其中,与NH4-N的相关性依次为:绿藻＞黄藻＞隐藻＞甲藻＞硅藻＞金藻,相关系数依次分别为0.965、0.929、0.761、0.748、0.671和-0.304;与NO3-N的相关系数的绝对值为金藻＞隐藻＞甲藻＞硅藻＞黄藻＞绿藻;与PO4-P的相关系数的绝对值则为甲藻＞金藻＞绿藻＞黄藻＞隐藻＞硅藻.     

厦门潘涂对虾养殖垦区浮游植物的生态特征

1995年6月至1996年5月对厦门市潘涂对虾养殖垦区的浮游植物进行了调查，鉴定虾池浮游植物82属300种。其中，硅藻229种（底栖种类为主），甲藻30种，绿藻30种，蓝藻5种，隐藻和裸藻各3种。发现虾池浮游植物数量上以硅藻、绿藻和甲藻为主，并且多属于微型和超微型种类、调查虾池浮游植物的生态特征与邻近海区有较大的差别。文中还对浮游植物生态特征及其与保持虾池水质环境稳定性关系方面作了初步探讨。     

凡纳滨对虾-缢蛏生态循环养殖池塘中浮游植物群落结构与水质因子相关性研究

为研究凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）与缢蛏（Sinonovacula constricta）生态循环养殖过程中浮游植物群落结构及其与水质因子变化特征之间的相关性，本实验于2018年6月至11月在宁波市鄞州区椿霖养殖场对虾蛏循环养殖池塘中水质及浮游植物的动态开展了逐月采样监测，分析了养虾塘与养蛏塘中的浮游植物群落结构变化及水质因子变动。结果显示：（1）对虾养殖期间共鉴定出6个门101种浮游植物（包含9个未定种），从种的数量上来看，硅藻门 > 甲藻门 > 绿藻门 > 蓝藻门 > 裸藻门 > 隐藻门，其中包含优势种14种，养殖初期优势种为硅藻门的新月菱形藻（Nitzschia closteriu）、牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）等，随后甲藻门的海洋原甲藻（Prorocentrum micans）和绿藻门的小球藻（Chlorella vulgaris）等逐渐占据优势，后期仍以硅藻门为主要优势种。（2）浮游植物的丰度介于6.8×10⁵-2.5×10⁸cell/L，生物量为2.04-65.72mg/L，Shannon-Wiener多样性指数范围为1.34-2.56，均匀度指数范围为0.43-0.72，多样性水平较高，物种分布的均匀度较好。（3）对浮游植物群落结构与水质因子进行CCA分析后得到硅藻门种群变化主要与温度、盐度、pH密切相关（P<0.05）；绿藻门种群优势受氮含量（总氮、亚硝酸盐氮、氨氮）的影响较大；而甲藻门、蓝藻门种类则与磷含量（总磷、活性磷）与温度相关。     

中国海区常见浮游植物种名更改初步意见

系统地研究了中国海区海洋浮游植物的名称。参照有关文献 ,对硅藻门 37属 1 35种 (包含变种和变型 )、甲藻门 1 6属 60种 (包含变种和变型 )、金藻门 1属 1种和隐藻门 1属 1种的名称进行了适当的调整和更正。对于个别的种类进行了属的迁移和种的联合。     

2011年秋季和2012年春季大亚湾海域浮游植物的分布及主要影响因素

在2011年10月(代表秋季)和2012年4月(代表春季)对大亚湾海域浮游植物的种类组成、优势种和丰度进行了观测,实测数据采用Surfer 8.0软件进行绘图和插图制作,用SPSS 17.0软件进行主成分因子分析(PCA),同时用多元逐步回归分析方法,以主成分得分为解释变量,研究环境因子对浮游植物丰度的影响,以筛选出影响该海区浮游植物丰度分布的重要环境因子,并讨论了浮游植物丰度分布特征与环境因子的相关性及影响浮游植物分布的主要因素。分析结果表明:2个航次观测获得的浮游植物有4门31属51种(包括变型与变种),其中硅藻门的占优势,甲藻门的次之,黄藻与着色鞭毛藻门的较少。秋季浮游植物优势种有赤潮异湾藻Heterosigma akashiwo、中肋骨条藻Skeletonema costatum、刚毛根管藻Rhizosolenia setigera、尖刺菱形藻Nitzschia pungens和菱形海线藻Thalassionema nitzschioides;春季浮游植物优势种有叉状角藻Ceratium furca、微小原甲藻Prorocentrum minimum、梭角藻Ceratium fusus和三角角藻Ceratium tripos。秋季浮游植物丰度为1.56×10⁴~8.03×10⁴个/dm³,平均值为3.95×10⁴个/dm³;春季浮游植物丰度为1.21×10⁴~4.70×10⁵个/dm³,平均值为7.84×10⁴个/dm³。水温、pH值、磷酸盐和总磷是影响大亚湾海域浮游植物分布的主要因素。     

福建漳江口红树林保护区浮游植物群落的季节变化研究

于2001年1月～2003年1月对福建省漳江口红树林区水体浮游植物群落的季节变化进行了研究。结果表明,漳江口红树林区浮游植物以硅藻门种类为主,优势种为长菱形藻(Nitzschia longissima)和菱形藻(Nitzschia sp.1)等,同时出现多种裸藻、绿藻和甲藻。本次调查共鉴定到浮游植物31属87种(包括变种),其中硅藻门23属75种(包括变种),蓝藻门3属3种,绿藻门1属4种,金藻门1属1种,甲藻门2属2种,裸藻门1属2种。浮游植物密度变化范围为2.78×104～1.14×106个/L,平均为3.51×105个/L,季节变化为双峰型。出现大量的底栖硅藻和淡水性藻类是该水域浮游植物的一个特点。浮游植物的组成和结构表明该水域水质较好。