基于荧光特征的海洋浮游植物快速分类方法分析.docx

基于荧光特性的海洋浮游植物迅速分类措施研究基于荧光特性的海洋浮游植物迅速分类措施研究 摘 要三维荧光光谱法敏捷度高，能给出整个激发、发射波长范畴内的所有荧光指 纹信息，是一种可以实现直接、迅速进行浮游植物种类和数量分析的措施本论 文旨在通过提取光谱特性，结合多种化学计量学措施，建立基于荧光特性的海洋 浮游植物迅速分类措施，该分类介于生物形态分类的门类(Division)和属(Genus) 之间选用25种分属于5个门类的浮游植物赤潮种或优势种进行实验室培养，包 括7种甲藻：塔玛亚历山大藻(hlexandrium tamarense)、东海原甲藻(Prorocentrum micans)、海洋原甲藻(Prococentrum marinum)、裸甲藻(Gymnodinium sp．)、简 裸甲藻(Gymnodinium simplex)、微型原甲藻(Prorocentrum minimum)、锥状斯 比藻(Scrippsiella trochoidea)10种硅藻：尖刺拟菱形藻(Pseudo·nitzschiapungens (PS0201-01))、中肋骨条藻(Skeletonema costatuma)、圆筛藻(Coscinodiscus sp．)、 细柱藻(Cylindrotheca closterium)、盒形藻(Odontella cf_sinensis)、旋链角毛藻(Chaetoceros Curvisetus)、纤细角毛藻(Chaetoceros Debilis)、双突角毛藻 (Chaetoceros Didymus)、圆海链藻(Thalassiosi raromla)、布氏双尾藻(Ditylum brightwellii)：2种绿藻：小球藻(Chlorellapynenoidosa)、岛国大扁藻(Platymonas helgolanidica)2种蓝藻：聚球藻(Synechocoocus sp．)、鱼腥藻(Cyanophyceae Anabaena sp．)；4种着色鞭毛藻：棕囊藻(Phaeocystis globosa)、隐藻(Rhodomonas sp．)、盐水隐藻(Rhodomonas salina)、海洋卡盾藻(Chattonella marina)，在不 同实验条件下，涉及3个温度水平(25"c、20"C、15。

c)、5个光照水平(15000 lux、10000 lux、7000 lux、4100 lux、1180 lux)，对海洋浮游植物的三维荧光光谱进行 了研究重要研究涉及： 1．研究了基于荧光特性的海洋浮游植物的“光谱类别"一方面对原三维荧光光谱 清除瑞利散射，采用主成分分析法(PCA)提取特性光谱以平均相似系数R和第一主成分奉献率s1／∑S；两个度量指标考察特性光谱的相似性成果显示，基于荧光特性的海洋浮游植物迅速分类措施研究两种相似性度量指标变化趋势基本相似，S1／罗S，的变化趋势相对明显为了筒对浮游植物进行分类鉴别，一方面根据相似性度量和系统聚类分析成果，对每种藻 提取一到多条谱代表原特性光谱，共得到25种藻的30条代表谱结合比值法、 系统聚类法和基于主成分分析的特性投影显示法，将25种藻划提成10个“光谱 类别"，该类别定义以浮游植物的荧光光谱为基本，介于生物学概念中“门类” 和“属”之间，以Bayesian鉴别法验证了划分类别的有效性 2．以原则叶绿素a(Chl口)为基准考察了措施的检出限一方面，观测原则Chl a 的三维和激发荧光光谱，本文选用发射波长665 nnl，激发波长380、410、430 nln 三处荧光强度的均值，作为相应浓度Chl a的荧光强度值，得到Chl a原则曲线。

采用IUPAC法计算措施得出检出限为0．065#g／L；采用ISO新估算法得到定性 检出限为1．85#g／L，定量检出限为2．77#g／L然后，考察了本实验-仪器条件下活体浮游植物荧光光谱法的检出限选用三维荧光光谱中发射波长670．680姗，激发波长440 nnl处荧光强度的均值，与上述选定的原则Chl a的荧光强度相对 应，以原则Chl a浓度来表达浮游植物的丰度根据IUPAC得到活体浮游植物的 检出限为0．10／tg／L；根据实验得到每种藻的实际检出限在2．5-20．0#g／L之间3．建立了活体浮游植物荧光光谱的分析辨认措施采用遍历非负最小二乘法(Ⅻm S)对实验设计的660个单种样品和105个混合样品进行分析，讨论了物 种数的拟定与拆分对的率的规定，选定拆分系数的阈值为O．2在本文所拟定的 “光谱类别”上，单种浮游植物样品荧光光谱的辨认对的率几乎达100％；所有 混合样品的定性对的率为87％，剔除浓度低于实际检出限的样品后所剩的95个 混合样品的定性对的率可以达到95％综上所述，本文基于25种藻的大量光谱数据，划分了10个“光谱类别"， 运用NNLS法对单种藻和混合藻样品的定性定量分析验证了此光谱分类的有效 性。

核心词：浮游植物；三维荧光光谱；特性光谱；系统聚类分析基于荧光特性的海洋浮游植物迅速分类措施研究Assessment of marine phytoplankton using／n vivo excitation．emission matrix fluorescence spectra AbstractIn this study the feasibility of using／n vivo excitation—emission matrix(EEM) spectra of living phytoplankton for determining abundance of specific classes of phytoplankton was investigated．The EEM spectrum method，with a high sensitivity,Call give total fingerprints information in the whole range of wavelengths．It is a rapidanalysis method that can provide qualitative and quantitative information．On the basis of the former research work of our group，this paper aims to explore spectrographical classifications of phytoplankton，which is at the level betweendivision and genus in Biology,and set up a rapid fluorescence analysis method toidentify the most abundant phytoplankton class and assess its abundance．Twenty-five phytoplankton species，representing five divisions in the East China Sea were chosen，including seven Dinophyta species：Alexandrium tamarense， Prococentrum marinum,Prorocentrum micans，Gymnodinium sp．，Gymnodinium simplex，Prorocentrum minimum，Scrippsiella trochoidea；ten Bacillariophyta species：Pseudo—nitzschia pungen(PS0201-01>Skeletonema costatuma,Coscinodiscus sp， Cylindrotheca closterium,OdonteUa 6f_sinensis,Chaetoceros eurvisetus, Chaetoceros debilis,Chaetoceros didymus,Thalassiosi rarotula and Ditylumbrightwellii；two Chlorophyta species：Chlorella pynenoidosa and Platymonas helgolanidica；two Cyanophyta species：Synechocoocus sp．andAnabaena six；four Chromophyta species：Phaeocystis globosa,Rhodomonas sp．，Rhodomonas salinaand Chattonella marina．The species were cultivated in lab under differenttemperatures(25℃，20"12，15'c)and illumination intensities(15000 lux，10000 lux， 7000 lux，4100 lux，1100 lux)．The main research work is as follow：1．The classifications of marine phytoplankton using EEM fluorescence spectra were studied．On the basis of chemometrics methods obtained from the former research work,after the Rayleigh and Raman scattering peaks were removed from EEM，characteristic spectra were obtained by using principle component analysis(PEA)．Two indexes mean correlation coefficients R and the first component contribution基于荧光特性的海洋浮游植物迅速分类措施研究S1／4 sf to explore the spectra similarity．The results indicate that fluctuating range ofiTlsd 4 sf was larger than R．In order to classify phytoplankton，first，one or morei'1"Irepresentative spectra were obtained for each species according to the similarity measurements and hierarchical cluster analysis(HCA)of characteristic spectra，and 30 representative spectra were obtained in total．Then the twenty-five phytoplankton species were spectrographically sorted into different‘‘spectral classes’’by means of HCA,projection discrimination based on PCA 。