一种浮游植物群落组成快速测定方法技术

本发明专利技术公开了一种浮游植物群落组成快速测定方法，包括以下步骤：（１）获得浮游植物荧光光谱原始谱库；（２）构建高维正交空间，将浮游植物荧光光谱原始谱库投影到该高维空间，提取浮游植物荧光光谱特征，建立浮游植物荧光光谱特征谱库；（３）对浮游植物样品荧光光谱进行识别分析，给出所测样品中所含浮游植物的种类和／或数量。本发明专利技术方法根据我国近海浮游植物群落组成特点和赤潮发生时浮游植物群落结构特点，基于浮游植物荧光光谱，建立的一种在未发生赤潮情况下能够在门类的水平上测定浮游植物群落组成，赤潮发生时在属的水平上识别测定发生赤潮的浮游植物的荧光鉴别方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物种类和/或数量检测
，特别涉及一种海洋生态 环境监测过程中使用的浮游植物群落组成快速测定方法。
技术介绍
赤潮浮游植物识别测定技术可以大致归纳为两个层面①基于活体分析 的浮游植物群落组成的测定技术。最经典最常用的浮游植物分类检测方法是 利用光学显微镜直接观测浮游植物的形态和数量，此方法需要专业人员完 成，且费时费力，无法满足现场快速监测的需要。图象识别技术是在显微镜 基础上加装CCD摄象，将浮游植物图象拍摄下来，经过处理与图象库中的 图象对比识别，获得浮游植物群落组成的信息。流式细胞仪技术与图像技术 结合产生了 Flowcam技术，即让藻细胞呈单层状态在流通池中流动，利用 CCD摄取流通池中藻细胞的图像后，进行图像识别，该技术已经商品化。 但是，图像技术识别能力会受到样品溶液浊度的影响，而且也不是一个普及 应用的技术。②运用化学分析技术，获得浮游植物群落组成的信息。目前研 究较为广泛的是基于浮游植物色素分析的浮游植物群落组成分析方法。但色 素分析方法需要高效液相色谱仪，试剂消耗量大，样品前处理繁瑣，限制了 其在业务化监测中的应用。新近发展的基因分析技术，是通过一定的筛选方 法确定目标浮游植物的特征DNA片段，通过DNA片段的比对分析，实现 对未知样品的浮游植物群落组成测定。但是，该技术是针对单种藻建立分子 探针，适用于特定海域对引发赤潮的有限种藻的识别分析，对于赤潮发生前 大量藻种共存的浮游植物群落组成的分析尚有困难。上述技术所依赖的仪器都不是现有海洋监测基站的常用仪器，也难以实 现快速、实时地鉴别引发赤潮的浮游植物的现实需要。浮游植物活体荧光技 术则具有上述特点，且具有样品测定前不需要前处理及不产生废液的"绿色" 特性。5近十年来，荧光技术在海洋浮游植物群落组成监测方面得到很大的发展。Kolbowski等(1995)通过初始荧光(F0)区分开了三个主要的藻类种 群；Beutler等(2002),利用浮游植物活体叶绿素荧光激发光谱，将浮游 植物分为四大类(绿藻，蓝藻，隐藻，混合藻(含曱藻和硅藻))识别测定， 建立了浮游植物群落组成测定技术，这就是目前已经商品化的BBE藻类分 析仪。但BBE藻类分析仪无法将我国近海海域最重要的两类藻硅藻和曱藻 分类识别，因而难以满足我国海域浮游植物监测的需要。国内对浮游植物荧光检测技术也开展了广泛的研究，赵冬至等在863发 明(模块化赤潮卫星遥感监测技术，2001AA636020 )的支持下，采用现场 实测和室内培养两种方式测定了曱藻、赤潮异弯藻、叉角藻、海洋蓝绿藻等 赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲 线.采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的归一化荧光高度法，建立了不 同藻类归一化荧光高度与叶绿素浓度的关系。同时建立了不同藻类荧光峰位 置与叶绿素a浓度的关系。金海龙等进行比值光谱分析得到含叶绿素b、叶 绿素C海藻明显的区别特征，从而为海藻活体识别进行了有意义的尝试。 另外，他们还对单一海藻和混合海藻进行荧光激发光谱的二阶导数分析，用 二阶导数荧光发射光谱的谷点和峰值点为特征点，取特征点对应的荧光发射 光谱的相对强度的归一化数据为特征参数，进行混合海藻的线性多元回归分 析，实现藻的荧光分类测定。上述这些研究和实际应用充分表明了活体荧光技术运用于浮游植物种 群组成分析及发生赤潮时赤潮藻识别测定的前景。但是，目前的研究只是局 限于某类具有显著荧光特征的浮游植物的测定或将浮游植物粗略的分为几 大类后进行识别监测，也没有一种在发生赤潮时对引发赤潮的赤潮藻进行鉴 别的浮游植物荧光分析技术。根据我国近海浮游植物群落组成特点和赤潮发生时浮游植物群落结构 特点(我国近海海域主要浮游植物类群有硅藻、曱藻、绿藻、黄藻、蓝藻、 金藻和隐藻，群落组成总是以l-2个门类的藻占绝对优势；发生赤潮时，多 为单相型赤潮，双相型赤潮较少见，而且就我国近海海域而言，发生赤潮的 藻种是有限的和相对确定的，因此赤潮发生时在属的水平利用荧光技术鉴别 引发赤潮的浮游植物是完全可能的)，基于浮游植物荧光光语，建立一种在6"正常"(未发生赤潮)情况下能够在门类的水平上测定浮游植物群落组成， 赤潮发生时在属的水平上识别测定发生赤潮的浮游植物的荧光鉴别方法是 我国近岸海域生态监测的迫切需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种浮游植物群落组成快速测定 方法，根据我国近海浮游植物群落组成特点和赤潮发生时浮游植物群落结构 特点，基于浮游植物荧光光谱，能够在未发生赤潮时能够在门类的水平上测 定浮游植物群落组成，赤潮发生时在属的水平上鉴别测定引发赤潮的浮游植 物。目前的荧光分析技术只是局限于某类具有显著荧光特征的浮游植物的识 别测定或将浮游植物粗略的分为几大类后进行识别测定，特别是对于我国近海海域极为重要的硅藻和曱藻，包括BBE在内的现有荧光分析技术都无法 将它们分类检测，也没有一种能够在赤潮发生时对引发赤潮的藻种进行现 场、实时识别监测的技术。根据我国近海浮游植物群落组成特点和赤潮发生 时浮游植物群落结构特点，建立一种在"正常"(未发生赤潮)情况下能够 在门类的水平上测定浮游植物群落组成，赤潮发生时在属的水平上识别测定 发生赤潮的浮游植物的技术是我国近岸海域生态监测的迫切需要，也是目前 最有可能实现现场、快速、实时的浮游植物群落结构监测技术之一，该技术 的实现将为研究赤潮生消机制，进而防治赤潮提供有力的技术保障。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种浮游植物群落组成快速测定方 法，包括以下步骤(1) 获得浮游植物荧光光语原始谱库；(2) 构建高维正交空间，将浮游植物焚光光谙原始谱库投影到该高维 空间，提取浮游植物荧光光谱特征，建立浮游植物荧光光谱特征谱库；(3) 对浮游植物样品荧光光谱进行识别分析，给出所测样品中所含浮 游植物的种类和/或数量。所述荧光光语可以包括由荧光分光光度计获得的连续三维荧光光谱， 多激发荧光光镨仪获得的离散三维荧光光谱。所述构建高维正交空间的方法优选为通过小波分析技术构建高维正交 空间。所述小波分析技术可以包括多小波技术和/或小波包技术。 所述步骤(3)可以进一步包括(3 )利用多元线性回归和非负最小二乘解析建立浮游植物荧光识别分 析技术，对浮游植物样品荧光光谱进行识别分析，给出所测样品中所含浮游 植物的种类和/或数量。所述步骤(2)可以进一步包括(2) 利用正交小波函数构建高维正交空间，将浮游植物荧光光谱原始 谱库投影到该高维空间，在各投影空间中选择稳定而特异性强的荧光特征段 或特征段组合，作为浮游植物荧光特征谱，通过聚类分析技术构建浮游植物 荧光光谱特征谱库。所述步骤(3)可以进一步包括(3) 对浮游植物样品荧光光谱进行识别分析，给出所测样品中所含浮 游植物的种类和/或数量借助多元线性回归在未发生赤潮时在门类的水平 上测定浮游植物群落组成，发生赤潮时在属的水平上识别测定引发赤潮的浮 游植物。所述通过小波分析技术构建高维正交空间，可以通过下列步骤实现 采用Haar小波、Daubechies小波系或Meyer小波，选择DB7和COIF2作为小波基函数；小波特征谱定义为原始荧光光谱在小波空间的投影，每个小波空间上的 投影为小波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮游植物群落组成快速测定方法，包括以下步骤：　（１）获得浮游植物荧光光谱原始谱库；　（２）构建高维正交空间，将浮游植物荧光光谱原始谱库投影到该高维空间，提取浮游植物荧光光谱特征，建立浮游植物荧光光谱特征谱库；　（３）对 浮游植物样品荧光光谱进行识别分析，给出所测样品中所含浮游植物的种类和／或数量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏荣国，段亚丽，张传松，王修林，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]