活体浮游植物同步荧光光谱特征分析研究
同步荧光光谱是同时扫描激发和发射两个单色器波长所得到的荧光强度信号与对应的激发波长(或发射波长)构成的光谱图，其具有使谱图简化、选择性提高、光散射干扰减少等特点，尤其适合对多组分混合物的分析。本论文首次使用同步荧光光谱技术对活体浮游植物进行分析研究，并结合化学计量学方法对多组分混合物定性定量分析进行了初步研究。
本文选取中国东海赤潮多发区10种分属于四个门类的典型浮游植物赤潮种、优势种(包括甲藻3种：裸甲藻Gymnodinium sp，具齿原甲藻Prorocentrumdentatum，塔玛亚历山大藻Alexandrium tamarense；硅藻5种：中肋骨条藻Skeletonema costatuma，双突角毛藻Chaetocero didymus，细柱藻Cylindrothecaclosterium，旋链角毛藻Chaetoceros curvisetus，柔弱角毛藻ChaetocerosDebilis；金藻1种：等鞭金藻lsochrysis galbana；绿藻1种：岛国大扁藻Platymonas helgolanidica)，对不同温度，光照，生长期条件下单一浮游植物活体的同步荧光光谱特征进行了研究，在纲(Class)或更细层次上识别典型浮游植物。本论文的主要研究成果如下：
1．对活体浮游植物的同步荧光光谱特征提取方法进行了研究。活体浮游植物的原始同步荧光光谱噪声较大，光谱粗糙，严重掩盖了光谱的有用信息，因而对原始光谱进行多项式平滑和归一化等预处理，得到光滑的光谱。应用Bayes 判别分析，对光谱的重现性进行了验证，并且考察了同种藻种的相似性以及不同藻种之间的差异性。结果表明甲藻门的裸甲藻Gymnodiniumsp，具齿原甲藻Prorocentrum dentatum，塔玛亚历山大藻Alexandrium tamarense；硅藻门的双突角毛藻Chaetocero didymus，细柱藻Cyindrotheca closterium，旋链角毛藻Chaetoceros curvisetus，柔弱角毛藻Cymnodinium Debilis之间很容易出现互判错误，因为其光谱比较相似。不计五种硅藻之间的互判错误率，在15℃，20℃下平行样的判别错误率低于8％，而25℃下判别错误率低于17％，在不同生长期，不同光照和不同温度的互判中，判别错误率均低于18％，且主要错判集中在甲藻之间的互判错误上。利用“组间离差与组内离差之比SSB／SSW”的方法对光谱提取特征量，SSB／SSW为0.7时得到最优特征波长段，43个波长点并对特征波长段进行Bayes判别，不计硅藻之间的互判错误率，15℃，20℃下平行样的判别错误率低于6％，而25℃下判别错误率低于18％。其他判别结果除在25℃下生长期的判别错误率达到30％以上外，其他 的判别结果均低于18％，与全谱判别结果相当。
2．考察了活体浮游植物之间的相似性，并运用系统聚类分析确立了活体浮游植 物的标准谱。将各个藻种的全部光谱排列到一起，从图上直观得到浮游植物的相似性。等鞭金藻Is、岛国大扁藻Pl和中肋骨条藻Sk的光谱相似度高，裸甲藻Gy、塔玛亚历山大藻Al、具齿原甲藻pr，双突角毛藻Di，细柱藻Cl，旋链角毛藻Cu，柔弱角毛藻De光谱相似度稍差。对筛选所得光谱进行聚类分析，从而确立浮游植物的标准谱。等鞭金藻Is、岛国大扁藻pl和中肋骨条藻Sk各得到一条标准谱，裸甲藻Gy、塔玛亚历山大藻Al、具齿原甲藻Pr，双突角毛藻Di，细柱藻Cl，旋链角毛藻Cu，柔弱角毛藻De光谱各得到两条标准谱。
3．对浮游植物的混合液光谱的拆分方法进行了初步研究。采用遍历非负最小二乘法(NNLS)对实验设计的43个混合藻进行拆分。讨论了藻种数的确定与 拆分正确率的规定，选定阈值为0.2，正确率在纲的层次上达到了91％，属的 层次上达到65％。
总之，本文对浮游植物同步荧光光谱进行了初步的分析研究，运用遍历非负最小二乘法，可以将实验室混合液四个门类的浮游植物分开。
浮游植物;同步荧光光谱;光谱相似性;标准谱
中国海洋大学
硕士
应用化学
张前前
2006
中文
Q948.8
73
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）