活体浮游植物同步荧光光谱特征分析研究

测量了东海五种常见浮游植物在3个温度(25,20,15 ℃)、3个光照(7 000,4 100,1 100 Lx)下的不同生长期的同步扫描荧光光谱,对其进行了多项式平滑和归一化处理,考察了同种藻的光谱相似性,并运用主成分分析确立了其标准谱。分析结果表明,中肋骨条藻(Skeletonema costatuma, Sk)、等鞭金藻(Isochrysis galbana, Is)、岛国大扁藻(Platymonas helgolanidica, Pl)的特征光谱相似度高,塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)和裸甲藻(Gymnodinium stein)的光谱相似度稍差。实验所用的硅藻中肋骨条藻与甲藻塔玛亚历山大藻、裸甲藻的标准光谱明显不同。     

麻痹性贝毒产毒藻株的三维荧光光谱识别技术研究

利用三维荧光光谱技术,研究了以微小亚历山大藻 （台湾株）（AMSY）、塔玛亚历山大藻（大亚湾株）（ATDY）、链状裸甲藻（防城港株）（GCFC）、塔玛亚历山大藻（香港株）（ATHK）、链状亚历山大藻（南海株）（ACSY）5株4种产麻痹性贝毒(PSP)微藻以及21株不产PSP藻在不同温度条件下培养微藻的各生长期产毒能力与三维荧光的关系。研究结果表明,在不同温度条件下,产毒藻类单位藻细胞产毒量会发生显著变化,低温可促进麻痹性贝毒的产生。通过Db7小波分解,选取Ca3尺度分量的联合荧光谱作为特征谱并利用Fisher判别发现,产PSP藻与不产PSP藻荧光差异主要集中在λ_ex为400~425和450~545nm;λ_em为715~750 nm的波段,利用判别函数建立判别式,实现了对产麻痹性贝类毒素藻类的识别测定。对产PSP毒素藻类的判别率达到93.7%,不产PSP毒素藻类判别率达到93.3% ,综合判别率为93.5%。该研究可实现对水体中活体产PSP微藻的快速识别,为进一步开发产毒微藻识别仪提供理论基础。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分：C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm),C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm),C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

东海硅藻赤潮后海水溶解有机物的荧光特征

利用激发-发射矩阵光谱法(EEMs),测定了2007年4月下旬东海硅藻赤潮消亡后海水溶解有机物的三维荧光,并对荧光特征及其强度与盐度、叶绿素a和碳水化合物的关系进行了分析和讨论。结果显示东海硅藻赤潮后海水中有较强的类蛋白荧光,主要荧光峰有Ex_max/Em_max为270～280/290～315 nm(B峰)和220～230/290～305 nm(D峰)的类酪氨酸荧光峰,230～240/335～350 nm(S峰)和280/320 nm(T峰)的类色氨酸荧光峰,其中B峰强度最大,个别站点荧光强度高达3 955。赤潮消亡主要海区的FI_B/FI_S较大,表明类蛋白溶解有机物主要是由赤潮藻破碎分解产生的类酪氨酸。在255～270/435～480 nm(A峰)和330～350/420～480 nm(C峰)还观察到两种类腐殖质荧光峰,它们的强度低于类蛋白荧光。S峰、A峰和C峰三者之间互相呈较好的正相关,且三者荧光强度与盐度都有显著的线性负相关,其分布均呈现出近岸高远岸低的特点,表明江浙沿岸水的输入是其共同的重要来源。各类荧光峰的强度与叶绿素a的相关性不显著,现存的浮游植物不是赤潮消亡水体中荧光溶解有机物的主要直接来源。     

三维荧光结合平行因子分析在东海溶解有机物研究中的应用

利用三维荧光光谱（EEMs）结合平行因子分析（PARAFAC）,研究了东海夏、秋两季溶解有机物（DOM）的荧光组分特征,并对其种类、分布和来源进行了分析和讨论。共识别出三个荧光组分,分别为类蛋白荧光组分C1（235, 280/330）、陆源或海源类腐殖质组分C2(255, 330/400)以及陆源类腐殖质组分C3（275, 360/480）。两个类腐殖质组分C2和C3之间呈显著正相关,表明他们有相同的来源或在结构上存在某种联系。三组分在两个季节不同水层的分布总体呈现近岸高,远海低的特点。各组分与叶绿素a和盐度的关系表明调查海域的DOM受现存浮游植物的直接影响很小,夏季长江输入是长江口三组分的重要来源,而秋季受长江输入的影响减弱。本研究显示了三维荧光与平行因子分析相结合在海洋溶解有机物的研究中具有很好的应用前景。     

东海海水中荧光溶解有机物质的三维荧光光谱特征

2005年3～4月在东海采集了海水样品,利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了水体中溶解有机物质的荧光性质,通过荧光光谱图中荧光峰的位置、数量、强度的变化及荧光峰之间的相关性,初步判断了荧光物质的种类、分布和来源。东海水体中检测到七种荧光峰,分别为高、低激发波长类色氨酸和类酪氨酸荧光峰、紫外腐殖质荧光峰、可见腐殖质荧光峰和海洋腐殖质荧光峰,其中荧光峰B, S和A出现在整个调查海区中;荧光峰T和D出现在调查海域的北部;类腐殖质荧光峰M和C只出现在部分站位的水样中。荧光物质在研究海域表层的主要来源为长江输入,在中层,荧光物质是长江输入和浮游植物共同作用的结果。不同荧光峰强度之间具有较好的正相关性,表明调查海域水体中的类蛋白荧光物质和类腐殖质荧光物质有着相同的来源或在结构上具有某种联系。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究（英文）

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%,34.6%,39.4%,53.1%,46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分:C1(Ex/Em=350(260)nm/450nm),C2(Ex/Em=260(430)nm/525nm),C3(Ex/Em=325nm/400nm)和C4(Ex/Em=275nm/325nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

三维荧光光谱-平行因子法解析再生水补给人工湿地DOM的光谱特征

采用三维荧光光谱技术和平行因子分析,对北方某潜流-表流复合人工湿地水体中溶解性有机质（DOM）的光谱特征、演变过程及其来源进行研究,以期为深入理解人工湿地的作用机理和污染物溯源提供科学依据。结果表明,人工湿地中各阶段的出水呈现相似的三维荧光特性,均出现明显的类腐殖质尖峰和类蛋白峰,但强度有所不同。混凝沉淀对类蛋白和类腐殖质两种DOM的荧光强度均有一定的削减作用;潜流湿地出水的荧光图谱显示,微生物代谢副产物和类色氨酸等类蛋白峰强度明显降低,而类腐殖质峰强度无明显变化,这表明潜流湿地对再生水中的类蛋白物质具有明显的降解作用,而对类腐殖质物质降解效果较弱;相反,在表流湿地出水的荧光图谱中发现类蛋白峰和类腐殖质峰的强度均削弱,而且在表流湿地下游3 km处的强度达到最低。这一趋势归因于潜流湿地中滤料表面生物膜对DOM的生物降解以及表流湿地内部活跃的微生物活动和水生植物的根系对DOM的吸附作用。平行因子分析结果显示,该湿地水体DOM中包含5个荧光组分,分别为类富里酸组分C1（240, 330/430 nm）、微生物活动相关的类腐殖质组分C2（285, 330/380 nm）、类色氨酸C3（230/350 nm）、微生物代谢副产物C4（280/320 nm）和陆源类腐殖质C5（270, 380/470 nm）。采用多种荧光光谱指数对湿地中DOM的来源进行解析,荧光指数和自生源指数均表明该湿地中DOM的来源以生物代谢输入为主,而陆源输入的影响较小;腐殖化因子则表明该湿地存在弱腐殖化的特征且生物来源占主导地位。斯皮尔曼相关性分析表明5个荧光组分具有同源性,而且与水中氮元素的迁移转化密切相关。     

ClO2 预氧化高藻水过程中DOM三维荧光特征变化分析

为探明饮用水处理中ClO₂预氧化高藻水过程DOM三维荧光特征的变化规律,采用三维荧光光谱研究了ClO₂预氧化过程藻类胞内外溶解性有机物组分变化,并通过荧光体积积分法定量分析了DOM组分变化规律。结果表明,高含铜绿微囊藻原水的IOM荧光特征光谱有4个较为明显的荧光峰,主要为类酪氨酸类物质与类色氨酸类等代表的蛋白类荧光峰、腐殖酸类荧光峰、富里酸类荧光峰及可溶性微生物代谢产物峰,占比分别为14.52%,48.27%,16.22%和20.99%;而EOM荧光特征光谱只有1个较为明显的荧光峰,主要为可溶性微生物代谢产物,占比为63.14%,藻类有机物主要含在IOM中。在经过0.5 mg·L-1的ClO₂预氧化后,3 min内叶绿素a的去除率达到73.58%,IOM中以氨基酸、蛋白质及富里酸为代表的Ⅰ区、Ⅱ区及Ⅲ区物质释放至胞外并被ClO₂氧化为类腐殖质。随着ClO₂预氧化的进行,藻细胞不断破裂,IOM释放到水中,造成胞外EOM总响应值的提高,即EOM总响应值增加了54.89%,而IOM总响应值降低了51.50%。因此,饮用水处理高藻水时应该特别注意藻细胞IOM的释放,应选用合适氧化时间,在保证除藻效果良好的情况下,尽可能减少IOM的释放;该研究将为饮用水预氧化除藻及藻类消毒副产物的控制提供一定的理论基础和科学依据。     

胶州湾海水溶解有机物三维荧光特征研究

应用三维荧光光谱(excitation-emission matrix spectroscopy, EEMs)研究了不同河流输入有机物对胶州湾海水中溶解有机物荧光特征的影响。结果表明,生活污水和工业废水的排放使附近海水中类腐殖质荧光位置发生红移;类蛋白荧光在海泊河附近最强,类腐殖质荧光在李村河附近最强,中心海区荧光强度最弱,表明沿岸河流输入是胶州湾海水中有机物的主要来源,而中心海区有机物主要来源于现场生物活动。不同河口附近区域样品中有机物的类蛋白和类腐殖质荧光强度之间相关性不同,表明河流输入有机物的影响。胶州湾大部分海水中有机物的类蛋白与类腐殖质荧光强度之间的比值较大,表明可能受到了人类活动产生类蛋白有机物的污染。研究结果对于分析海水中有机物来源以及河流排放污染物的迁移等过程具有一定的指导意义。     

浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法研究

选取中国东海6种分属于4个门类的赤潮藻种、优势种在实验室进行扩大培养,测量了2个温度(20和15℃)、3个光照(7000,4100和1100Lux)、不同生长期浮游植物的三维激发／发射荧光光谱,对浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法进行了研究。结果表明：基于主成分的判别分析法是利用三维光谱数据判别浮游植物种类的有效方法,对于金藻is,绿藻pl,中肋骨条藻sk三个物种,区分识别率理想;可以将中肋骨条藻(硅藻)与甲藻al和pr分开。     

Absorption and Fluorescence Properties of Chromophoric Dissolved Organic Matter Produced by AlgaeSCIEI北大核心CSCD

Four kinds of diatom (Chaetoceros curvisetus, Phaeodactylumtricornutum, Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile) and two kinds of dinoflagellates (Prorocentrum donghaiense and Gymnodinium) were cultured under laboratory conditions. Variations of optical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) were studied with absorption and fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy(EEM) during growth of marine microalgae in incubation experiment. Absorption spectrum revealed absorption coefficient a(355) (CDOM absorption coefficients at 355 nm) of 6 kinds of marine microalgae above increased by 64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836% and 196.4%, respectively. Simultaneously, the absorption spectral slope(Sg), determined between 270 and 350 rim, representing the size of molecular weight of CDOM and humic-like composition, decreased by 8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%, and 35.7%, respectively. Applying parallel factor analysis (PARAFAC) together with EEM got four components of CDOM: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2 (Ex/Em=260 (430) nm/525 nm) 03 (Ex/Em=325 nm/400 nm) and C4(Ex/Em=275 nm/325 nm), which.were relative to three humic-like and one protein-like fluorescent components of Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile. In incubation experiment, fluorescence intensity of these four components during growth of Nitzschia closterium f. minutissima increased by, respectively, 8.68, 24.9, 7.19 and 39.8 times, and those of Navicula halophile increased by 2.64, 0.07, 4.39 and 12.4 times, respectively. Significant relationships were found between the fluorescence intensity of four components of CDOM, a(355) and Sg. All results demonstrated that both content and molecular weight of CDOM produced by diatom and dinoflagellate studied in incubation experiment increased, but these two parameters changed more obviously of the diatom than those of dinoflagellate; the proportion of humic-like components in the composition of CDOM also increased clearly with the growth of marine microalgae, but protein-like fluorescent component had only a slow growth. Furthermore, the absorption spectrum of CDOM produced by different species of algae changed obviously and the relative composition fluorescence intensity of CDOM produced by different microalgae were found to vary among different composition from EEM, which suggested CDOM produced by different microalgae make quite different contributions to CDOM in natural seawater.     

景观湖水质的三维荧光指纹

荧光光谱法灵敏度高、选择性强、测量快速便捷,而三维荧光光谱更有信息丰富的优点。荧光光谱与水样具有一一对应的关系,就像水样指纹一样,被称为“水质荧光指纹”。 该文采用三维荧光光谱法研究了北京两个相邻景观湖四季的水质变化。两湖湖水均具有明显的类蛋白质和类腐殖酸的荧光,且类蛋白质的荧光强度较强。荧光强度与自然和人为活动的相关性表明,两湖湖水水质随季节变化明显,春夏季节水质相对较好,秋冬季节水质相对较差;以游船为主的娱乐湖的水质主要受藻类和植物生长等自然因素的影响,而种植等人为因素对植物观赏湖的水质的影响十分重要。由此可见,湖水水质的变化是由湖的功能决定的。在春秋人工清理藻类和植物的残余有利于保护湖体水质。     

氧化还原条件变化对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征影响

利用三维荧光光谱(3EEMs)技术,考察了不同氧化还原条件对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征的影响。好氧条件下上覆水体中DOM的荧光指数要高于厌氧条件,说明在不同的氧化还原条件下,上覆水体中DOM来源和组成均存在一定的差异性。上覆水体的三维荧光光谱特征也存在显著差异:好氧条件下,上覆水体中的类蛋白荧光峰强度均高于腐殖质类荧光峰强度,且三维荧光光谱图显示腐殖质类DOM存在氧化降解现象。厌氧条件下,上覆水体中腐殖质类荧光峰的强度随培养天数逐渐增加,当厌氧培养时间为21 d,C和D荧光峰的强度已分别上升至初始的3.51和3.78倍。在不同的氧化还原条件下,类蛋白和类腐殖质类DOM荧光峰位置和强度的变化,表明不同类型DOM的生物可利用性程度和在沉积物-水界面间迁移转化特征的差异性。     

基于三维荧光光谱结合平行因子分析对春季北黄海有色溶解有机物的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC),对我国春季北黄海海水样品的荧光光谱进行了研究和分析。结果表明,北黄海有色溶解有机物(CDOM)中的荧光溶解有机物(FDOM)可分为四个组分,其中两组为类腐殖荧光组分c1(260,315/425)和c2(295,355/490),两组为类蛋白荧光组分c3(275/310)和c4(230,290/345)。四个组分之间不同程度的线性相关性说明了它们同源相似性,类腐殖质两组分之间的相关性最高,类蛋白质两组分次之。四个荧光组分和总荧光强度在平面分布和垂直分布都呈现近岸高,远岸低的趋势,同时除去陆源输入影响,海洋自身的水团运动和生物活动也影响着北黄海CDOM的分布。聚类分析进一步说明了北黄海不同区域的总荧光强度分布特征,也体现了整体上CDOM的均一性。荧光指数FI、腐殖化指数HIX和生源指数BIX在一定程度上指示了北黄海CDOM的来源,说明近岸区域陆源的影响较大,而向海一侧则受生物活动的作用影响较大,此结论与前述荧光组分的分布规律吻合。     

浮游植物吸收光谱特征分析

文章选取了东海9个典型浮游植物赤潮种、优势种,在实验室2个温度(20,15 ℃)和2个光照(7 000, 1 100 lux)条件下进行培养,对不同温度、光照和生长周期条件下9种浮游植物的吸收光谱进行了研究。首先,将归一化的光谱数据组成的矩阵进行奇异值分解,采用第一特征值与所有特征值的和之比来衡量浮游植物吸收光谱的相似性,选取了25条能够表征9种浮游植物吸收光谱基本特征的代表谱。其中,等鞭金藻和柔弱角毛藻各1条,岛国大扁藻和旋链角毛藻各2条,裸甲藻3条,塔玛亚力山大藻、东海原甲藻、中肋骨条藻和聚球藻各4条。然后,进一步提取代表谱中具有较大判别能力的波长点,总共得到7个特征波长段(点),它们是340.5～420.5 nm波段、423.5～431 nm波段、440.5～525.5 nm波段和760.5,763.5,769.5,856.5 nm波长点;由此形成的特征谱,对量测光谱判别分析正确率达到80%。     

三维荧光指纹光谱用于污染河流溶解性有机物来源示踪研究

采用三维荧光指纹光谱技术对河流溶解性有机物荧光特征进行了研究。结果表明,污染河流中的溶解性有机物主要有腐殖质和蛋白质两类,类腐殖质荧光峰λ_激发/λ_发射为250/460 nm(A1),220/400 nm(A2)和325/420 nm(C);类蛋白质荧光峰λ_激发/λ_发射为285/357 nm(T1),230/360 nm(T2)。支流的类蛋白质荧光峰T1和T2由于生活污水的排放,其荧光强度都有明显增强。Fe3+离子在支流与干流汇合后浓度增加到支流的30倍,相应的类腐殖质荧光峰A1也发生了明显蓝移现象,而其他荧光峰则没有明显的偏移。激发波长较长的类腐殖质C,A1和类蛋白质T1荧光强度由于稀释及Fe3+等金属离子猝灭而明显降低,以至荧光峰消失。而较低激发波长的类蛋白质T2和UV类腐殖质A2荧光强度和荧光峰位置相对比较稳定,不容易受到溶液化学条件影响。激发波长220～230 nm荧光团可以用来示踪污染河流溶解性有机物。