小球藻生长过程脂肪含量动态变化快速无损检测方法研究

微藻-生物柴油转化生产要求产油微藻细胞内大量积累脂肪,而藻类脂肪的积累受外界环境影响较大,因此,微藻生长过程中对藻体脂肪变化进行快速检测和分析有着非常重要的意义。以小球藻(Chlorella sp.)为研究对象,利用可见/近红外光谱技术和高光谱成像技术对不同光源培养条件下微藻生长过程脂肪动态变化和脂肪含量分布可视化分析进行了研究。研究结果表明,虽然利用两种技术获取的小球藻透射光谱和反射光谱有差异,利用连续投影算法进行特征波长也不完全相同,但基于两种技术获得的对于脂肪含量的特征波段光谱建立的小球藻脂肪含量多元线性回归模型的预测结果接近,分别为r_(pre)=0.940,RMSEP=0.003 56和r_(pre)=0.932,RMSEP=0.004 23。研究中小球藻接种初期至生长指数期初期藻体内脂肪含量相对平稳,积累增加发生在生长对数期的末期,而在生长平稳期时的小球藻藻液中,脂肪含量较高的藻体呈现出聚集生长的状态。小球藻生长过程中生命信息快速无损检测方法的实现为微藻实际生产培养和收获策略的制定提供了理论依据和技术手段。     

基于高光谱成像技术的多宝鱼肉冷藏时间的可视化研究

提出了一种应用可见-近红外高光谱成像技术快速无损检测多宝鱼肉冷藏时间并实现其可视化的新方法。采集8种不同冷藏时间的共160个鱼肉样本的高光谱图像,并提取样本感兴趣区域(ROI)的平均光谱。取120个建模集样本的光谱数据与其相应的冷藏时间建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,对40个预测集样本的冷藏时间进行预测,预测决定系数(R2)为0.966 2,预测均方根误差(RMSEP)为0.679 9 d,获得了满意的预测精度。最后,用所建模型对预测集图像上每个像素点的冷藏时间加以预测,采用IDL图像编程技术将不同的时间用不同的颜色表示,最终以伪彩图的形式实现多宝鱼肉冷藏时间的可视化。结果表明,高光谱成像技术与化学计量学结合可以准确预测鱼肉的冷藏时间,与图像处理方法结合可以实现预测时间的可视化,能形象、直观地展示出鱼肉的新鲜度状态和分布情况,为实现水产品加工的自动化奠定了基础。     

基于激光共聚焦显微拉曼技术的藻种鉴别研究

微藻种类的鉴别和分类是研究微藻生理生化特性的基础和前提。微藻细胞中主要包含五种生物分子,包括蛋白质、糖类、油脂、核酸和色素,在不同藻种会有不同的比例含量,常常作为藻种鉴别的一种依据。文章探讨了采用激光共聚焦显微拉曼技术快速鉴别普通小球藻(Chlorella sp.)、莱茵衣藻(Chlamydomonas sp.)两种不同藻种的可行性。通过在相同光照时间、强度和相同培养基的条件下培养的两种微藻,利用琼脂固定法固定微藻细胞,在514.5 nm的激光下采集了不同藻种及其不同生长时期的拉曼光谱曲线,并通过rolling circle filter(RCF)算法去除荧光背景,然后采用去基线、卷积平滑等预处理方法得到两种藻种各40个样本的曲线。从80个样本中随机抽取50个样本训练建模,剩下的30个样本作为独立的验证集。对光谱数据采取不同的预处理方法,采用偏最小二乘(partial least squares,PLS)全波段建模建立光谱响应特征与普通小球藻、莱茵衣藻的关系模型,比较了不同预处理程度的效果。结果表明：利用激光共聚焦显微拉曼技术,基于不同藻种色素含量比的差异,同时结合化学计量学方法,可以快速、有效地将两种藻种鉴别出来。所提出的最大谱峰比值标准化法处理样本,当阈值为±0.5时,预测正确率达到100%,当阈值为±0.2时,预测正确率达到86.67%,表明所提出的新方法能在藻种鉴别和分类领域具有较高的可行性。     

可见-近红外光谱的螺旋藻生长品质指标快速无损检测

为了实现微藻生长过程品质指标的快速无损检测，提出了可见-近红外光谱技术检测不同红蓝光源组合培养条件下螺旋藻中叶绿素a和蛋白质的含量。采集不同含量红光和蓝光组合下螺旋藻在325～1 075 nm波段范围内的光谱信息，其中红光与蓝光的含量组合分别是(100%，0%)，(90%, 10%)，(70%，30%)，(50%, 50%)。同时测量叶绿素a和蛋白质的含量，建立偏最小二乘(PLS)预测模型。分别基于连续投影算法(SPA)选择了用于叶绿素a和蛋白质预测的特征波长，分别得到5个(404，440，518，662和875 nm)和4个(411，531，602和1 047 nm)特征波长。基于特征波长建立了PLS和多元线性回归(MLR)预测模型，SPA-MLR模型中叶绿素a和蛋白质预测集相关系数(correlation coefficient, R_p)分别是0.949和0.974，均方根误差(RMSEP)分别是0.018 8和0.006 74。结果表明：可见-近红外光谱检测螺旋藻藻体中叶绿素a和蛋白质含量是可行的，通过测量螺旋藻的光谱结合化学计量学方法可以实现对螺旋藻生长状况的检测。     

基于高光谱成像技术的三文鱼肉水分含量的可视化研究

提出了一种利用高光谱成像技术检测三文鱼水分含量并实现其可视化的新方法。采集不同水分含量的共100个鱼肉样本的高光谱图像,并提取样本感兴趣区域(ROI)的平均光谱。75个样本用于建模集,采用连续投影算法对原始光谱提取特征波长,利用提取的特征波长替代原始光谱,采用PLS建立预测模型,对25个预测集样本的水分含量进行预测,预测决定系数(R2)为0.904,预测均方根误差(RMSEP)为1.169%,获得了满意的预测精度。最后,用所建模型对预测集图像上每个像素点的水分含量进行预测,利用Matlab语言编程,三文鱼肉表面不同部位的水分分布采用不同颜色表示,进而实现三文鱼肉水分含量的可视化。结果表明,高光谱成像技术与化学计量学结合可以准确预测鱼肉的水分含量,与图像处理方法结合可以实现预测时间的可视化,能形象、直观地展示出鱼肉的水分含量分布情况,为实现水产品加工的自动化奠定了基础。     

高光谱成像砖红壤中石油烃含量的可视化研究

高光谱成像具有快速无损和图谱合一的特点,每个波段都会呈现一幅图像,每个像素点都显示一条光谱曲线,不仅可以获取样本的光谱信息,还可以表征物体的空间信息,目前在诸多领域展现出极大的应用价值。采用高光谱成像实现土壤中石油烃含量分布的可视化。制备不同石油烃含量的砖红壤样本,分为建模样本和预测样本。采集高光谱图像,为避免图像背景的干扰,采用掩膜的方法进行背景剔除。之后提取建模样本中感兴趣区域的平均光谱,采用连续投影算法筛选特征变量,基于提取的特征变量,一方面建立MLR预测模型,另一方面从预测样本中提取特征波段的高光谱图像。最后,将特征图像上像素点的数据代入模型,得到石油烃的含量分布情况。通过图像处理的方法,不同的含量赋予不同的颜色,实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化。研究结果表明,采用高光谱成像与图像处理方法能够初步实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化,为以后大范围地识别和反演土壤中石油烃含量提供了基础。     

干贝水分含量可视化检测方法的研究

水分含量影响干贝的口感、质地等品质特征,而且与其贮存期密切相关。应用高光谱成像与检测技术结合化学计量学方法,实现干贝水分含量的快速检测。实验采用高光谱成像系统采集380～1 030 nm波段范围内的高光谱图像,采集得到6个不同干燥时期共90个干贝样本高光谱图像。提取所有样本感兴趣区域的平均光谱数据,采用连续投影算法(SPA)和权重回归系数法(B_w)分别提取了7个和4个特征波长。基于所提取的特征波长和全波长分别建立光谱数据与水分含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型,三种模型分别是SPA-PLSR,B_w-PLSR和PLSR。建模集和预测集相关系数都高于0.95,预测均方根误差都低于10%,三种模型均获得了较好的预测效果,都能很好地预测干贝的水分含量。在所有模型中,SPA-PLSR模型具有较少的波长变量和较高的预测能力(97.28%),因此本文基于SPA-PLSR模型,采用伪彩色图像编程技术实现了干贝图像上每个像素点的水分含量的可视化预测。结果表明,高光谱成像技术结合特征波长提取算法可用于干贝水分含量分布的可视化检测。     

浸入式可见/近红外光谱技术的藻种鉴别研究

对藻类的识别分类及其生化分析已成为海洋生物学的研究热点之一。以普通小球藻、蛋白核小球藻、微绿球藻、莱茵衣藻为样品,通过便携式USB4000微型光纤光谱仪、Y形光纤和探针,卤素光源构建的光谱采集系统对不同浓度梯度的120个微藻样本进行浸入式可见/近红外透射光谱的原位采集,比较去基线、卷积平滑等光谱预处理方法的效果,并基于连续投影算法(SPA)筛选特征波长,通过偏最小二乘法(PLS)、最小二乘支持向量机(LS-SVM)和极限学习机(ELM)进行建模,探讨采用透射光谱原位快速鉴别四种不同藻种的可行性。结果表明：卷积平滑的处理效果较为理想,有效波长可用于代替原始光谱建立微藻种类判别分析模型。SPA-LV-SVM和SPA-ELM的预测效果显著高于SPA-PLS,三者的平均预测正确率分别是80%,85%,65%。浸入式可见/近红外光谱技术和便携式光纤探针结合的藻种鉴别方法,有效实现了对四种微藻的鉴别,为藻种鉴别和藻种分类研究领域提供了一种新思路。     

近红外高光谱成像的微破损棉种可视化识别

优质棉种是全面推广棉花精量播种技术的基础。采用近红外高光谱成像技术实现微破损棉种可视化识别,为棉种精选设备的研制奠定理论基础。以未破损和微破损两类棉种各540粒作为样本(其中405粒作为建模集,135粒棉种作为预测集),分批采集874~1 734 nm范围的样本高光谱图像,提取光谱数据并去除首尾两端明显噪声保留955~1 659 nm范围内光谱为棉种样本的光谱。首先使用Kennard-Stone(KS)算法进行样本划分,并通过平滑算法Savitsky-Golay(SG)对光谱进行预处理。采用二阶导数光谱(2nd spectra)方法、连续投影算法(SPA)和主成分载荷(PCA-loading)方法分别选取10,14和11个特征波长。基于全部光谱数据和特征波长建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型、K最邻近(KNN)模型和支持向量机(SVM)模型,SPA-PLS-DA模型取得了较好的结果,建模集和预测集的鉴别率分别为91.50％和90.33％。基于SPA-PLS-DA模型分别对未破损样本和微破损样本及其混合样本图像进行识别,取得了较好的识别结果,微破损棉种的识别率达90%以上。结果表明,结合近红外高光谱成像和图像处理技术,能够实现微破损棉种的可视化识别。     

基于高光谱成像技术的斜生四链藻（T. obliquus）碳水化合物和蛋白质判别研究

微藻工厂化养殖为天然碳水化合物、蛋白质等生产提供了重要途径，但较高的养殖成本始终是限制微藻大规模商业化发展的瓶颈之一。由于微藻生长速度很快且其胞内代谢信息时刻都在发生变化，开发快速无损的微藻生长代谢监测手段用以实时获取微藻生产过程中感兴趣指标变化信息，可以据此及时调整培养条件，保障微藻高效优质生产。关于微藻生长代谢信息快速无损检测的研究多集中在微藻油脂及其特性、色素等方面，对于同作为微藻重要营养成分的碳水化合物、蛋白质等却少有报道。本研究以斜生四链藻(Tetradesmus obliquus)为研究对象，利用可见/近红外高光谱成像(HSI)技术结合化学计量学方法，提出基于HSI的微藻碳水化合物和蛋白质反演判别方法。对比研究标准化(autosacling)、标准正态化(SNV)等12种预处理方法对原始高光谱数据的处理效果；采用竞争自适应重加权采样算法(CARS)、区间随机蛙跳算法(iRF)和模拟退火算法(SA)进行特征波段选择；结合多元线性回归(MLR)、偏最小二乘(PLS)、支持向量机回归(SVR)以及随机森林回归(RFR)对微藻生物量、碳水化合物和蛋白质含量进行反演判别。结果表明，斜...     

船舶噪声激励夜光虫发光特性实验研究

对船舶噪声刺激下的生物发光特性展开研究,发光生物为夜光虫。利用声学换能器模拟船舶辐射噪声,在含有发光生物夜光虫的实验水槽中进行生物发光实验。声学换能器发出不同频率,对夜光虫受不同频率噪声激励下的发光特性进行记录。通过对不同激励频率下夜光虫发光图像的分析处理,得到不同频率激发下生物发光点图像,经统计分析得到了夜光虫在船舶噪声激励下的发光特性,得出夜光虫发光点数随频率和声源级的增加而增加的结论。     

海洋真菌Penicillium sp.中的环二肽类化合物

从南海采集的海泥中分离得到的海洋真菌Penicillium sp.中分离得到3种环二肽类化合物。通过理化性质和波谱数据分析鉴定了3种化合物的结构。它们分别是3-异丁基-6-异丙基哌嗪-2,5-二酮(1)、3-另丁基-6-异丁基哌嗪-2,5-二酮(2)、3-另丁基-6-异丙基哌嗪-2,5-二酮(3)。     

氦原子sp组态的自旋-轨道相互作用精细结构参数

本文借助不可约张量理论,导出了通常由光谱实验数据确定的氦原子sp组态自旋-轨道相互作用精细结构参数A的理论计算式,在推导过程中完成所有角向积分和自旋求和计算.     

海洋真菌Gliocladium sp.中的甾体和酚类化合物

从山东乳山采集的海洋真菌Gliocladium sp.中分离得到2个甾体化合物和4个酚类化合物,经1H-NMR、13C-NMR和MS等现代波谱手段鉴定它们的结构分别为:麦角甾-5,7,22E-三烯-3β-醇(1)、23-甲基麦角甾-5,7,22E-三烯-3β-醇(2)、3-羟甲基苯酚(3)、4-甲基-1,2-二苯酚(4)、4-(2-羟乙基)苯酚(5)、2-羟基-6-甲基苯甲酸(6)。     

近红外光谱技术在小麦条锈病菌和叶锈病菌定性识别和定量测定中的应用

利用近红外光谱技术结合定性偏最小二乘法(DPLS)和定量偏最小二乘法(QPLS)分别实现了小麦条锈病菌和叶锈病菌的定性识别和定量测定。获取两种锈菌单一夏孢子样品各50个以及条锈病菌纯度为2.5%~100%的混合样品120个。采集样品光谱后,将两类样品均按2∶1的比例分为建模集和检验集,在4 000~10 000cm-1内采用内部交叉验证法建模。散射校正预处理方法下、主成分数为3时,定性识别模型的建模集和检验集识别准确率均为100.00%。"极差归一+散射校正"预处理方法下、主成分数为6时,定量测定模型建模集的决定系数(R2)、校正标准差(SEC)、平均相对误差(AARD)分别为99.36%,2.31%,8.94%,检验集的R2、预测标准差(SEP)、AARD分别为99.37%,2.29%,5.40%。结果表明,利用该方法对这两种锈菌定性和定量分析是可行的。本研究为植物病原菌的定性识别和定量分析提供了一种基于近红外光谱技术的新方法。     

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究：(Ⅰ) sp结构与化学键分析

以CF₄，CH₄和N₂为源气体，利用射频等离子体增强化学气相沉积法，在不同功率下制备了含氮氟化类金刚石膜.用俄歇电子能谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱对薄膜的电子结构和化学键进行了表征，并结合高斯分峰拟合方法分析了薄膜中sp²，sp³结构比率.结果表明，制备的薄膜属于类金刚石结构，不同沉积功率下，薄膜内的sp²/sp³值在2.0—9.0之间，随着沉积功率的增加薄膜内sp²的相对含量增加.膜内主要有C—F_x(x=1，2)，C—C，C=C和C≡N等化学键.沉积功率增加，C—C基团增加，膜内F的浓度降低，C—F基团减少，薄膜的关联加强，稳定性提高. 关键词： 含氮氟化类金刚石膜 sp结构 化学键结构 射频功率     

Membrane Fluidity of the Pentachlorophenol-Mineralizing Sphingomonas sp. UG30

The effect of PCP and NaPCP on the cytoplasmic membranes of the PCP-mineralizing bacterium Sphingomonas sp. UG30 was assessed using fluorescence polarization and total cellular fatty acid analysis. Direct exposure of resting UG30 cells to PCP up to 250 ppm and NaPCP up to 1000 ppm did not cause any changes in the polarization ratios or the fatty acid profile of the UG30 cytoplasmic membranes. Growth of UG30 cells in the presence of 25 ppm NaPCP did not affect the total cellular fatty acid profile or membrane fluidity as observed by fluorescence polarization.     

Chryseobaterium s p. S 7溶藻过程光谱学特性及机理研究

藻类的大量繁殖对饮用水源、养殖业、旅游业以及人类健康造成了极大的影响。溶藻细菌作为一种生物控制手段,在控制藻类爆发方面显示出了极大的潜力。课题组前期分离获得一株金黄杆菌属溶藻菌Chryseobaterium sp.S7,研究发现该菌株具有明显的溶藻作用,作用方式为通过分泌溶藻物质进行间接溶藻,为进一步揭示该菌的溶藻特征及机理,以铜绿微囊藻为目标藻种,运用UV-Vis,EEMs,FTIR和FCM技术,分析Chryseobaterium sp.S7溶藻过程的光谱特性。实验结论如下：将菌株发酵液与藻液共培养7 d,利用UV-Vis和EEMs技术对藻细胞Chla含量与PC荧光值变化趋势进行分析,结果显示：藻细胞Chla含量在第1 d便开始下降,表明在短时间内,细菌胞外溶藻物质便可快速作用于藻细胞,第7 d时Chla去除率为59.37%。藻细胞PC荧光值也呈现下降趋势,与Chla变化趋势表现为一致性,表明在溶藻过程中伴有Chla和PC的减少。FTIR分析结果显示：藻细胞结构中的C=O, C-H,O-H键分别在1 647,2 927和3 475~3 437 cm-1处的吸收峰强度明显减弱,表明藻细胞内的多糖物质和蛋白质结构可能被破坏,处于2 500~1 700 cm-1范围的若干小吸收峰则进一步表明藻细胞解体的现象。分别在共培养第3 d和第7 d时对藻液进行PI特异染色,应用FCM对藻细胞PI特异性荧光和Chla,PC自发荧光特性进行分析,结果显示,在细菌S7的溶藻过程中,藻细胞PI特异性荧光逐渐增强,Chla、PC自发荧光呈下降趋势、表明藻细胞膜、Chla、PC三者破坏程度在溶藻过程中具有紧密的内在联系和较高的一致性。溶藻过程中藻细胞表现为多种形式的损伤,且损伤处于动态变化过程中,由Q1（Q5）区细胞按顺序逐步向Q4（Q8）区细胞移动。推测Chryseobaterium sp.S7可能的溶藻过程为：细菌将溶藻活性物质释放到细胞外,溶藻活性物质通过破坏铜绿微囊藻细胞膜中的多糖和蛋白质的结构,增加膜的通透性,进一步破坏胞体内的Chla,PC和DNA/RNA等物质,使藻体裂解死亡,最终形成细胞碎片。通过对Chryseobaterium sp.S7溶藻过程藻细胞的光谱学特性的分析,初步揭示了Chryseobaterium sp.S7的溶藻机理,为微生物控藻及修复技术提供了理论依据。     

FT‐Raman and FTIR spectroscopic characterization of biogenic carbonates from Philippine venus seashell and Porites sp. coral

Some seashells of the Philippine venus species and sea coral of Porites sp. were studied by means of FT‐Raman, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Far‐FTIR spectroscopic methods. The Raman spectra show that both Porites sp. and P. venus are of aragonite‐structured CaCO₃. Detailed spectral analysis, however, reveals some small differences, due to differences in the crystallite size or habit and to different minor element contents. IR spectra show that Porites sp. contains also some small quantities of calcite‐structured carbonates. The ν₂ band (shoulder) of calcite at 875.7 cm⁻¹ is present in the IR spectrum. The separation of the two ν₂ bands (856.4 cm⁻¹ for aragonite and 875.7 cm⁻¹ for calcite) suggests the absence of solid solution of the two polymorphic phases of CaCO₃. Spectroscopic results were confirmed also by X‐ray powder diffraction measurements. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.