荧光动力学法藻类初级生产力测量中光合尺寸单元校正方法研究

荧光法作为一种非侵入性测量手段,能够实现水体藻类初级生产力的快速测量。然而在目前初级生产力荧光动力学分析中,藻类光合尺寸单元通常采用固定值,导致初级生产力测量结果发生偏差,特别是水体存在蓝藻时尤为明显。光合尺寸单元定义为光合反应中心浓度与叶绿素浓度的比值。为获得准确的水体藻类光合尺寸单元以提高初级生产力测量结果的准确性,利用激发荧光光谱分析水体蓝藻和其他真核藻占比,以此为基础对混合藻样品光合尺寸单元进行校正,并提出一种基于光合尺寸单元校正的荧光法藻类初级生产力测量方法。纯种样品和混合样品初级生产力比对测试实验结果表明:纯种蓝藻、绿藻、甲藻样品的初级生产力测量误差由校正前的38.8%、14.3%、13.2%下降至3.9%、4.1%、5.2%;混合样品初级生产力最大和平均测量误差由校正前的20.4%、15.2%下降至4.5%、5.2%。该结果证明,所提校正方法可有效解决光合尺寸单元使用固定值带来的初级生产力测量偏差问题,为提高水体藻类初级生产力测量结果的准确性提供了重要参考。     

基于光脉冲诱导快相与弛豫荧光的光合作用参数测量技术

为了更准确获取反映植物生理状态的荧光动力学曲线,基于光合作用电子传递过程研究了植物光合作用参数测量技术.采用可变光脉冲技术将植物光合作用过程分段为快相与弛豫过程,并测量激发光诱导产生的荧光动力学曲线.对激发光带宽与响应时间进行了定量分析;对I-V转换单元与MFB滤波器进行了设计与仿真分析,获取快相荧光动力学信息;采用同步脉冲采样积分技术,对微弱弛豫荧光进行积分,实现了快相与弛豫荧光动力学曲线的完整测量,并结合非线性拟合算法获取光合作用参数.测试结果表明,系统信噪比达到23.8 dB;暗适应与光适应下,本系统所测Fv/Fm与Water-PAM测量结果的线性相关系数分别达到0.980和0.997.该研究结果为植物光合作用研究及过程参数测量提供了一种测量手段.     

基于叶绿素荧光动力学的压载水活体藻细胞数征参数选择研究

叶绿素荧光动力学过程与藻类光合作用过程密切相关,叶绿素荧光动力学法是探测活体藻类细胞的天然工具.与常用的压载水荧光素染色-显微镜检活体藻细胞计数相比,叶绿素荧光动力学法具有测量快速、灵敏度高、无需前处理等特点.海洋船舶压载水中存在大量死亡藻细胞和有色溶解有机物(CDOM),荧光背景复杂,因此,获得不受荧光背景影响且能够...     

光学非线性薄膜线性参数的快速测量与分析

本文提出了-种光学非线性薄膜线性参数的方便有效的测量方法,测量了ZnSe非晶态光学薄膜的线性折射率和消光系数。在此方法中,实验数据的计算与处理由-套计算机软件来完成。最后,文章对测量精度进行了简单的讨论。     

基于色素特征荧光光谱的浮游植物分类测量方法

光合作用色素组成是浮游植物分类的重要依据。通过对蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻等5个门类浮游植物三维荧光光谱的差异性分析,提取了与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素、藻蓝蛋白和藻红蛋白等光合色素相关的36个特征荧光光谱点,提出了基于色素特征荧光光谱的不同门类浮游植物分类测量方法。对铜绿微囊藻、小球藻、桅杆藻、光甲藻和卵形隐藻的实验结果表明:色素特征荧光光谱法对5种藻类纯种样品的测量误差分别为5.15%、5.63%、7.90%、4.85%、6.55%,对优势藻类(质量分数高于50%)的测量误差分别为7.96%、8.69%、5.44%、10.78%、15.57%,对劣势藻类(质量分数低于30%)的测量误差分别为18.29%、17.52%、20.01%、29.11%、20.14%,测量结果准确度达到了三维荧光光谱法水平,但数据量和计算时间仅是三维荧光光谱法的1.1%和2.2%,是一种快速有效的浮游植物分类测量方法。     

应用近红外光谱技术重建南极湖泊初级生产力变化的一种新方法

为探求快速、廉价、无损、同步的光谱技术在南极古湖沼研究中的可能性,本文分析了南极中山站附近采集的一根湖泊沉积柱样晶的近红外反射光谱数据,通过主成分(PCA)统计分析方法,发现主成分因子载荷值与反映湖泊生产力变化的环境指标S2(有机质热解烃类化合物指标,指示湖藻类来源有机质)在深度剖面上具有一致的变化趋势,两者表现出显著...     

烟草光合细胞Chla荧光动力学和超弱发光对低强度射频电磁场的响应

在300MHz低强度射频电磁场的作用下，烟草叶片光合细胞Chla荧光动力学过程和超弱发光均发生了变化，荧光动力学参数F0、FV／F0、FV／Fm、△FV／T和T1/2及超弱发光的光子数对电磁场辐射功率的响应呈现出非线性和“功率窗”特征，表明低强度射频电磁场对光合细胞具有非热效应．电磁场的非热效应使得烟草叶片光合细胞的细胞膜受到伤害，PSⅡ反应中心受损、PSⅡ潜在活性降低．光合电子传递过程受阻．原初光能转换效率下降．     

超快速过程测量的频域技术

本文根据激光感应光栅原理讨论了用于超快速过程测量的频域技术，证明它与时域技术是等价的。文中介绍了该技术的原理，线型的拟合及弛豫时间的获得，并给出了若干典型的实验及结果。     

低强度微波电磁场作用下菠菜和烟草光合细胞叶绿素荧光动力学过程及光合色素系统的差异

在300MHz低强度微波电磁场作用下,菠菜和烟草叶片光合细胞叶绿素荧光动力学过程和光合色素呈现不同的变化.菠菜的荧光动力学参量F0和FVI/FV减小,FV/F0、ΔFV/T和FV/Fm升高;烟草的荧光动力学参量F0升高,FVI/FV没有明显变化,FV/F0、ΔFV/T和FV/Fm降低.在微波作用下,菠菜和烟草叶片的光合色素系统的变化也有差异,菠菜和烟草的叶绿素含量均降低,但菠菜的类胡萝卜素含量明显升高.这些结果表明,低强度微波电磁场使烟草叶片光合机构受到抑制,光合色素系统受到破坏,因而光合作用下降;菠菜则通过光合细胞的光合机构中PSⅡ活性中心异质性的转变和光合色素中类胡萝卜素含量的升高来适应微波辐射的环境,使光合作用维持在较高水平.     

基于荧光成像技术的土壤芳香烃总量快速检测方法

针对土壤芳香烃总量快速检测难题,研究了基于荧光成像技术的土壤芳香烃荧光信号获取、特征提取方法和质量分数总量反演的方法。基于发光二极管(LED)紫外激发光源、面阵CCD相机、透镜等器件搭建了实验系统,获得了最佳光源激发能量、激发角度等参数,并对实验系统检测能力进行了分析。利用这一实验系统获取了质量分数范围为0～25000×10^-6的标准土壤中机油的系列荧光图像,基于高斯降噪处理和最大类间方差法研究了图像噪声抑制与荧光信号提取方法,建立了标准土壤中机油芳香烃总量的反演模型,并利用反演模型对待测样本的机油芳香烃总量进行了预测。结果表明：总量反演模型的决定系数(R2)达到了0.9889,检测限为82.18,对20个样品测试的误差基本在12%以内。     

光系统Ⅱ核心天线的低温荧光光谱及动力学研究

采用稳态及飞秒荧光光谱技术研究了光系统Ⅱ中核心复合物在83 K、160 K和273 K低温下的能量传递途径.激发波长为507 nm.随着温度的升高,稳态荧光光谱逐渐发生蓝移.通过对不同温度下稳态光谱进行高斯解析,获得5个特征叶绿素a分子, 分别为Chl a670.4670, Chl a681.9680, Chl a683.9683, Chl a687.5,687.8,689687和Chl a698.0690,其中仅有Chl a687.5,687.8,689687在3个温度下的光谱中都解析获得,并且其谱宽以及荧光比例都随着温度升高而增加,因此推断温度对CP47中易裂解的叶绿素a分子有较大的影响.在680 nm以及690 nm波长处对不同温度下的时间曲线利用F900时间处理系统进行拟合,获得73 ps、 110 ps、 186 ps、 246~972 ps和1~3.7 ns 5个时间组分.其中, 73 ps是电荷分离的时间;110 ps和186 ps是β-Car分子受激发后,将激发能最终传递给反应中心所需要的时间;246~972 ps是电荷重组的时间过程;而1~3.7 ns是激发态分子发生电荷重组后又衰退回到基态的时间.73 ps的时间组分只在83 K温度下得到,因此,随着温度降低,可以探测到快的时间组分. 此外,对光谱随温度升高而发生蓝移进行了分析.     

基于光诱导荧光技术的浮游植物光合作用活性原位测量方法

根据浮游植物在不同光照下的荧光诱导特性,研究了叶绿素荧光作为浮游植物光合作用探针的特点,提出了原位测量活体叶绿素荧光值Ft和Fm获取浮游植物光合作用活性的方法。以淡水湖泊浮游植物中的普通小球藻、铜绿微囊藻和梅尼小环藻为实验对象,将原位测量方法得到的数据和实验室水样荧光仪的测试结果进行对比分析,结果表明:普通小球藻、梅尼小环藻和铜绿微囊藻的两组测试结果之间的相关系数分别为0.977 8,0.867 8和0.776 8,研究为进一步实现水体浮游植物光合作用活性的快速连续原位测量提供了方法。     

基于色氨酸本征荧光测量的生物气溶胶检测技术研究

生物气溶胶与环境质量和人类健康密切相关。基于光学测量的气溶胶检测技术具有快速、无损和灵敏的优点,是目前的研究主流。而对检测系统的标定技术及其评价方法尚无国家标准可依。基于本征荧光测量技术,研制完成了一套针对包括病毒气溶胶在内的生物气溶胶检测装置。并在此基础上,以色氨酸气溶胶作为被检物,提出了一种生物气溶胶检测与标定方法。实验结果表明,研制的检测装置对色氨酸气溶胶具良好的线性响应特性,线性相关系数R2≥0.99,灵敏度达到4000L-1。证明了通过测量气溶胶中色氨酸含量检测生物气溶胶技术的可行性与可靠性。还探讨了利用多通道本征荧光检测技术实现对生物粒子种类进行预判别的可行性。     

基于四阶导数的浮游植物叶绿素荧光激发光谱特征研究

测量了分属硅藻和甲藻两个门类的六种我国东海常见赤潮藻的叶绿素荧光激发光谱,以Matlab为操作平台,采用自编的光谱求导程序,对荧光激发光谱进行四阶导数处理。结果表明,四阶导数法能有效去除光谱中的细小杂峰,并将重叠的色素荧光峰分离,实现主要色素的定性定量分析。四阶导数光谱在350～550 nm波长范围内出现的6个极大值主要代表了活体藻液中的非色素荧光物质、叶绿素和类胡萝卜素的荧光峰。通过原始叶绿素荧光激发光谱和四阶导数光谱的对比分析,表明四阶导数光谱法能够凸显硅藻和甲藻之间的光谱差异,增强光谱识别硅藻和甲藻的能力,同时也提高了光谱的稳定性和重现性。     

荧光寿命的快速傅里叶变换拟合方法

介绍了一种利用快速傅里叶变换算法对稀土掺杂物质的荧光寿命进行数据拟合的方法。稀土掺杂物质可用来制备多种光学传感器,用于温度、pH值等多种参量测量领域。本方法利用快速傅里叶变换(FFT)结果作为基础,从非零项的相位角的正切值得出被测的荧光寿命,具有速度快、误差小、不受本底干扰等一系列优点。以掺铒光纤为例,通过数字仿真将本方法与其它几种传统的拟合方法进行了比较。快速傅里叶变换方法的测量偏差不到Prony方法的50％,为对数似合(log-fit)方法测量偏差的1／6。另外,快速傅里叶变换方法由于不受本底噪声影响,可以不必在信号处理时去掉本底噪声,因而可以明显缩短测量时间。     

同时测量荧光光纤温度和应变的实验研究

利用掺杂铒元素荧光光纤的试验样品实验测试了荧光寿命的温度特性，并得到荧光寿命在不同温度下的应变响应关系.试验表明，荧光寿命会随着温度的升高而降低；与温度相比荧光寿命随应变的变化很小.提出了一个潜在的同时测量应变和温度的传感器模型.     

全反射X射线技术应用于镀锌板锌层测量的模拟研究

分析了传统的X射线荧光镀锌板锌层测量法,提出了基于全反射X射线荧光分析技术的镀锌板锌层测量方法,并在MCNP中建立X射线全反射模型进行模拟仿真。X射线全反射发生时锌层将原级X射线几乎反射,并在镀锌板法向方向伴随产生少量X射线荧光。针对此特征X射线荧光直接进行分析有效地减少了X射线源的散射本底,提高了测量精度,并且降低了所需源X射线的能量。模拟结果验证了镀锌板上发生X射线全反射的可行性,为实际应用提供了理论依据。     

光谱分析和延迟荧光检测研究外源水杨酸对拟南芥光合作用的影响

外源水杨酸在影响植物活性氧代谢以及光合作用等方面起着重要作用.该文以野生型拟南芥和胁迫条件下内源水杨酸含量较高的cpr5突变体和内源水杨酸含量较低的eds-4突变体为材料,采用光谱分析和延迟荧光检测分析手段,研究了不同浓度的外源水杨酸对三种拟南芥离体叶片光合能力的影响,实验发现100和300 μmol·L-1较低浓度的外源水杨酸对野生型拟南芥离体叶片,eds-4叶片的光合作用都有一定的促进作用,而对cpr5叶片的光合会产生抑制,形成一种胁迫.500μmol·L-1较高浓度的外源水杨酸对三种拟南芥离体叶片均形成了一种胁迫,进而阻抑和降低了叶片的光合效能.DCF(dichloro fluorescein)标记活性氧检测了外源水杨酸作用下叶片活性氧产生量的变化,发现在500μmol·L-1外源水杨酸作用下60min内叶片组织中活性氧产生了明显的积累.     

基于单光源频域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法

现有的光学溶解氧浓度检测方法中光路及电路结构复杂,本文提出了一种单路光源的频域荧光寿命的溶解氧检测方法.采用单路光源的光学结构实现水体溶解氧浓度的检测,简化了光路及电路结构,改进了溶解氧浓度检测算法,降低了整体检测过程的计算量.设计对比实验对方法进行验证,实验结果表明:单光源的频域荧光寿命的检测方法与DOP1光学溶解氧分析仪相比,在0~9mg/L范围内,实际检测误差降低至0.04mg/L;衡量稳定性的检测标准偏差为0.007mg/L,同比降低了36%;采用快速傅里叶变换以及改进的溶解氧浓度计算方法,配合优化的电路及光路结构,在达到90%稳态时响应时间平均缩短了12s,浓度上升和下降时的响应速度分别提升为40%和28%.该方法具有较好的检测精度、稳定性以及响应速度.