植物色素的光声光谱研究

测定了纸色谱分离的极为微量的六种植物色素的光声光谱，并与相应色谱斑点溶出物的吸收光谱进行对照，表明光声光谱对植物色素的鉴定简便有效，海藻类别众多，所含色素体系各有特征，本文报道了绿色藻，红藻和褐藻的光声光谱，并用导数光谱法明确了这些藻类的色素分布特征。     

光谱对小球藻和等鞭金藻生长的影响

采用单色LED光源和荧光灯从效率和速率两个角度研究了光源光谱对海生小球藻和等鞭金藻8701生长的影响,结果表明,连续光谱能够促进较高的最大生长率,蓝光促进生长的效率较高,两者组合能够较好地兼顾效率和速率。为了定量描述光照中的光谱参量,引入光谱吸收系数,根据光源发射光谱和藻体吸收谱计算海藻对光源光谱的量子吸收效率,该系数与实验结果中相应的生长效率成正相关,能够初步以量化形式反映光谱与其生长效率的关系。     

基于小波变换的藻类显微光谱成像分类技术

通过显微成像光谱技术对淡水藻类进行成像光谱的测量,并试图同时从形貌和化学成分两个方面给出藻类识别的综合方法。首先利用显微图像技术对单个藻种进行观察测量,进行形貌学分类,再通过成像光谱仪获得藻类的吸收光谱立方体,然后利用小波变换对光谱进行处理,得到区分形貌相近的不同藻类的光谱特征参数,在化学成分上将其区分。本方法对准确进行藻类识别具有重要的指导意义。     

鱼毒性藻类及其溶血活性的三维荧光光谱识别研究

利用小波分析和Fisher判别等方法,研究了典型鱼毒性藻类米氏凯伦藻(karenia mikimotoi)、海洋卡盾藻(chattonella marina)及卵圆卡盾藻(chattonella ovata)在不同铁浓度培养条件下各生长期的溶血毒素与三维荧光特征光谱的关系。通过Coif2小波分析发现,鱼毒性藻类与非鱼毒性藻类的荧光特征谱差异主要集中在第1～10个数据点(波长λ_em=650～680 nm)和35～47个数据点(波长λ_em=725～750 nm;λ_ex=400～425 nm)的荧光强度变化。利用该波段的藻类荧光强度及其对应的溶血活性值进行Fisher判别函数分析,对鱼毒性藻类的正确判别率为91.7%,非鱼毒性藻类的正确判别率高达100%,对具中等溶血活性(≥10 HU, <20 HU)藻类的正确判别率为70%,而对低活性(<10 HU)和高活性(≥20 HU)藻类的正确判别率均达80%以上。     

溶解有机物三维荧光光谱技术在赤潮藻识别中的应用

将赤潮藻生长过程中产生的荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的三维荧光光谱与主成分分析相结合,尝试建立了我国沿海10种常见赤潮藻的识别测定技术.用主成分分析提取三维荧光光谱第一主成分载荷谱作为识别特征谱,建立了浮游植物荧光特征谱库,在此基础上利用Bayes...     

荧光光谱成像技术结合聚类分析及主成分分析的藻类鉴别研究

为探讨快速、实时藻类检测方法,实验通过荧光光谱成像技术结合模式识别方法对不同藻类进行鉴别研究。发现藻类样本存在着显著的荧光特性,通过采集40个藻类样品的荧光光谱图像,对图像进行去噪、二值化处理,确定有效像素后,根据光谱立方体绘制每个样本的光谱曲线,将所得400～720 nm区段范围内的光谱数据作鉴别分析,再利用系统聚类分析及主成分分析两种不同的模式识别法对光谱数据进行处理。系统聚类分析结果表明： 采用欧氏距离法及平均加权法计算样本间的聚类距离,在距离L=2.452以上水平处可将样本正确分类,准确率为100%;主成分分析结果表明： 通过对原始光谱数据进行一阶微分、二阶微分、多元散射校正、变量标准化等预处理后,再对数据进行主成分分析,其中二阶微分预处理后鉴别效果最佳,八种藻类样品在主成分特征空间中独立分布。因此,利用荧光光谱成像技术结合聚类分析法及主成分分析法对藻类进行鉴别是可行的,操作简便、快速、无损。     

亚心形扁藻傅里叶变换近红外拉曼光谱

测定并研究了亚心形扁藻的傅里叶变换近红外拉曼光谱。结果表明,采用1 064 nm近红外激光激发,以亚心形扁藻藻液离心所获得的藻泥为测试样品,当激发光功率为360 mW,累加70次,可以获得较清晰的亚心形扁藻近红外拉曼光谱信号。其主要谱峰为：381～432, 552～556, 611～613, 710, 873, 953～964, 1 108～1 119, 1 457, 1 523～1 527, 2 986 cm-1,确认其归属主要为蛋白质、不饱和脂肪酸以及酯类等亚心形扁藻的主要组成物质。该研究为藻类分类以及环境胁迫下藻类的生理生化变化提供一种快速、实时、无损的检测方法。     

赤潮光谱特征及其形成机制

采用海面以上光谱测量方法 (Above water method),利用美国FieldSpec® Dual VNIR光谱仪测量了丹麦细柱藻、中肋骨条藻、海洋褐胞藻等三种浮游植物赤潮以及红色中缢虫这一原生动物赤潮的离水辐射光谱数据。强调赤潮与正常海水的光谱差异在于687～728 nm波段的特征反射峰,指出了浮游植物赤潮与原生动物赤潮间的显著光谱差异,并认为可据此进行某些赤潮种类的遥感识别。给出了浮游植物赤潮光谱反射峰、吸收峰成因;红色中缢虫这一原生动物引起的水色异常,与其体内的共生藻类及浮游植物色素碎屑有关;其摄食偏好、与藻类的共生特性研究以及藻类常温下的荧光发射特性研究,将有助于加深对于红色中缢虫赤潮光谱成因的认识。     

One‐Pot Synthesis of Algae‐Like MoS2/PPy Nanocomposite: A Synergistic Catalyst with Superior Peroxidase‐Like Catalytic Activity for H2O2 Detection

A facile one‐pot synthetic route is reported to prepare algae‐like molybdenum disulfide/polypyrrole (MoS₂/PPy) nanocomposite through a redox reaction between ammonium tetrathiomolybdate and pyrrole monomer under a hydrothermal condition without any other templates. The as‐prepared unique algae‐like MoS₂/PPy nanocomposites are composed of few layer MoS₂ nanosheets, which are covered with PPy. Structural and morphological characterizations of this unique nanocomposite are investigated by Fourier‐transform infrared spectra, Raman spectra, X‐ray diffraction pattern, X‐ray photoelectron spectra, energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, and transmission electron microscopy. The as‐prepared MoS₂/PPy nanocomposites exhibit an excellent peroxidase‐like catalytic activity toward the oxidation of 3,3,5,5‐tetramethylbenzidine (TMB) in the presence of hydrogen peroxide (H₂O₂) in acetate buffer solution (pH 4.0), which provides a facile strategy for the colorimetric detection of H₂O₂ with a high sensitivity.     

三维荧光光谱-小波变换-粒子群算法联用快速识别测定浮游藻群落组成方法的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了实验室培养的分属5个门13个属的17种中国近海常见赤潮藻的荧光性质,通过db7二维小波变换提取赤潮藻三维荧光光谱的特征参量,采用系统聚类法构建荧光特征标准谱库,并利用多元线性回归辅以粒子群算法进行参数估计建立识别技术,实现了赤潮藻在门、属水平上的识别测定。测定样品中:赤潮藻纯种培养体在门、属水平上的平均识别正确率分别为96.1%和73.6%;对于优势度分别为60%,75%,80%,90%的赤潮藻模拟混合样品,优势藻在门水平上的平均识别正确率分别为86.7%,96.9%,98.7%,99.4%,识别相对含量分别为62.6%,72.7%,76.0%,81.6%;优势藻在属水平上的平均识别正确率分别为51.0%,68.9%,72.0%,78.8%;对于优势度达75%的赤潮藻实际混合样品,优势藻在门、属水平上的平均识别正确率分别为99.4%和75.9%。将所建技术用于围隔实验水样和现场调查采集水样进行分析,有效实现了浮游藻群落组成的识别测定,尤其是硅藻和甲藻的分类识别。     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同类型生物土壤结皮光谱特征

黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮光谱特征的研究,为基于遥感的区域尺度生物土壤结皮的识别提供了重要的科学价值,为进一步估算生物土壤结皮在区域水土流失防治中所起的作用提供了重要的技术支持。采用地物光谱测定技术,在黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域对不同覆盖度藻类和不同类型藓类生物土壤结皮以及不同高等植被进行了光谱测定,并进行定量分析。研究表明,黄土高原水蚀风蚀交错区藻类生物土壤结皮与土壤具有相似的光谱特征,光谱曲线没有明显的“峰-谷”。藻类生物土壤结皮光谱特征主要表现为光谱反射率随生物土壤结皮覆盖度增加而降低的变化规律;其中可见光区,覆盖度10%~20%,30%~40%及50%~60%藻类生物土壤结皮相比于裸地,反射率归一化均值分别下降了8.64%,15.80%和23.09%。随藻类结皮覆盖度增加,680 nm处吸收特征(叶绿素)越来越明显,2 200 nm处吸收谷(次生矿物)越来越小。藓类生物土壤结皮光谱曲线表现出与高等植物相似的特征,形成绿波段的反射峰和红光波段的吸收谷以及近红外波段的高反射。但在760~930 nm区间,藓类生物土壤结皮的斜率明显大于高等植物, 藓类生物土壤结皮的光谱斜率Slope_(930/760)是高等植物的2.5～4.5倍。黄土高原生物土壤结皮光谱特征的研究可为生物土壤结皮的遥感识别提供一定的理论依据和技术支持。     

Analysis of Natural Phytoplankton Populations by Pattern Recognition of Two-Dimensional Fluorescence Spectra

Two-dimensional Fourier-transform-based pattern recognition is used to characterize natural populations of marine algae by their two-dimensional, in vivo fluorescence spectra. The two dimensional fluorescence spectrum, termed an excitation-emission matrix (EEM), is acquired using a portable, multichannel fluorescence spectrophotometer (PMFS). Natural populations in the Gulf of Mexico south of Louisiana and the coastal area near Savannah, Georgia are characterized by their measurement of in situ fluorescence. Characterization of unknown populations is achieved by comparing the unknown EEMs to a collection of standard EEMs acquired from 23 species (6 classes) of marine algae. Pattern recognition results from data collected along the Georgia coast indicating diatom populations were confirmed by microscopic examination of selected samples.     

基于MODIS植被指数时间谱的太湖2001年—2013年蓝藻爆发监测

藻类水华爆发已成为影响内陆水体生态环境的重要因素。遥感能够提供实时的大范围观测,在水华监测中起到越来越重要的作用。遥感植被指数已广泛应用于藻类水华监测中,通过对研究区植被指数图像进行阈值分割,能够反映不同子区域内的藻类爆发程度;然而阈值分割法的结果只能反映某一时间点(图像获取时)的藻类爆发状况,无法表征长时间内藻类的变化。相比于单个时间点的植被指数,植被指数时间谱(时谱)包含藻类的物候信息,能够更加全面准确地反映藻类的长时间变化。目前,植被指数时间谱还尚未应用到水华相关研究中。选取2001年—2013年太湖区域的MODIS NDVI数据,构建年度NDVI时谱数据,利用(support vector machine, SVM)方法对每年的太湖蓝藻水华爆发强度进行分类,将太湖重度、中度和轻度蓝藻水华爆发的区域以及水生植物的区域提取出来,得到其空间分布和面积;并从2007年的时谱数据中抽取了8个时间点的NDVI图像,利用传统阈值分割法提取太湖重度、中度和轻度蓝藻水华爆发的区域,将结果与2007年时谱数据分类的结果进行对比。结果表明：所提出的方法能够更加全面准确地对太湖蓝藻爆发强度进行分类,通过NDVI时谱曲线提供的丰富物候信息可准确区分蓝藻与水生植被区域。本研究有望为准确掌握和预测藻类水华的爆发趋势及强度提供有效手段。     

A Mössbauer spectroscopy study of the conformational dynamics of native membrane proteins

In a Mössbauer study of non-dehydrated membrane proteins from thermophilic green-blue algae we observed the behavior of the “narrow” and “broad” lines of their Mössbauer spectra during the heating from 80 to 270 K and found that the behavior of the full area S_F under the spectrum resembles that of the Debye-Waller factor and that quadrupole splitting decreases drastically, from Δ = 0.7 mm/s to Δ ≈ 0, as the temperature is increased from 220 to 270 K. The mathematical treatment of the spectra and decomposition into three components corresponding to thermal, diffusional and conformational motions enabled us to explain the temperature-dependent changes in the spectra.     

城市景观河道中藻华暴发对水体中DOM特征的影响

城市景观河道由于接纳了不同来源的废水造成水体富营养化,因此在夏季经常暴发藻华。藻华暴发改变了水体中DOM的性状,进而影响到水体中污染物的迁移转化行为。本研究以天津市海河干流为例,采集藻华暴发前后水体样品,研究城市景观河道中藻华暴发对水体中DOM的影响。结果表明：藻华暴发后,水体中DOM的含量从26.47 mg·L-1增加到38.20 mg·L-1,水体中的TN,NH+₄-N和TON的含量也分别为暴发前的3.1倍、2.5倍和4.2倍,但是TP和NO-₃-N的含量保持稳定。C/N比值从18.51降低到6.39,而N/P比值则从5.69增加到20.10。藻华暴发使得DOM的来源从以陆源为主转变为以内源为主,水体也表现出一个逐步向磷限制转变的过程。三维荧光图谱结果显示藻华暴发后,DOM的成分从较为复杂的多种来源的有机质转变为藻类为主的有机质,而紫外特征光谱结果表明藻华暴发后DOM分子结构也从简单转变为复杂,但是水体中的腐殖质物质的含量有所下降,而类蛋白物质的含量出现了上升。利用超滤装置研究藻华暴发前后水体中不同分子量的DOM特征后发现,藻华暴发前后水体中DOM都主要以小分子的DOM为主,分子量小于10 kD的DOM占到了总的DOM的80%以上,随着分子量的增大,三维荧光特征峰强度都出现了升高趋势,而紫外特征吸收光谱也表明大分子量的DOM中可能含有更多的芳香族化合物。研究结果表明,在研究城市景观河道水体富营养化过程中要注意DOM在其中的作用,尤其是当外源污染物得到控制时,要充分考虑DOM降解对富营养化的贡献。     

基于显微拉曼对氮胁迫下微藻油脂变化的研究

利用共聚焦显微拉曼光谱仪获取生长在三种氮营养条件下(氮胁迫、氮正常、氮饱和)培养的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的拉曼光谱,通过拉曼散射光谱信息对微藻在不同氮胁迫下生长情况及油脂变化进行研究。对油脂拉曼特征峰值比值作气泡图以直观表达油脂积累量,该气泡图与尼罗红荧光图像具有良好的相关性。光谱信号经预处理后,利用主成分分析(PCA)对全波段进行分析,获得相应的主成分变量,通过线性判别分析(LDA)建立分类模型。利用PCA获取的主成分变量建立的LDA预测模型对三种氮营养条件的预测正确率分别是80%, 93.3%, 86.7%。基于油脂特征位移(RS)处的比率建立的LDA分类模型对三种氮营养条件的分类正确率最高达到86.7%。研究结果表明,利用拉曼技术对微藻生长的不同氮胁迫条件鉴别是可行的,且随着氮胁迫影响的时间增加,油脂的积累差异就越大。     

荧光产生时间与荧光峰值波长关系的研究

用激光诱导荧光(LIF)方法对芳香族化合物蒽进行了时间分辨谱研究,介绍了所用测试系统的组成和测试方法,获得了蒽的荧光强度-波长-时间三维立体图、峰值荧光时间图、等高图,并对实验结果进行了分析。研究表明,荧光产生的时间与峰值波长有关系,长波早于短波。     

Ultrasonic frequency effects on the removal of Microcystis aeruginosa

Algae bloom in source water causes high chemical consumption and deteriorates water quality in waterworks. This paper studied the ultrasonic removal of Microcystis aeruginosa. The results showed that algae cells could be effectively removed by sonication and gas vesicle collapse was the main mechanism. The ultrasonic algae removal followed the first order reaction with a rate constant of 0.023 min(-1) (80 W, 80 kHz). Higher ultrasound frequency benefited algae removal; the algae removal rate constant was 0.114 min(-1) at 1320 kHz and 0.0224 min(-1) at 20 kHz (80 W). Higher ultrasound power also accelerated algae removal; the algae removal rate constant was 0.023 min(-1) at 80 W and 0.007 min(-1) at 32 W (80 kHz). However, high ultrasound power and long irradiation caused microcystins to increase. 80 W, 80 kHz sonication for 5 min increased the extracellular microcystins concentration from 0.87 microg/L to 3.11 microg/L. Sound frequency had little impact on the microcystins release. The chlorophyll a concentration initially decreased and then stabilized after 5 min of sonication.     

基于激光共焦扫描术的亚心形扁藻显微图像与光谱

采用激光共聚焦扫描显微技术,针对亚心形扁藻开展了研究.从获得的488 nm Ar+激光单光子激发的亚心形扁藻自体荧光光谱与图像,可知细胞内有一杯状叶绿体物质,其荧光峰值为682 nm,对应叶绿体发出的红色荧光.在单通道模式下,获得800 nm fs激光双光子激发的扁藻自体荧光光谱与图像,可知每个杯状叶绿体的内部有一个自体荧光更强的圆形物质.在双通道模式下,可分别获得小圆形物质的自体荧光图像,杯状叶绿体自体荧光图像,以及两个通道图像的叠加.进一步获得了双光子藻细胞荧光图的6个主要的荧光峰.采用单光子激光激发可获得亚心形扁藻叶绿体自体荧光图像及其荧光光谱,而双光子激光激发荧光光谱的多通道以及Lambda模式下采集光谱信号与图像,不仅可观察到亚心形扁藻的内部形态结构,还可能从双光子激发荧光图中研究分析亚心形扁藻生化物质的存在,灵敏度较单光子激发高.激光扫描共聚焦显微技术,特别是双光子荧光与图像技术可为海藻的检测与研究提供一种快速、实时、有效、简便的方法.     

Influence of the shallow impurity environment on the luminescence of single-quantum dots

The evolution of low-temperature photoluminescence (PL) spectra of single GaAs/AlGaAs quantum dots (QD) is studied as a function of laser excitation power. At very low powers, where multi-exciton occupation of the QD can be excluded, an unexpected and pronounced spectral evolution is observed. In this weak excitation regime, a significant difference in the fine structure of single-QD spectra is observed not only among different, structurally identical QDs of the same sample, but also among spectra taken from the same single QD excited above and below the AlGaAs barrier. A time-resolved, two-color pump and probe PL experiment on a single QD indicates relaxation times between the different spectral shapes in the ms-range. A model, taking into account the influence of the shallow impurities in the environment of each QD, explains the experimental results.