[發明專利]浮游植物粒級結構分析方法

在審

• 申請號: 201510833219.4
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105352861A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 周雯;孫兆華;鄒國旺;許占堂;王桂芬;李彩;楊躍忠;曹文熙
• 申請（專利權）人: 中國科學院南海海洋研究所
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 孔德超;劉明星

技術領域

本發明涉及一種水體狀況分析方法，具體涉及一種海水的浮游植物粒級結構的分析方法。

背景技術

浮游植物是指在水中以浮游生活的微小植物，通常浮游植物就是指浮游藻類，包括硅藻、甲藻、綠藻、藍藻、金藻、黃藻等，也包括自養性細菌。浮游植物在地球上分布很廣，是水域生態系統中最重要的初級生產者，啟動了水域生態系統的食物網，在能量流動、物質循環和信息傳遞中起著至關重要的作用。

浮游植物的粒級結構研究對了解不同粒級大小的浮游植物在生態系統中的功能具有重要意義，對浮游植物的粒級劃分一般參照Sieburth等(1978)的標準，按照個體大小可分為以下幾種類型：

(1)超微型(pico-):<2μm；

(2)微型(nano-):2-20μm；

(3)小型(micro-):20-200μm；

通常的測量方法是采用“葉綠素a粒級分離法”，即測量不同粒級的浮游植物所含的葉綠素a濃度來描述生物量在各個粒級的分布情況。受所用濾膜孔徑的限制，也有研究采用3μm作為超微型和微微型的分界；也有研究采用5μm或8μm，對微型浮游植物進行更為細致的劃分。這種方法簡單易行，但由于浮游植物的形態多種多樣，用網篩和濾膜進行粒級分離時勢必會造成誤差。

此外，浮游植物粒級結構的研究方法還有電子粒度分析儀法和顯微鏡粒徑分析法、流式細胞儀法、特征色素表征法等。

電子粒度分析儀法不能區分單個細胞和細胞群體，而是將樣品中各種不同形狀的物質測出體積后，均等效為球體，再根據推算得到的等效直徑來劃分粒徑；這樣雖然對于個體細胞可行，但當大量細胞結成群體時則會產生誤差。對于不規則的非球體細胞，該方法的測量結果可能偏低。目前商業化的庫爾特計數儀的粒徑測量范圍一般為1-120um，已在海洋浮游植物和浮游植物動物等粒徑測量中得到了廣泛的應用。

顯微鏡粒徑分析法，是在顯微鏡下分別測量藻細胞樣品的長、寬、高等線性參數，然后根據相關的幾何公式計算細胞的體積、表面積和等效直徑或半徑等。由于浮游植物細胞的幾何形態不規則，而且種間差異很大，所以選擇合適的幾何形狀計算公式是準確計算細胞體積等的關鍵。更重要的是，盡管同一種浮游植物有相同的幾何形狀，但細胞大小差異很大，因此測量足夠數量的細胞不僅是得到準確并具有統計意義的粒徑數據的關鍵，也是測量浮游植物粒徑分布所必需的。這種方法具有直觀的優點，但其工作量大、耗時多，難以消除細胞光暈的干擾以及由此導致的粒徑測量偏差。

流式細胞法主要是根據在流體作用下，細胞散射光和角度差異確定浮游植物粒徑。可同時測量單個細胞的幾何形狀、內部結構、熒光特性和DNA組成等，并據此進行種類檢定。商業化的流式細胞儀自20世紀80年代已在水生生物學研究中得到了應用，但目前一般只能測量50um以下的細胞，而且存在不同種類浮游植物所需不同染色劑之間相互干擾、前期處理中會損失部分細胞、且儀器價格昂貴等問題。

特征色素表征法，基于不同種類浮游植物在色素組成上的差異性，采用特征色素組分對不同粒級浮游植物的相對含量進行推算。采用高效液相色譜技術(HPLC)可測定浮游植物所含的主要色素成分。利用色素進行分類學研究的主要方法是“矩陣因子化”方法，標志性的成果是CHEMTAX軟件。到目前為止，不僅在門類水平上能夠準確的測定浮游植物群落組成，而且部分種屬已經可以被準確的識別測定；但色素分析方法需要高效液相色譜儀，試劑消耗量大，樣品前處理繁瑣；值得注意的是，這種方法并不能嚴格地反映浮游植物群落的真實粒徑，一些診斷色素可能會同時在多種浮游植物群落中；因此該方法推算的結果具有更強的統計學意義，而不能指示單個藻類細胞的粒徑大小。

采用上述方法對浮游植物粒徑結構進行測量，僅限于采集的水樣，因此在水平或垂向尺度上的空間覆蓋程度上還存在很多限制。

現有研究發現，浮游植物粒徑大小與其吸收、衰減特性之間具有緊密的聯系，是決定浮游植物光學特性變化的主要因素之一。鑒于此，本發明人提出一種根據水體的光譜衰減、吸收來分析水體中浮游植物的方法。

發明內容

本發明的第一個目的在于：提供一種基于海水吸收光譜分析的海水浮游植物粒級結構的分析方法，即擬原位測量水體吸收光譜，通過分解方法提取浮游植物吸收光譜貢獻，采用生物光學反演算法，進一步提取藻類的平均粒徑和浮游植物粒級結構信息。該方法的優勢在于可實現原位、高頻及高垂向分辨率的測量，對于快速查明浮游植物生物量的粒級結構及時空分布具有重要意義。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：