[发明专利]浮游植物粒级结构分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体状况分析方法，具体涉及一种海水的浮游植物粒级结构的分析方法。

背景技术

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类，包括硅藻、甲藻、绿藻、蓝藻、金藻、黄藻等，也包括自养性细菌。浮游植物在地球上分布很广，是水域生态系统中最重要的初级生产者，启动了水域生态系统的食物网，在能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用。

浮游植物的粒级结构研究对了解不同粒级大小的浮游植物在生态系统中的功能具有重要意义，对浮游植物的粒级划分一般参照Sieburth等(1978)的标准，按照个体大小可分为以下几种类型：

(1)超微型(pico-):<2μm；

(2)微型(nano-):2-20μm；

(3)小型(micro-):20-200μm；

通常的测量方法是采用“叶绿素a粒级分离法”，即测量不同粒级的浮游植物所含的叶绿素a浓度来描述生物量在各个粒级的分布情况。受所用滤膜孔径的限制，也有研究采用3μm作为超微型和微微型的分界；也有研究采用5μm或8μm，对微型浮游植物进行更为细致的划分。这种方法简单易行，但由于浮游植物的形态多种多样，用网筛和滤膜进行粒级分离时势必会造成误差。

此外，浮游植物粒级结构的研究方法还有电子粒度分析仪法和显微镜粒径分析法、流式细胞仪法、特征色素表征法等。

电子粒度分析仪法不能区分单个细胞和细胞群体，而是将样品中各种不同形状的物质测出体积后，均等效为球体，再根据推算得到的等效直径来划分粒径；这样虽然对于个体细胞可行，但当大量细胞结成群体时则会产生误差。对于不规则的非球体细胞，该方法的测量结果可能偏低。目前商业化的库尔特计数仪的粒径测量范围一般为1-120um，已在海洋浮游植物和浮游植物动物等粒径测量中得到了广泛的应用。

显微镜粒径分析法，是在显微镜下分别测量藻细胞样品的长、宽、高等线性参数，然后根据相关的几何公式计算细胞的体积、表面积和等效直径或半径等。由于浮游植物细胞的几何形态不规则，而且种间差异很大，所以选择合适的几何形状计算公式是准确计算细胞体积等的关键。更重要的是，尽管同一种浮游植物有相同的几何形状，但细胞大小差异很大，因此测量足够数量的细胞不仅是得到准确并具有统计意义的粒径数据的关键，也是测量浮游植物粒径分布所必需的。这种方法具有直观的优点，但其工作量大、耗时多，难以消除细胞光晕的干扰以及由此导致的粒径测量偏差。

流式细胞法主要是根据在流体作用下，细胞散射光和角度差异确定浮游植物粒径。可同时测量单个细胞的几何形状、内部结构、荧光特性和DNA组成等，并据此进行种类检定。商业化的流式细胞仪自20世纪80年代已在水生生物学研究中得到了应用，但目前一般只能测量50um以下的细胞，而且存在不同种类浮游植物所需不同染色剂之间相互干扰、前期处理中会损失部分细胞、且仪器价格昂贵等问题。

特征色素表征法，基于不同种类浮游植物在色素组成上的差异性，采用特征色素组分对不同粒级浮游植物的相对含量进行推算。采用高效液相色谱技术(HPLC)可测定浮游植物所含的主要色素成分。利用色素进行分类学研究的主要方法是“矩阵因子化”方法，标志性的成果是CHEMTAX软件。到目前为止，不仅在门类水平上能够准确的测定浮游植物群落组成，而且部分种属已经可以被准确的识别测定；但色素分析方法需要高效液相色谱仪，试剂消耗量大，样品前处理繁琐；值得注意的是，这种方法并不能严格地反映浮游植物群落的真实粒径，一些诊断色素可能会同时在多种浮游植物群落中；因此该方法推算的结果具有更强的统计学意义，而不能指示单个藻类细胞的粒径大小。

采用上述方法对浮游植物粒径结构进行测量，仅限于采集的水样，因此在水平或垂向尺度上的空间覆盖程度上还存在很多限制。

现有研究发现，浮游植物粒径大小与其吸收、衰减特性之间具有紧密的联系，是决定浮游植物光学特性变化的主要因素之一。鉴于此，本发明人提出一种根据水体的光谱衰减、吸收来分析水体中浮游植物的方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于：提供一种基于海水吸收光谱分析的海水浮游植物粒级结构的分析方法，即拟原位测量水体吸收光谱，通过分解方法提取浮游植物吸收光谱贡献，采用生物光学反演算法，进一步提取藻类的平均粒径和浮游植物粒级结构信息。该方法的优势在于可实现原位、高频及高垂向分辨率的测量，对于快速查明浮游植物生物量的粒级结构及时空分布具有重要意义。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：