東海原甲藻吸收光譜特性分析

周虹麗，朱建華，楊安安，簡偉軍，林少君

（1.國家海洋技術中心，天津300112；2.深圳市海岸與大氣研究重點實驗室，廣東 深圳 518057）

東海原甲藻吸收光譜特性分析

周虹麗1，朱建華1，楊安安1，簡偉軍2，林少君2

（1.國家海洋技術中心，天津300112；2.深圳市海岸與大氣研究重點實驗室，廣東 深圳 518057）

以東海原甲藻為研究對象，通過室內和室外的一系列培養實驗，通過對不同生長時期其光吸收特性的變化和不同光強對其光吸收特性的影響進行研究，分析東海原甲藻光吸收特性研究及其爆發的可能機制。結果表明在培養的不同時期東海原甲藻光吸收特性差異明顯，在不同光強條件下，當遮光率為77.7%時，最適于東海原甲藻生長。

東海原甲藻；吸收光譜；特性分析

東海原甲藻是近年來在我國長江口及其鄰近海域大規模爆發的赤潮藻種，嚴重破壞了海洋生態環境，威脅到長江口及其鄰近海域的漁業生產和水產食品的食用安全，引起了人們的廣泛關注。國內外的學者經過多年的研究[1-7]，已收集和整理了大量有關東海原甲藻赤潮的海洋學、生物學和生態學等方面的資料，并對赤潮的成因作了初步探討。

近年來，隨著遙感技術的廣泛應用，用遙感技術來監測赤潮已成為赤潮監測的重要手段。對于赤潮藻種的遙感光學應用來說，研究赤潮藻種的固有光學特性是其中不可忽略的指標，同時，它也是連接其生理、生態及應用的中間環節。本項目以東海原甲藻為研究對象，通過室內和室外一系列培養實驗，對東海原甲藻的吸收光譜特性進行分析。實驗表明，在培養的不同時期，東海原甲藻的光吸收圖譜特征差異明顯；在不同培養時期東海原甲藻對光的適應性較強，其中在遮光率為77.7%的條件下最適于東海原甲藻生長。通過這些方面的研究，對東海原甲藻的生物光學特性、其赤潮消長的原因以及水色遙感的監測等多方面的研究提供了重要的基礎資料。

1 吸收系數測量

1.1 樣品采集

本次實驗分為兩個階段進行，其中實驗1是在天津實驗室內光照培養箱中培養東海原甲藻，共有4個樣品，培養條件為：f/2培養液，鹽度 28，L:D為12:12，光強 3 500～3 800 lx，溫度（18±1）℃。

實驗2是在天津露天水槽培養條件下進行東海原甲藻的固有光學特性測量，共有18個樣品，根據遮光率 （0%，20%，40%，60%，80%和100%）的不同分為6組，每組3個樣品。

將實驗1和實驗2的樣品直接采集到樣品瓶中，立刻在實驗室內進行樣品的前處理和測量。

實驗設計見表1。

表1 實驗設計

1.2 實驗室測量

1.2.1 總顆粒物樣品吸收系數的測量[8]

將藻液過濾到直徑25 mm、孔徑0.7 μm的GF/F玻璃纖維濾紙上，得到總顆粒物的樣品濾紙。在數據處理中光程放大效應校正采用Mitchell等（1990）的方法，并根據獲得的總顆粒物光學密度光譜特點和浮游植物在近紅外波段吸收可以忽略的假設，選取790～800 nm波段進行近紅外波段零值吸收的校正，最后計算得到總顆粒物吸收系數ap（λ）。

1.2.2 葉綠素a濃度的測量[8]

用直徑25 mm、孔徑0.7 μm的GF/F玻璃纖維濾紙，過濾得到浮游植物色素樣品，將樣品濾紙放入15 ml的離心分離管中，加入10 mL 90%的HPLC級丙酮溶液（V:V與超純水的體積比），將離心分離管置于超聲波震蕩器中，在冰浴中超聲波震蕩10 min，在0℃以下黑暗中提取色素24 h后，離心分離獲得色素提取液。將色素提取液放入熒光計中測量其未酸化和酸化后的響應值Fb和Fa。利用式（1）計算葉綠素a的濃度(單位為 μgL-1)：

式中：[Chla]是葉綠素a的濃度；Blkb和Blka是未酸化和酸化后90%丙酮空白的熒光信號；τ是熒光計對葉綠素a的靈敏度；FR是儀器的響應因子；VEXT是色素提取體積；VFILT是過濾的樣品體積。

1.2.3 總顆粒物比吸收系數的獲得[9]

利用總顆粒物吸收系數除以葉綠素a的濃度，計算總顆粒物比吸收系數 a*p（λ）：

2 結果與分析

2.1 不同培養階段的光吸收特性變化

2.1.1 不同培養時期總顆粒物吸收光譜

根據藻類培養的時間和吸收光譜的不同，將培養時期分為前中后期（D_01～D_03為培養前期，D_04～D_11為培養中期，D_12～D_14為培養后期）。光譜曲線隨培養時間的不同呈現較為明顯的變化趨勢。從圖1可以看出，在培養前期，吸收系數值較小，同時在紫外部分的吸收峰不明顯，在440 nm的吸收峰也不明顯；在培養中期，藻類在紫外部分有明顯的吸收峰，同時在440 nm和675 nm處的兩個吸收峰特征顯著；到了培養后期，在量值上有所降低，即將進入下一個生長周期。

圖1 不同培養時期總顆粒物吸收系數

2.1.2 不同培養時期總顆粒物比吸收光譜

光譜曲線隨培養時間的不同呈現較為明顯的變化趨勢，由于受葉綠素a的影響，這種光譜的變化與吸收系數光譜變化有很大差別。從圖2可以看出：在培養前期，由于葉綠素a的濃度低，使得比吸收系數值較大；在培養中期隨著葉綠素a濃度的逐漸增大，在第4天到第11天，比吸收系數的值比較接近，光譜形狀趨于一致；在培養后期隨著葉綠素a濃度的逐漸減小，比吸收系數的值又開始增大。

圖2 不同培養時期總顆粒物比吸收系數

2.2 不同光照條件對光吸收特性的影響

2.2.1 不同培養時期不同光照條件下的光譜吸收

樣品sam_01～sam_06對應的遮光率為別是：0%，13.4%，26.0%，60.0%，77.7%和100%。不同光照條件下東海原甲藻的光譜吸收如圖3所示，在培養的第2天不同光照條件下東海原甲藻的生長趨勢基本一致；在第6天，只有遮光率為100%的處理生長受到抑制，其余處理生長趨勢基本相同，其中遮光率為77.7%的處理長勢最好；在培養的第11天，不同光照條件下的樣品生長趨勢又趨于一致 （遮光率為100%的處理除外）。

圖3 不同光照條件下總顆粒物吸收系數

2.2.2 不同光照條件下440 nm和675 nm光吸收系數的變化趨勢

從不同光照條件下總顆粒物440 nm和675 nm吸收系數變化趨勢圖（圖4）中可以看出，在培養的0～67 h內，遮光率為0%～77.7%的處理光譜曲線無明顯差異，之后遮光率為77.7%的處理吸收值最高，到235 h后，各個樣品的光譜曲線又逐漸趨于一致。而遮光率為100%的處理在培養的20 h后，生長受到抑制?？梢钥闯鲈谡诠饴蕿?7.7%的條件下最適于東海原甲藻生長。

圖4 不同光照條件下總顆粒物440 nm和675 nm吸收系數

3 結論

（1）培養前中后期，東海原甲藻的光吸收圖譜特征差異明顯；

（2）東海原甲藻對光的適應性較強；遮光率為0%～77.7%的處理，0～67 h光譜曲線無明顯差異，之后遮光率為77.7%的處理吸收值最高，到235 h后，各個樣品的光譜曲線又逐漸趨于一致。其中在遮光率為77.7%的條件下最適于東海原甲藻生長。

（3）總顆粒物440 nm和675 nm光吸收系數與葉綠素a濃度的變化趨勢基本一致，675 nm的相關性更好。

這次實驗通過室內和室外培養東海原甲藻，測量其光譜特征，由于藻種類型，自然條件，實驗條件等多方面的影響，只進行了單一藻種少量平行樣和短期內的培養測量和分析，未能進行多個藻種長期的培養和觀測，建立赤潮藻類光譜庫，這仍需今后不斷補充和完善。

致謝：感謝東海原甲藻固有光學特性研究小組在試驗中付出的辛勤勞動。

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[9]KOJI SUZUKI,et al.Chlorophyll-Specific Absorption Coefficients and Pigments of Phytoplankton off Sanriku,Northwestern North Pacific[J].Journal of Oceanography,1998，54：517-526.

Abstract：A series of indoor and outdoor cultivation experiments on Prorocentrum Donghaiense are studied.Through the research on their absorption spectra characteristics with different growth period and different light intensity,the possible mechanisms of their outbreak are discussed.The results show that the difference of absorption spectra characteristics in different period is obvious and it is most suitable for the growth of Prorocentrum Donghaiense when the shading rate is 77.7%.

Key words：Prorocentrum donghaiense Lu;absorb spectrum;analysis

Analysis of Prorocentrum Donghaiense Lu Absorb Spectral Characteristic

ZHOU Hong-li1,ZHU Jian-hua1,YANG An-an1,JIAN Wei-jun2,LIN Shao-jun2
（1.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China;2.Shenzhen Key Laboratory for Coastal and Atmospheric Research,Shenzhen Guangdong 518057,China）

TP722.4

A

1003-2029（2011）01-0065-04

2010-06-17

“973”資助項目——我國近海有害赤潮發生的生態學、海洋學機制及預測預防研究；國家自然科學基金資助項目（460606039）