專利名稱：一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種浮游植物鑒定技術(shù)，尤其是涉及一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化 方法。
背景技術(shù)：
近年來水華和赤潮現(xiàn)象日益頻繁，引起了一系列環(huán)境和健康問題。國家水利部 于2008年初啟動(dòng)了全國重點(diǎn)湖泊、水庫、城市河湖的藻類監(jiān)測(cè)工作；國家環(huán)境保護(hù)部也于 2009年初開始加強(qiáng)我國環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的藻類監(jiān)測(cè)隊(duì)伍和監(jiān)測(cè)水平；國家建設(shè)部亦要求全 國自來水系統(tǒng)各水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心加強(qiáng)源水的藻類及藻毒素監(jiān)測(cè)工作。我國的“水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范”要求浮游植物(浮游藻類)定量計(jì)數(shù)必須鑒定到屬； “近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測(cè)”規(guī)定優(yōu)勢(shì)種、常見種、赤潮生物種應(yīng)鑒定到種。而要精確 評(píng)價(jià)藻類在水體中的含量狀況，必須知道各藻種的細(xì)胞密度、各藻種的生物量、各藻門(一 個(gè)門包含多個(gè)隸屬于其下的藻種，例如綠藻門包含蛋白核小球藻、多線四鞭藻、齒牙柵藻等 藻種，門的細(xì)胞密度即門下各藻種的細(xì)胞密度之和。)的細(xì)胞密度和生物量等；要精確評(píng)價(jià) 藻類群落結(jié)構(gòu)特征，則至少應(yīng)計(jì)算馬格里夫豐富度指數(shù)、香農(nóng)威樂多樣性指數(shù)、辛普森多樣 性指數(shù)、均勻性指數(shù)及各藻門占藻類總量的比例(包括細(xì)胞密度和生物量)。當(dāng)前藻類監(jiān)測(cè)的主要手段有兩種，分別是經(jīng)典的顯微鑒定計(jì)數(shù)法和利用進(jìn)口的藻 類在線分析儀進(jìn)行檢測(cè)的方法。進(jìn)口的藻類在線分析儀是基于藻的色素分析來確定藻的濃度，價(jià)格昂貴，且只能 宏觀地把藻分為四大類，根本無法精確的鑒定藻種并計(jì)算藻種的細(xì)胞密度。而經(jīng)典的顯微 鑒定計(jì)數(shù)法，所需的調(diào)查成本相對(duì)較低，且能夠精確地評(píng)價(jià)各藻種的細(xì)胞密度、藻種組成結(jié) 構(gòu)等一系列指標(biāo)，但存在耗時(shí)較長等缺點(diǎn)，同時(shí)其要求檢測(cè)人員需具備豐富的水生生物學(xué) 知識(shí)，因此完善經(jīng)典的顯微鑒定計(jì)數(shù)法成為了提高水質(zhì)調(diào)查效率的關(guān)鍵。經(jīng)典的顯微鑒定計(jì)數(shù)法分為定性觀察和定量觀察兩部分，定性觀察的流程如圖2a 所示，其主要過程為1)拖網(wǎng)取水樣；2)水樣鏡檢；3)發(fā)現(xiàn)藻類；4)翻閱圖譜確定藻種，如 果存在新的藻種，則重新鏡檢，并返回步驟3)繼續(xù)操作，如果不存在新的藻種，則完成定性 觀察；定量觀察的流程如圖2b所示，其主要過程為1)固定體積采水；2)過濾濃縮得水樣； 3)水樣鏡檢觀測(cè)，同時(shí)翻閱圖譜識(shí)別出各藻種；4)在紙上畫“正”計(jì)數(shù)各藻種的個(gè)體數(shù)量; 5)將各藻種的個(gè)體數(shù)量數(shù)據(jù)制表；6)根據(jù)各藻種的個(gè)體數(shù)量分別統(tǒng)計(jì)各藻種的細(xì)胞密度； 7)根據(jù)各藻種的細(xì)胞密度尋找最優(yōu)藻種及其細(xì)胞密度、統(tǒng)計(jì)不同門(一個(gè)門包含多個(gè)隸屬 于其下的藻種，例如綠藻門包含蛋白核小球藻，多線四鞭藻，齒牙柵藻等藻種，門的細(xì)胞密 度即門下各藻種的細(xì)胞密度之和。)的細(xì)胞密度、計(jì)算相關(guān)生物指數(shù)；8)根據(jù)某藻種的單位 濕重和細(xì)胞密度計(jì)算該藻種的生物量；9)根據(jù)所有藻種的生物量分別統(tǒng)計(jì)出不同門的生 物量和最優(yōu)藻種的生物量；10)綜合藻類相關(guān)生物指數(shù)、不同門的細(xì)胞密度、最優(yōu)藻種的細(xì) 胞密度、最優(yōu)藻種的生物量和不同門的生物量等各項(xiàng)指標(biāo)并制表，完成定量觀察。經(jīng)典的顯微鑒定計(jì)數(shù)法具體到定性觀察存在以下問題1、藻類無照片保存，再現(xiàn)存在非常大的困難(特別是含量較少且一時(shí)難以鑒定的藻種)，這影響了藻類鑒定的準(zhǔn)確 性；2、藻種較多時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)勞動(dòng)(例如忘了當(dāng)前的藻種是否已出現(xiàn)過，需要查 書)，耗時(shí)長；具體到定量觀察存在以下問題1、在計(jì)數(shù)過程中，如果藻種較多，則確定藻種 名稱就需要不斷翻書，對(duì)于新手要分辨100個(gè)左右的藻種還是有點(diǎn)困難的；2、數(shù)據(jù)記錄及 處理過程繁多，需要進(jìn)行制表、填寫藻種的單位濕重、編寫公式等大量機(jī)械勞動(dòng)，每個(gè)樣品 都得進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理，100個(gè)樣品就是100次數(shù)據(jù)處理，工作量大，容易使檢測(cè)人員疲勞 和出錯(cuò)，耗時(shí)長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種浮游植物快速定性定量分析的優(yōu)化方法， 其能夠大幅度縮短鑒定過程所需時(shí)間，且能夠有效提高鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確率。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化 方法，其分為定性優(yōu)化過程和定量?jī)?yōu)化過程，其特征在于所述的定性優(yōu)化過程的具體步驟 為1a.拖網(wǎng)采集水樣；2a.水樣鏡檢；3a.利用電子目鏡對(duì)水樣中的各藻種進(jìn)行拍照，并將 拍下的藻種照片傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端設(shè)備上，保存于預(yù)設(shè)于計(jì)算機(jī)終端設(shè)備中的照片數(shù)據(jù)庫 中；4a.在計(jì)算機(jī)終端設(shè)備上，打開預(yù)設(shè)的快捷定性庫，對(duì)比拍下的藻種照片與快捷定性庫 中的藻種照片，如果在快捷定性庫中找到與拍下照片中的藻種形態(tài)符合的藻種，則直接確 定拍下照片中的藻種，并對(duì)拍下照片進(jìn)行命名，完成定性優(yōu)化過程；否則，打開預(yù)設(shè)的完整 定性庫，根據(jù)完整定性庫的分類檢索表，不斷縮小拍下照片中的藻種在分類檢索表中的分 類位置，并根據(jù)所在分類位置對(duì)拍下的藻種照片進(jìn)行命名，完成定性優(yōu)化過程；所述的定量?jī)?yōu)化過程的具體步驟為1b.固定體積采水；2b.過濾濃縮獲取水樣； 3b.水樣鏡檢；4b.利用生物顯微鏡觀察水樣中的各藻種，并根據(jù)定性優(yōu)化過程中保存于計(jì) 算機(jī)終端設(shè)備的照片數(shù)據(jù)庫中的藻種照片，通過計(jì)算機(jī)終端設(shè)備對(duì)所觀察的水樣中的所有 藻種分藻種進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到各藻種的個(gè)體數(shù)，同時(shí)記下本次觀察所測(cè)的視野體積；5b.計(jì)算 機(jī)終端設(shè)備根據(jù)采水體積、過濾濃縮獲取的水樣的體積、藻種的單位質(zhì)量、藻種的個(gè)體數(shù)及 本次觀察所測(cè)的視野體積，分別計(jì)算水樣中各藻種的細(xì)胞密度和生物量，定義當(dāng)前計(jì)算的 是水樣中第i種藻種的細(xì)胞密度和生物量，記第i種藻種的細(xì)胞密度為IV記第i種藻種的 生物量為 Si5Iii = (IiXVl)/^XV0) (cell/L)，Si = (IiXVlXki)Z^XVO) (mg/L)，其中， VO表示采水體積，單位為L，V1表示過濾濃縮獲取的水樣的體積，單位為ml，V2表示本次觀 察所測(cè)的視野體積，單位為ml，Ii表示第i種藻種的個(gè)體數(shù)，單位為cell，k,表示第i種藻 種的單位質(zhì)量，單位為(mg/Cell)，l < i ^M, M表示水樣中的藻種數(shù)，在此，可預(yù)先將各種 藻種的單位質(zhì)量存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)終端設(shè)備上，計(jì)算時(shí)直接調(diào)用；對(duì)于非常見藻種即未知藻種， 其單位質(zhì)量可根據(jù)生物顯微鏡觀察時(shí)該藻種的體積和水的密度估算得到；6b.計(jì)算機(jī)終端 設(shè)備根據(jù)水樣中各藻種的細(xì)胞密度和生物量，計(jì)算水樣中所有藻種的總細(xì)胞密度和總生物 量，分別記為N和S，
^ = |[(/7xn)/(F2xF0)] {cell/L)，
^ =(mg/L) ； 7b.計(jì)算機(jī)終端設(shè)備根據(jù)水樣中的藻種
5數(shù)、水樣中所有藻種的總細(xì)胞密度和水樣中各藻種的細(xì)胞密度，分別計(jì)算馬格里夫豐富 度指數(shù)、香農(nóng)威樂多樣性指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)，記馬格里夫豐富度指數(shù) 為M arg alef，記香農(nóng)威樂多樣性指數(shù)為Shannon，記辛普森多樣性指數(shù)為Simpon，記均 勻性指數(shù)為
權(quán)利要求
一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化方法，其分為定性優(yōu)化過程和定量?jī)?yōu)化過程，其特征在于所述的定性優(yōu)化過程的具體步驟為1a.拖網(wǎng)采集水樣；2a.水樣鏡檢；3a.利用電子目鏡對(duì)水樣中的各藻種進(jìn)行拍照，并將拍下的藻種照片傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端設(shè)備上，保存于預(yù)設(shè)于計(jì)算機(jī)終端設(shè)備中的照片數(shù)據(jù)庫中；4a.在計(jì)算機(jī)終端設(shè)備上，打開預(yù)設(shè)的快捷定性庫，對(duì)比拍下的藻種照片與快捷定性庫中的藻種照片，如果在快捷定性庫中找到與拍下照片中的藻種形態(tài)符合的藻種，則直接確定拍下照片中的藻種，并對(duì)拍下照片進(jìn)行命名，完成定性優(yōu)化過程；否則，打開預(yù)設(shè)的完整定性庫，根據(jù)完整定性庫的分類檢索表，不斷縮小拍下照片中的藻種在分類檢索表中的分類位置，并根據(jù)所在分類位置對(duì)拍下的藻種照片進(jìn)行命名，完成定性優(yōu)化過程；所述的定量?jī)?yōu)化過程的具體步驟為1b.固定體積采水；2b.過濾濃縮獲取水樣；3b.水樣鏡檢；4b.利用生物顯微鏡觀察水樣中的各藻種，并根據(jù)定性優(yōu)化過程中保存于計(jì)算機(jī)終端設(shè)備的照片數(shù)據(jù)庫中的藻種照片，通過計(jì)算機(jī)終端設(shè)備對(duì)所觀察的水樣中的所有藻種分藻種進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到各藻種的個(gè)體數(shù)，同時(shí)記下本次觀察所測(cè)的視野體積；5b.計(jì)算機(jī)終端設(shè)備根據(jù)采水體積、過濾濃縮獲取的水樣的體積、藻種的單位質(zhì)量、藻種的個(gè)體數(shù)及本次觀察所測(cè)的視野體積，分別計(jì)算水樣中各藻種的細(xì)胞密度和生物量，定義當(dāng)前計(jì)算的是水樣中第i種藻種的細(xì)胞密度和生物量，記第i種藻種的細(xì)胞密度為ni，記第i種藻種的生物量為si，ni＝(li×V1)/(V2×V0)(cell/L)，si＝(li×V1×ki)/(V2×V0)(mg/L)，其中，V0表示采水體積，單位為L，V1表示過濾濃縮獲取的水樣的體積，單位為ml，V2表示本次觀察所測(cè)的視野體積，單位為ml，li表示第i種藻種的個(gè)體數(shù)，單位為cell，ki表示第i種藻種的單位質(zhì)量，單位為(mg/cell)，1≤i≤M，M表示水樣中的藻種數(shù)；6b.計(jì)算機(jī)終端設(shè)備根據(jù)水樣中各藻種的細(xì)胞密度和生物量，計(jì)算水樣中所有藻種的總細(xì)胞密度和總生物量，分別記為N和S， <mrow><mi>N</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>[</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>l</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>&times;</mo> <mi>V</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <mi>V</mi> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>cell</mi> <mo>/</mo> <mi>L</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>[</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>l</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>&times;</mo> <mi>V</mi> <mn>1</mn> <mo>&times;</mo> <msub><mi>k</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <mi>V</mi> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>mg</mi> <mo>/</mo> <mi>L</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>7b.計(jì)算機(jī)終端設(shè)備根據(jù)水樣中的藻種數(shù)、水樣中所有藻種的總細(xì)胞密度和水樣中各藻種的細(xì)胞密度，分別計(jì)算馬格里夫豐富度指數(shù)、香農(nóng)威樂多樣性指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)，記馬格里夫豐富度指數(shù)為M arg alef，記香農(nóng)威樂多樣性指數(shù)為Shannon，記辛普森多樣性指數(shù)為Simpon，記均勻性指數(shù)為Pilous，M arg alef＝(M 1)/InN， <mrow><mi>Shannon</mi><mo>=</mo><mo>-</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>[</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><msub> <mi>log</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>Simpon</mi><mo>=</mo><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>[</mo><msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>Pilous</mi><mo>=</mo><mo>[</mo><mo>-</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>In</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>/</mo><mi>InM</mi><mo>,</mo> </mrow>其中，M表示水樣中的藻種數(shù)，N表示水樣中所有藻種的總細(xì)胞密度，ni表示水樣中第i種藻種的細(xì)胞密度；8b.計(jì)算機(jī)終端設(shè)備生成報(bào)表，完成定量?jī)?yōu)化過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化方法，其特征在于所述的快 捷定性庫為一圖片檢索庫，所述的快捷定性庫的建立過程為利用電子目鏡拍攝各種常見 藻種的顯微照片，然后將各種常見藻種的顯微照片存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)終端設(shè)備的空的快捷定性 庫中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化方法，其特征在于所述 的完整定性庫為一電子檢索表，所述的完整定性庫的建立過程為在計(jì)算機(jī)終端設(shè)備中錄 入浮游植物的分類檢索表構(gòu)成電子檢索表。全文摘要
本發(fā)明公開了一種浮游植物快速定性定量?jī)?yōu)化方法，其分為定性優(yōu)化過程和定量?jī)?yōu)化過程，在定性優(yōu)化過程中，利用電子目鏡對(duì)各藻種進(jìn)行拍照，并將拍下的藻種照片存入計(jì)算機(jī)終端設(shè)備中，保證了藻種信息的再現(xiàn)，從而可提高藻類鑒定準(zhǔn)確性；利用完整定性庫的分類檢索表可方便地確定未知藻種，從而能夠更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)藻類的鑒定工作；在定量?jī)?yōu)化過程中，集成了數(shù)據(jù)處理過程，只需在計(jì)算機(jī)終端設(shè)備上對(duì)水樣中各藻種進(jìn)行計(jì)數(shù)并填寫采水體積、過濾濃縮獲取的水樣的體積、本次觀察所測(cè)的視野體積三個(gè)參數(shù)，數(shù)據(jù)的分析工作是計(jì)算機(jī)終端設(shè)備自動(dòng)完成的，不需要制表、編寫公式和數(shù)據(jù)的分類匯總，數(shù)據(jù)處理過程簡(jiǎn)單，耗時(shí)少，且準(zhǔn)確及時(shí)。
文檔編號(hào)G06F17/30GK101975849SQ20101029057
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者林忠洲, 蔣霞敏 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)