东海原甲藻吸收光谱特性分析

周虹丽，朱建华，杨安安，简伟军，林少君

（1.国家海洋技术中心，天津300112；2.深圳市海岸与大气研究重点实验室，广东 深圳 518057）

东海原甲藻吸收光谱特性分析

周虹丽1，朱建华1，杨安安1，简伟军2，林少君2

（1.国家海洋技术中心，天津300112；2.深圳市海岸与大气研究重点实验室，广东 深圳 518057）

以东海原甲藻为研究对象，通过室内和室外的一系列培养实验，通过对不同生长时期其光吸收特性的变化和不同光强对其光吸收特性的影响进行研究，分析东海原甲藻光吸收特性研究及其爆发的可能机制。结果表明在培养的不同时期东海原甲藻光吸收特性差异明显，在不同光强条件下，当遮光率为77.7%时，最适于东海原甲藻生长。

东海原甲藻；吸收光谱；特性分析

东海原甲藻是近年来在我国长江口及其邻近海域大规模爆发的赤潮藻种，严重破坏了海洋生态环境，威胁到长江口及其邻近海域的渔业生产和水产食品的食用安全，引起了人们的广泛关注。国内外的学者经过多年的研究[1-7]，已收集和整理了大量有关东海原甲藻赤潮的海洋学、生物学和生态学等方面的资料，并对赤潮的成因作了初步探讨。

近年来，随着遥感技术的广泛应用，用遥感技术来监测赤潮已成为赤潮监测的重要手段。对于赤潮藻种的遥感光学应用来说，研究赤潮藻种的固有光学特性是其中不可忽略的指标，同时，它也是连接其生理、生态及应用的中间环节。本项目以东海原甲藻为研究对象，通过室内和室外一系列培养实验，对东海原甲藻的吸收光谱特性进行分析。实验表明，在培养的不同时期，东海原甲藻的光吸收图谱特征差异明显；在不同培养时期东海原甲藻对光的适应性较强，其中在遮光率为77.7%的条件下最适于东海原甲藻生长。通过这些方面的研究，对东海原甲藻的生物光学特性、其赤潮消长的原因以及水色遥感的监测等多方面的研究提供了重要的基础资料。

1 吸收系数测量

1.1 样品采集

本次实验分为两个阶段进行，其中实验1是在天津实验室内光照培养箱中培养东海原甲藻，共有4个样品，培养条件为：f/2培养液，盐度 28，L:D为12:12，光强 3 500～3 800 lx，温度（18±1）℃。

实验2是在天津露天水槽培养条件下进行东海原甲藻的固有光学特性测量，共有18个样品，根据遮光率 （0%，20%，40%，60%，80%和100%）的不同分为6组，每组3个样品。

将实验1和实验2的样品直接采集到样品瓶中，立刻在实验室内进行样品的前处理和测量。

实验设计见表1。

表1 实验设计

1.2 实验室测量

1.2.1 总颗粒物样品吸收系数的测量[8]

将藻液过滤到直径25 mm、孔径0.7 μm的GF/F玻璃纤维滤纸上，得到总颗粒物的样品滤纸。在数据处理中光程放大效应校正采用Mitchell等（1990）的方法，并根据获得的总颗粒物光学密度光谱特点和浮游植物在近红外波段吸收可以忽略的假设，选取790～800 nm波段进行近红外波段零值吸收的校正，最后计算得到总颗粒物吸收系数ap（λ）。

1.2.2 叶绿素a浓度的测量[8]

用直径25 mm、孔径0.7 μm的GF/F玻璃纤维滤纸，过滤得到浮游植物色素样品，将样品滤纸放入15 ml的离心分离管中，加入10 mL 90%的HPLC级丙酮溶液（V:V与超纯水的体积比），将离心分离管置于超声波震荡器中，在冰浴中超声波震荡10 min，在0℃以下黑暗中提取色素24 h后，离心分离获得色素提取液。将色素提取液放入荧光计中测量其未酸化和酸化后的响应值Fb和Fa。利用式（1）计算叶绿素a的浓度(单位为 μgL-1)：

式中：[Chla]是叶绿素a的浓度；Blkb和Blka是未酸化和酸化后90%丙酮空白的荧光信号；τ是荧光计对叶绿素a的灵敏度；FR是仪器的响应因子；VEXT是色素提取体积；VFILT是过滤的样品体积。

1.2.3 总颗粒物比吸收系数的获得[9]

利用总颗粒物吸收系数除以叶绿素a的浓度，计算总颗粒物比吸收系数 a*p（λ）：

2 结果与分析

2.1 不同培养阶段的光吸收特性变化

2.1.1 不同培养时期总颗粒物吸收光谱

根据藻类培养的时间和吸收光谱的不同，将培养时期分为前中后期（D_01～D_03为培养前期，D_04～D_11为培养中期，D_12～D_14为培养后期）。光谱曲线随培养时间的不同呈现较为明显的变化趋势。从图1可以看出，在培养前期，吸收系数值较小，同时在紫外部分的吸收峰不明显，在440 nm的吸收峰也不明显；在培养中期，藻类在紫外部分有明显的吸收峰，同时在440 nm和675 nm处的两个吸收峰特征显著；到了培养后期，在量值上有所降低，即将进入下一个生长周期。

图1 不同培养时期总颗粒物吸收系数

2.1.2 不同培养时期总颗粒物比吸收光谱

光谱曲线随培养时间的不同呈现较为明显的变化趋势，由于受叶绿素a的影响，这种光谱的变化与吸收系数光谱变化有很大差别。从图2可以看出：在培养前期，由于叶绿素a的浓度低，使得比吸收系数值较大；在培养中期随着叶绿素a浓度的逐渐增大，在第4天到第11天，比吸收系数的值比较接近，光谱形状趋于一致；在培养后期随着叶绿素a浓度的逐渐减小，比吸收系数的值又开始增大。

图2 不同培养时期总颗粒物比吸收系数

2.2 不同光照条件对光吸收特性的影响

2.2.1 不同培养时期不同光照条件下的光谱吸收

样品sam_01～sam_06对应的遮光率为别是：0%，13.4%，26.0%，60.0%，77.7%和100%。不同光照条件下东海原甲藻的光谱吸收如图3所示，在培养的第2天不同光照条件下东海原甲藻的生长趋势基本一致；在第6天，只有遮光率为100%的处理生长受到抑制，其余处理生长趋势基本相同，其中遮光率为77.7%的处理长势最好；在培养的第11天，不同光照条件下的样品生长趋势又趋于一致 （遮光率为100%的处理除外）。

图3 不同光照条件下总颗粒物吸收系数

2.2.2 不同光照条件下440 nm和675 nm光吸收系数的变化趋势

从不同光照条件下总颗粒物440 nm和675 nm吸收系数变化趋势图（图4）中可以看出，在培养的0～67 h内，遮光率为0%～77.7%的处理光谱曲线无明显差异，之后遮光率为77.7%的处理吸收值最高，到235 h后，各个样品的光谱曲线又逐渐趋于一致。而遮光率为100%的处理在培养的20 h后，生长受到抑制。可以看出在遮光率为77.7%的条件下最适于东海原甲藻生长。

图4 不同光照条件下总颗粒物440 nm和675 nm吸收系数

3 结论

（1）培养前中后期，东海原甲藻的光吸收图谱特征差异明显；

（2）东海原甲藻对光的适应性较强；遮光率为0%～77.7%的处理，0～67 h光谱曲线无明显差异，之后遮光率为77.7%的处理吸收值最高，到235 h后，各个样品的光谱曲线又逐渐趋于一致。其中在遮光率为77.7%的条件下最适于东海原甲藻生长。

（3）总颗粒物440 nm和675 nm光吸收系数与叶绿素a浓度的变化趋势基本一致，675 nm的相关性更好。

这次实验通过室内和室外培养东海原甲藻，测量其光谱特征，由于藻种类型，自然条件，实验条件等多方面的影响，只进行了单一藻种少量平行样和短期内的培养测量和分析，未能进行多个藻种长期的培养和观测，建立赤潮藻类光谱库，这仍需今后不断补充和完善。

致谢：感谢东海原甲藻固有光学特性研究小组在试验中付出的辛勤劳动。

[1]陆斗定，等.东海原甲藻修订及与相关原甲藻的分类学比较[J].应用生态学报，2003,14(7)∶1060-1064.

[2]徐景亮.东海原甲藻的N，P，Fe，Mn营养生态位研究[M].广州：暨南大学，2005.

[3]韩博平，等.藻类光合作用机理与模型[M].北京：科学出版社，2003.

[4] 孙岁寒，段舜山.东海原甲藻的光周期效应研究[J].生态环境，2006，15（3）：461-464.

[5]孙百晔，等.光照在东海近海东海原甲藻赤潮发生中的作用[J].环境科学，2008，39（2）：362-367.

[6]Douding Lu，et al.Morphological and genetic study of Prorocentrum donghaiense Lu from the East China Sea,and comparison with some related Prorocentrum species[J].Harmful Algae，2005,4:493-505.

[7]Matsuoka A,et al.Phytoplankton community adaptation to changing light levels in the southern Beaufort Sea,Canadian Arctic,Estuar Coast Shelf Sci(2009),doi:10.1016/j.ecss.2009.02.024

[8]Mitchell B G，Bricaud A，Carder K，et al.Ocean Optics Protocols for Satellite Ocean Color Sensor Validation[M].NASA/TM-2002:231-257，269-283.

[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”资助项目——我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测预防研究；国家自然科学基金资助项目（460606039）