易(yi)科泰(tai)光譜(pu)成(cheng)像技術在(zai)有(you)害(hai)藻華(hua)研究(jiu)與(yu)監(jian)測(ce)領域的應(ying)用(yong)

藍(lan)藻(zao)水(shui)華(hua)會引(yin)發嚴(yan)重的水環(huan)境(jing)問題(ti)，隨著社(she)會(hui)的發展(zhan)及(ji)全(quan)球氣候(hou)變(bian)暖，赤(chi)潮(chao)或(huo)水(shui)華(hua)現象頻繁(fan)發生(sheng)，已(yi)成(cheng)為全(quan)球重(zhong)大環(huan)境(jing)問題(ti)之壹(yi)。近幾十(shi)年(nian)來，有(you)害(hai)藻華(hua)（HABs）對(dui)全(quan)球經(jing)濟、公(gong)共(gong)衛生(sheng)、生態系(xi)統(tong)和水(shui)產(chan)養殖(zhi)的影響都(dou)在(zai)增加。快速(su)、實(shi)時地(di)檢(jian)測(ce)水體(ti)中(zhong)藻(zao)類的群落組(zu)成(cheng)及(ji)水(shui)質情況，不(bu)僅可以(yi)預(yu)防(fang)災害(hai)的發生(sheng)，還(hai)可以(yi)掌(zhang)握赤(chi)潮(chao)、水(shui)華(hua)災害(hai)的爆發(fa)機(ji)理(li)。因此，發展(zhan)快速(su)、實(shi)時的藻類(lei)檢(jian)測(ce)技術和水(shui)質(zhi)檢測(ce)技術對(dui)於預(yu)警及(ji)降(jiang)低(di)經濟損(sun)失(shi)具有(you)重(zhong)要的現實(shi)意義。

案(an)例壹(yi)：高(gao)光譜(pu)熒光成(cheng)像技術用(yong)於(yu)有(you)害(hai)微(wei)藻的特(te)征(zheng)及(ji)色(se)素分(fen)析(xi)

有(you)害(hai)藍(lan)藻(zao)繁(fan)殖給(gei)環(huan)境(jing)帶來(lai)惡(e)劣(lie)影響，快速(su)可靠的藻類(lei)檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)變得(de)尤(you)為重(zhong)要，傳(chuan)統(tong)的檢測(ce)方(fang)法耗(hao)時且(qie)專業性(xing)要求(qiu)高，並且(qie)色(se)素提(ti)取(qu)對(dui)藻(zao)類(lei)造(zao)成(cheng)不(bu)可逆(ni)損(sun)害(hai)。高光譜(pu)成(cheng)像具有(you)同(tong)時獲(huo)取(qu)光譜(pu)信息(xi)和二(er)維(wei)空(kong)間信息(xi)的優勢(shi)，可以(yi)作(zuo)為壹(yi)種(zhong)快速(su)、可靠、無損(sun)檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)，測(ce)定(ding)微(wei)藻圖(tu)像和該(gai)藻種(zhong)的光譜(pu)變化(hua)特(te)征(zheng)，並反映(ying)出(chu)相對(dui)色(se)素含(han)量。

來(lai)自(zi)深圳(zhen)科技大學的研究(jiu)人(ren)員(yuan)首先基於線(xian)掃描(miao)的高光譜(pu)熒光成(cheng)像系(xi)統(tong)成(cheng)功(gong)地(di)獲(huo)取(qu)了(le)微(wei)藻色(se)素的圖(tu)像，然(ran)後(hou)結(jie)合MCR（多(duo)元曲線(xian)分辨(bian)率(lv)）優(you)化(hua)方(fang)法分(fen)析揭(jie)示了(le)熒光色(se)素的光譜(pu)特(te)征(zheng)和位(wei)置，並且(qie)還(hai)能(neng)夠獲(huo)取(qu)色(se)素相(xiang)對(dui)濃(nong)度(du)圖(tu)像，另(ling)外(wai)對於小(xiao)球藻(zao)，通過限(xian)制(zhi)MCR分(fen)析的波(bo)長範圍，成(cheng)功(gong)提(ti)取(qu)了(le)類(lei)胡蘿蔔(bu)組分(fen)光譜(pu)和相(xiang)對(dui)濃度(du)圖(tu)像。研(yan)究結果(guo)表(biao)明(ming)該(gai)方(fang)法導(dao)致水體(ti)汙(wu)染(ran)的水花束絲藻、銅綠微(wei)囊藻(zao)、小(xiao)球藻(zao) ,預(yu)測(ce)的擬(ni)合(he)度(du)分(fen)別為1.9151, 1.4875 和 0.3942。

儀器技術方(fang)案推(tui)薦：

案(an)例二：無人機(ji)高(gao)光譜(pu)成(cheng)像技術用(yong)於(yu)藍(lan)藻(zao)水(shui)華(hua)現場(chang)原位(wei)監(jian)測(ce)

傳(chuan)統(tong)的水華(hua)監(jian)測(ce)方(fang)法耗(hao)時且(qie)成(cheng)本(ben)高(gao)，只(zhi)能在(zai)空(kong)間和時(shi)間上(shang)提(ti)供離(li)散位(wei)置信(xin)息(xi)，無(wu)法全(quan)面反映(ying)整(zheng)個水體(ti)的狀況。幸(xing)運(yun)的是(shi)，遙(yao)感(gan)技術提(ti)供了(le)壹(yi)種(zhong)壹(yi)致的、時空(kong)的方(fang)法來(lai)評估(gu)水(shui)質，包括(kuo)檢(jian)測(ce)、監(jian)測(ce)和預(yu)測(ce)藍(lan)藻(zao)水(shui)華(hua)。

在(zai)實(shi)驗室條件下(xia)培(pei)養銅綠微(wei)囊藻(zao)（Microcystis sp.），然(ran)後(hou)轉移到(dao)戶外(wai)的中(zhong)試規模水體(ti)中(zhong)，用(yong)UAS搭(da)載的高光譜(pu)傳感器收(shou)集圖(tu)像，並與(yu)地(di)面(mian)采(cai)樣(yang)檢(jian)測(ce)相(xiang)結合，包括(kuo)實(shi)驗室分(fen)析和現(xian)場(chang)實(shi)地(di)探(tan)測(ce)，比(bi)較了實(shi)驗室（Lab）和現(xian)場(chang)（Field）方(fang)法對(dui)於所有(you)水(shui)質量指標的壹(yi)致性(xing)，並評估(gu)了(le)41種(zhong)算(suan)法的性(xing)能(neng)。

研(yan)究結果表(biao)明(ming)Lab和Field方(fang)法對(dui)於所有(you)水(shui)質量指標的壹(yi)致性(xing)很強(qiang)，算法(fa)R²值在(zai)0.73到(dao)0.87之間，所使用(yong)的計算方(fang)法滿足了預(yu)定(ding)的性(xing)能(neng)標準，但(dan)藻類(lei)生(sheng)長(chang)階段(duan)對(dui)算(suan)法(fa)性(xing)能(neng)有(you)顯(xian)著影(ying)響，並強(qiang)調(tiao)了(le)在(zai)大規模(mo)實(shi)地(di)應(ying)用(yong)之前(qian)，將傳(chuan)感器技術與(yu)適當(dang)的地(di)面(mian)監(jian)測(ce)方(fang)法共(gong)同驗證(zheng)的重要性(xing)。因(yin)此地(di)面(mian)采(cai)樣(yang)和新(xin)的遙(yao)感(gan)技術可以(yi)為水(shui)華(hua)監(jian)測(ce)提(ti)供強(qiang)大的方(fang)法(fa)，但需(xu)要更多(duo)的研究(jiu)來(lai)評(ping)估(gu)在(zai)不(bu)同水(shui)華(hua)群落、細(xi)胞密度(du)、生(sheng)理(li)狀態(tai)和濁(zhuo)度(du)條件下(xia)的算法(fa)和水(shui)質(zhi)量指標的性(xing)能(neng)。

儀器技術方(fang)案推(tui)薦：

案(an)例三：藻類光合(he)測(ce)量技術用(yong)於(yu)藍(lan)藻(zao)抑(yi)制(zhi)機(ji)理(li)研究(jiu)

有(you)害(hai)藍(lan)藻(zao)及(ji)其(qi)毒素對(dui)湖(hu)泊、水(shui)庫和河(he)流(liu)的水質(zhi)構(gou)成(cheng)潛在(zai)危害(hai)，因此去(qu)除(chu)藍(lan)藻(zao)是(shi)水處(chu)理(li)過程(cheng)中(zhong)的重要環(huan)節(jie)，表(biao)面活(huo)性(xing)劑(ji)烷(wan)基(ji)三甲基(ji)銨（ATMA），如十(shi)八(ba)烷(wan)基(ji)三甲基(ji)銨（ODTMA）溴化(hua)物被(bei)證(zheng)明(ming)能(neng)有(you)效(xiao)抑(yi)制(zhi)藍(lan)藻(zao)的光合(he)作(zuo)用(yong)。

以(yi)色(se)列(lie)海洋與(yu)湖(hu)泊研(yan)究所聯合國(guo)內(nei)水生生(sheng)物研(yan)究(jiu)所使用(yong)兩種(zhong)藍(lan)藻(zao)和兩種(zhong)綠藻(zao)進行(xing)實(shi)驗，使用(yong)便攜式(shi)熒光儀AquaPen-C，通過熒光測(ce)量和顯(xian)微(wei)觀(guan)察來(lai)評(ping)估(gu)ATMA溴化(hua)物對(dui)藍(lan)藻(zao)細(xi)胞的影響，研(yan)究了不(bu)同鏈(lian)長的ATMA化(hua)合物(wu)對藍(lan)藻(zao)和綠藻(zao)的毒性(xing)效(xiao)應(ying)。研(yan)究結果表(biao)明(ming)，綠藻(zao)對ATMA化(hua)合物(wu)的敏感(gan)性(xing)低(di)於藍(lan)藻(zao)，ATMA化(hua)合物(wu)對藍(lan)藻(zao)的光合(he)作(zuo)用(yong)和生(sheng)長(chang)有(you)顯(xian)著抑(yi)制(zhi)作(zuo)用(yong)，且(qie)毒性(xing)隨(sui)著烷(wan)基(ji)鏈長度(du)的增加(jia)而(er)增(zeng)加，並基(ji)於實(shi)時熒光信(xin)號和電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡(jing)揭(jie)示的細(xi)胞超(chao)結構(gou)變化(hua)，提(ti)出(chu)了ATMA陽(yang)離(li)子(zi)的毒性(xing)機(ji)制(zhi)，因(yin)此，ATMA表(biao)面活(huo)性(xing)劑(ji)可能(neng)成(cheng)為控(kong)制(zhi)藍(lan)藻(zao)水(shui)華(hua)的有(you)效(xiao)工(gong)具。

儀器技術方(fang)案推(tui)薦：

北(bei)京易(yi)科泰(tai)生(sheng)態(tai)技術公(gong)司(si)提(ti)供藻(zao)類研(yan)究監(jian)測(ce)全(quan)面技術方(fang)案：

l FMT150藻(zao)類培(pei)養與(yu)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)系(xi)統(tong)

l ET-PSI大(da)型藻類培(pei)養與(yu)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)系(xi)統(tong)

l MC1000 8通道藻(zao)類(lei)培(pei)養與(yu)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)系(xi)統(tong)

l 光養(yang)生物(wu)反應(ying)器技術/定(ding)制化(hua)藻類(lei)培(pei)養與(yu)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)系(xi)統(tong)

l FluorCam葉(ye)綠素熒光成(cheng)像系(xi)統(tong)

l AlgaTech®藻(zao)類光譜(pu)成(cheng)像分(fen)析全(quan)面技術方(fang)案

l FluorTron多(duo)功能高光譜(pu)成(cheng)像系(xi)統(tong)

l 藻(zao)類光合(he)測(ce)量儀

l Ecodrone^®輕(qing)便型壹(yi)體(ti)式(shi)多光譜(pu)-紅(hong)外(wai)熱(re)成(cheng)像無(wu)人機(ji)遙(yao)感(gan)系(xi)統(tong)

l  Ecodrone^®壹(yi)體(ti)式(shi)高光譜(pu)-紅(hong)外(wai)熱(re)成(cheng)像-激光雷(lei)達無(wu)人(ren)機(ji)遙(yao)感(gan)系(xi)統(tong)

l 全(quan)自(zi)動水(shui)體(ti)化(hua)學成(cheng)分(fen)與(yu)營養(yang)鹽(yan)分析(xi)與(yu)在(zai)線(xian)監(jian)測(ce)技術

參考(kao)文(wen)獻(xian)：

[1] Lijin L ,Xuejuan H ,Zhenhong H , et al.Pigment analysis based on a line-scanning fluorescence hyperspectral imaging microscope combined with multivariate curve resolution.[J].PloS one,2021,16(8):e0254864-e0254864.

[2] Kaytee P ,Richard J ,Molly R , et al.Remote sensing of the cyanobacteria life cycle: A mesocosm temporal assessment of a Microcystis sp. bloom using coincident unmanned aircraft system (UAS) hyperspectral imagery and ground sampling efforts[J].Harmful Algae,2022,117102268-102268.

[3] Xingqiang W ,Yehudit V ,Yunlu J , et al.Alkyltrimethylammonium (ATMA) surfactants as cyanocides - Effects on photosynthesis and growth of cyanobacteria[J].Chemosphere,2021,274129778-129778.