基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法——以北京野鸭湖湿地为例

光谱特征变量的选择对于湿地植被识别的精度和效率有着直接的影响作用.以华北地区典型的淡水湿地——野鸭湖湿地为研究区,采用Field Spec 3野外高光谱辐射仪,获取了野鸭湖典型湿地植物的冠层光谱.以野外高光谱数据为基础,首先利用一阶导数与包络线去除的方法,分析和对比不同植物生态类型的光谱特征,选定了用于识别植物生态类型的光谱特征变量,选定的8个光谱特征变量为红边位置WP_r、红边幅值Dr、绿峰位置WP_g、绿峰幅值Rg、510 nm附近的吸收深度DEP-510和吸收面积AREA-510、675 nm附近的吸收深度DEP-675和吸收面积AREA-675.其中,7种植物生态类型的一阶导数光谱特征差异较小,吸收特征差异性相对较大.除WP_r和WP _g外,沉水植物Rg和Dr平均值最低,湿生植物的Rg平均值最高,达到0.164,栽培植物的Dr平均值最高,达到0.012.7种植物生态类型在675 nm附近的DEP-675和AREA-675均高于510 nm附近的DEP-510与AREA-510,除去栽培植物,随着水分梯度的变化,其他6种植物生态类型的吸收深度和吸收面积都表现出先升高后降低的趋势.然后利用单因素方差分析(One-way ANOVA)验证了所选光谱特征变量的区分度,在P≤0.01的置信水平下,选取的8个光谱特征变量都能够较好的区分7种植物生态类型,区分度的最小值为13,最大值为18,并且吸收特征参数的区分度优于一阶导数参数.最后应用非线性的反向传播人工神经网络(BP-ANN)与线性判别分析(FLDA)的类型识别方法,利用选定的8个光谱特征变量进行湿地植物生态类型识别,取得了较好的识别精度,两种方法的总分类精度分别达到85.5％和87.98％.单因素方差分析(One-way ANOVA)和不同分类器的分类精度表明,所选的8个光谱特征变量具有一定的普适性和可靠性.     

利用郁闭度与H J-1多光谱数据估算马尾松林叶面积指数

以福建中部的三明市、沙县和将乐县以及福建西部的长汀县为研究区,利用郁闭度(CD)与H J-1多光谱数据(B1、B2、B3和B4)并结合实地踏查数据,对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)林叶面积指数(LAI)进行估算.结果显示:利用多光谱波段及归一化差值植被指数(NDVI),得到三明市、沙县和将乐县马尾松林郁闭度估算模型为CD=-0.008B1+0.031B2 +0.016B3-0.037B4 +0.012NDVI-O.815,平均检验精度为87.76％;长汀县马尾松林的郁闭度估算模型为CD=-0.024B1 +0.130B3-0.083B4 +0.026NDVI-2.355,平均检验精度为86.78％.采用线性、对数、二次、幂和指数模型构建了2个研究区马尾松林的LAI-CD模型,经检验分析,均以指数模型综合预测效果最佳;综合分析后获得研究区马尾松林LAI-CD模型LAI=0.193e3.259CD,检验精度达0.898.研究结果说明:利用国产HJ-1多光谱数据可较精确地估算马尾松林郁闭度,所构建的LAI-CD数学模型预测效果较好,具有较强的适用性.     

毛竹茎秆叶绿体超微结构及其发射荧光光谱特征

为了探讨毛竹（Phyllostachys pubescens）茎秆的光合特性,以1龄和3龄毛竹为材料,观察了茎秆和叶中叶绿体的超微结构,测定了光合色素含量以及发射荧光光谱。结果表明：茎秆中叶绿体发育完整,其类囊体垛叠程度高于叶,并含有淀粉粒。茎秆中叶绿素总含量、类胡萝卜素及Chla／b含量显著低于叶（FI〈O．05）。茎秆发射荧光光谱在735nm处没有明显的主峰,1龄和3龄毛竹茎秆光系统lI与光系统I的半峰宽比值分别比叶降低了7．0％和11．3％（P〈0．05）,峰高比值比叶分别增加了6．5％和18．3％（P〈0．05）。四阶导数光谱在650—800nm波长范围内出现了6个极大值,代表LHCII、CP43、CP47、RCI和ILHCI的发射荧光峰以及PSI和PSII的发射荧光副振峰：其中,茎秆中RCI和LHCI特征发射荧光峰与叶相比有不同程度的红移。表明毛竹茎秆叶绿体通过提高Chlb的相对含量和增加类囊体垛叠以及降低LHCI含量,来适应毛竹茎秆以红光为主的光环境。进而协调激发能在2个光系统间的分配。     

原油微生物群落构成及降解菌降解特性的研究

为分离得到高效原油降解菌,直接向原油中加入营养物刺激,培养一段时间后原油乳化降解。气相色谱法、红外光谱法和紫外吸收均表明降解菌体系具有较强的降解原油烃的能力。采用细菌16S rDNA通用引物和PCR扩增等方法,构建原油降解菌体系16S rDNA克隆文库,并对所构建的文库进行分析。同时,从降解菌体系中分离得到一株降解菌,鉴定结果表明所分离的细菌为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。采用气相色谱技术对降解过程中的原油烃的变化进行分析,结果显示原油烃类组分会随着降解时间的变化而发生变化,降解菌表现出其对烷烃类物质的降解能力。     

自体荧光技术在早期肠癌诊断中的应用

自体荧光技术以无损、实时、灵敏度高等优点已成为早期肠癌诊断应用的技术之一。本文总结了自体荧光光谱技术在早期肠癌诊断应用中的研究进展,重点阐述了荧光激发波长的选择,荧光光谱数据处理方法,以及正常和癌变肠道组织光谱差异的来源。在分析肠道组织中内源性荧光物质及其分布的基础上,回顾了自体荧光成像系统的临床应用进展。最后指出自体荧光光谱与成像技术在早期肠癌诊断中的应用和发展趋势。     

皮肤组织显微共聚焦拉曼光谱成像研究

显微共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectroscopy Imaging,CRMI)能够对样品微区进行精确无损的拉曼光谱分析和光谱图像扫描,提供生物样品的无损高分辨光学信息。本项研究工作,利用CRMI技术实验获取了正常人体离体皮肤组织的拉曼光谱特征,并结合典型特征峰的扫描图像,探讨了脂类、蛋白质等成分在皮肤真皮层的分布特点。实验发现皮肤组织真皮层内胶原蛋白的拉曼特征峰1 248 cm-1强度及其空间分布尤为突出,这一实验结果与组织学中胶原纤维占真皮结缔组织95%的事实相符。实验结果显示,CRMI技术能够全面诠释生物组织内部生化组成与分布信息,在实验描述皮肤组织病理变化的分子生物学机制方面具有广阔的应用前景。     

体外联合使用指纹区及高波数区拉曼光谱诊断胃癌

目的:研究正常胃粘膜和胃癌组织在拉曼光谱指纹区(800-1 800 cm-1)和高波数区(2 800-3 000 cm-1)的光谱特征,并将其联合使用建立胃癌诊断模型。方法:收集38例正常胃粘膜和37例胃癌组织活检标本,采用785 nm激发光拉曼光谱仪进行拉曼光谱采集。比较正常胃粘膜和胃癌组织在指纹区和高波数区的拉曼光谱异同,使用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)结合留一法交叉验证建立诊断模型。结果:1)胃癌组织在853 cm~(-1),879cm~(-1),1 003 cm~(-1),1 047 cm~(-1),1 173 cm-1,1 304 cm~(-1),1 319 cm~(-1),1 338 cm~(-1),1 374 cm-1、2 932 cm-1谱峰处与正常胃粘膜的拉曼峰强度差异有统计学意义(P0.05)2)将拉曼光谱指纹区和高波数区联合,利用PLS-DA建立胃癌诊断模型的敏感性为94.59%(35/37),特异性为86.84(33/38),正确率为90.6%(68/75)。结论:正常胃粘膜和胃癌组织在拉曼光谱指纹区和高波数区均有显著差异,将上述两区联合使用建立模型诊断胃癌能取得良好的诊断效果。     

蝉虫草样品的分级萃取与化学成分分析

利用索氏萃取技术,依次采用石油醚、乙酸乙酯、丙酮、无水乙醇和甲醇等5种溶剂对蝉虫草纯粉进行分级萃取,运用傅里叶变换红外光谱分析法和气相色谱-质谱联用技术对5级萃取物进行分析鉴定。傅里叶变换红外光谱分析显示萃取物中含有与烯烃类、羧酸类、酯类、醇类和酮类等化合物相关的C-H、C=O、C-O和C=C等官能团。气相色谱-质谱联用技术共鉴定出有机小分子化合物34种,以酯类和脂肪酸类为主,多为碳链长度为15-20的长链脂肪酸及对应的酯,其中十八碳不饱和脂肪酸相对含量高达28.95%;分别存在于两种或以上萃取物中的有机化合物共有11种;仅存于石油醚萃取物中的化合物6种,乙酸乙酯萃取物中3种,丙酮萃取物中2种,无水乙醇萃取物中6种,甲醇萃取物中6种。在一定极性范围内,利用溶剂的极性梯度变化,可实现蝉虫草中活性物质的按极性梯度分离;采用分级萃取技术可有效分离蝉虫草中部分化学成分。鉴定结果充实了蝉虫草中化合物的种类资源,为蝉虫草中活性物质谱图库的完善、构效关系的建立及蝉虫草产品的利用开发提供支撑。     

径流雨水中溶解性有机质特征演化及其对典型污染物迁移和生物有效性的影响

地表径流污染已经逐渐成为城市面源污染的重要组成部分。其中溶解性有机质DOM (Dissolved organic matter)是有机污染物的主要组成部分。DOM中因为含有大量不饱和结构、官能团,其中包括羟基、羧基、羰基、胺基等,这些结构容易与径流中重金属结合发生络合反应,改变重金属的赋存形态,从而对其迁移转化及其生物有效性产生很大的影响。本文以北京市地表径流为研究对象,研究城市地表径流在冬、夏季不同功能区不同下垫面中溶解性有机质特征及其与典型重金属的作用机制,通过荧光淬灭滴定实验,研究夏季径流雨水中DOM的不同组分与重金属Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)之间的结合机制。研究结果显示PARAFAC将获得的样品都分解成2类6个不同的组分,1种腐殖酸,1种类蛋白;类蛋白物质的荧光强度与Cu~(2+)、Pb~(2+)的淬灭率要强于腐殖酸,而Zn~(2+)则呈现相反趋势;通过使用二维相关同步光谱发现DOM对重金属Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的敏感性呈现递减趋势,二维相关异步光谱发现Cu~(2+)、Pb~(2+)会先与位于270—300nm附近类蛋白光谱带反应,Zn~(2+)则会先与330nm附近的腐殖酸光谱带反应。     

鼻咽癌细胞组织与血液的SERS光谱研究进展

基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术对于人体细胞组织与血液的检测和研究,SERS光谱技术能够发现正常组织与病变组织的差异性,为医学临床上实现癌症的早期诊断提供了科学依据。由于鼻咽癌不具有明显的病变特征、病灶的位置难以通过常规医学手段检测。因此利用SERS光谱技术,应用于鼻咽癌细胞组织与血液的研究,可提高鼻咽癌患者的生存率。对鼻咽癌细胞组织与血液SERS光谱分析和诊断的探索研究,有助于SERS光谱技术发展成为一种在生物医学领域中的分析检测手段,在医学临床诊断上具有潜在的应用前景。