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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2010年
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浮游生物光学计数器—OPC和图像分析技术在浮游动物样品分析中的应用

李征  
【摘要】:浮游动物是海洋生态学研究中关注的重要生物类群,如何快速有效地掌握其种群结构、丰度与大小分布是迫切需要解决的技术难题。传统的人工镜检网采样品的方法由于耗时、工作量大等因素的限制,已经越来越无法适应当今国际海洋大生态系的调查研究的需要,大量的网采样品无法及时地得到分析,造成样品的现场采集与数据分析之间较长的时间滞后。 如今,越来越多的光学技术分析手段被应用到浮游动物研究中来,为快速准确地获取浮游动物的生态学信息提供了有用的工具。本课题正是结合了当今浮游动物研究中被广泛采用的浮游生物光学计数器-OPC(Optical Plankton Counter)以及图像采集与分析技术,建立起一套针对实验室网采样品的分析系统,通过规范的操作步骤和分析方法,可以快速准确地提取样品的大小、数量以及种类等信息,解决了传统人工分析的工作量大、效率低的问题。该系统包括两部分,一部分是针对网采样品进行计数测量的OPC测样系统,可以得到计数样品的大小数量信息;另一部分是以浮游动物数码图像采集与分析为主体的图像分析系统,通过样品照片可以了解其种类组成与大小分布情况。两部分相结合,可以较为有效地提供检测样品的基本生态学信息,以供进一步的系统研究使用。 OPC测样系统除计数单元-OPC-1L外,整个外围系统系自行设计制造,包括箱体框架、内部管路结构、各单元部件(潜水泵及回收漏斗是购买的成品)等都是自行设计画图,按照尺寸规格要求分别加工制成。整个柜式系统制成之后经过多次试验与调试,改进了不合理与不必要的部分,分别解决了震动干扰、加样气泡产生、流量人工控制、样品充分混和、快速稳定循环以及减少回收损失等一系列具体运行中的实际问题。目前,使用该系统已经稳定、准确地检测了多批浮游动物样品,包括我国沿海海区多个采样站的大网网采样品以及部分南极科考航次走航式浮游动物高速采集器的样品。 图像分析系统包括图像采集与图像分析两部分。根据样品情况的不同对样品采取通过连接解剖镜的数码相机放大成像和数码相机直接微距拍照两种不同的方式,力求尽可能全面地记录样品的组成信息。 放大成像是通过装有连接电脑的数码相机的Zeiss解剖镜,先在解剖镜下将所要拍摄的样品调至合适的位置,可通过专用软件在电脑屏幕上实时显示样品的放大图像,从而可以对应调节对焦与光线投射等,直到显示画面达到满意效果为止,然后通过软件控制相机进行拍摄。拍摄的照片可以用该软件加以调整改动,也可以保存为通用的图片格式,在电脑上通过其他图像软件进行处理和修改。放大成像由于视野受解剖镜的视野范围限制,所拍摄的照片能记录的样品个体数较少,可用于样品个体的种类鉴定与图像信息记录,但不适用于样品整体计数的情况。 针对大量样品的计数统计,则采用高分辨率的数码相机在统一标尺的情况下对样品整体进行微距拍摄,得到清晰的样品照片后可以使用专业的图像分析软件对其进行分析处理,根据标尺信息可以自动计算出每个个体的实际尺寸。通过图像分析手段与OPC测样系统相结合,既掌握了检测样品的粒径分布情况,也知道了具体的分类组成信息,从而更准确、更全面地掌握样品的生态学信息。 目前利用建立的OPC测样系统与图像分析系统已经顺利地对多瓶网采样品进行了计数与分析,包括胶州湾、黄海、南海等多个采样站位的大网样品以及南极科考航次沿途的采样样品等。所检测样品的组成各异,情况复杂:有的样品生物个体很多(一瓶多达数万个个体),有的仅有极少量个体(一瓶仅数十个);有的藻类杂质极多,样品与杂质互相缠绕,人工分拣难度很大;有的混有大量的底泥杂质(泥沙、幼螺等),且断肢碎体较多;还有的水母类、海樽类等胶质类非饵料生物占大多数,也需要人工分离。在对多种样品进行分析处理的过程中不仅要针对不同类型样品采用不同的方法处理,也逐渐摸索出如何针对具体的样品情况采用合适的方法来分析。现在,综合运用OPC测样系统与图像分析技术来计数分析样品已经比较稳定可靠,这为有效地处理分析大批量的网采浮游动物样品提供了一种新的解决方案。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q958.8

【引证文献】
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