基于三維測(cè)量和模式識(shí)別的浮游動(dòng)、植物細(xì)胞特征的觀測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的研究主要有兩種方式，一種是從從宏觀尺度研究整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)與地球生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系，另一種是從微觀尺度研究海洋中的個(gè)體或群體與海洋環(huán)境的相互耦合關(guān)系，但是介于這兩種尺度之間存在著微生態(tài)系統(tǒng)。海洋中的浮游生物的種類和分布十分廣泛，這些微小的浮游生物與周圍的環(huán)境相互作用，共同構(gòu)成了相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)，稱為微生態(tài)系統(tǒng)。研究這種微生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)浮游生物和周圍環(huán)境的相互作用機(jī)制，有助于建立和完善海洋浮游生物種群模型，進(jìn)一步探索海洋

2、物理過程和生態(tài)過程。對(duì)這個(gè)尺度問題的研究難點(diǎn)在高分辨率與大視場(chǎng)這兩個(gè)矛盾的要求，目前的觀測(cè)技術(shù)無法達(dá)到。
　　基于此目的，本文充分利用本課題組的全息測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在總結(jié)之前的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了兩套數(shù)字顯微全息實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并應(yīng)用于浮游動(dòng)植物的觀測(cè)。重點(diǎn)在于:結(jié)合全息三維記錄和重現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)在視場(chǎng)有限的情況下從軸向擴(kuò)展觀測(cè)范圍;結(jié)合模式識(shí)別理論，發(fā)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物體具有識(shí)別價(jià)值的參數(shù)系統(tǒng)，提高全息測(cè)量和分析的自動(dòng)化程度;根據(jù)全息測(cè)量的精度，適當(dāng)

3、放寬對(duì)分辨率的限制，擴(kuò)大視場(chǎng)，涵蓋更廣泛的微生態(tài)系統(tǒng)特征尺度。
　　本文以數(shù)字顯微全息技術(shù)為核心，建立了兩套不同的實(shí)驗(yàn)光路，垂直顯微全息測(cè)量系統(tǒng)和水平顯微全息測(cè)量系統(tǒng)，這兩種光路是根據(jù)不同生物的特點(diǎn)，分別針對(duì)不同的浮游生物進(jìn)行全息測(cè)量。根據(jù)生物體的差異，對(duì)數(shù)字顯微全息系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化測(cè)量，包括系統(tǒng)分辨率的測(cè)量校準(zhǔn)、顯微鏡頭的選取原則以及全息記錄距離對(duì)再現(xiàn)效果的影響等。
　　主要結(jié)果有:分別實(shí)現(xiàn)了浮游生物不同尺度的代表

4、生物樣品的全息測(cè)量，包括圓篩藻細(xì)胞（Coscinodiscus），褶皺臂尾輪蟲（Brachionus plicatilis），鹵蟲（Brine Shrimp）幼體和隆線溞（Daphnia carinata）;測(cè)量和提取了浮游生物的周長、面積、圓等效直徑、七個(gè)不變矩等特征參數(shù)，并分別應(yīng)用于識(shí)別隆線溞和圓篩藻在自由水體內(nèi)的身體姿態(tài)變化;應(yīng)用高倍顯微全息系統(tǒng)對(duì)圓篩藻自由沉降過程中的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了直接測(cè)量，包括圓篩藻姿態(tài)的變化、速度和加速度