微藻作為***類(lèi)重要的生物資源，不僅在水質(zhì)凈化、生物能源生產(chǎn)、食品和藥品開(kāi)發(fā)等方面具有廣泛應用前景，還在環(huán)境監測、生態(tài)修復等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。近年來(lái)，高光譜成像技術(shù)作為***種先進(jìn)的非接觸式監測手段，逐漸在微藻培養與監測中展現出其獨特的優(yōu)勢和潛力。

        Fluortron多功能高光譜成像系統整合***際先進(jìn)技術(shù)資源，以其高光譜分辨率和圖像處理能力，在微藻的生理狀態(tài)、生物量、種類(lèi)識別等方面展現出強大的應用潛力。通過(guò)捕捉微藻在不同光譜波段的反射或熒光特性，可以實(shí)現對微藻生長(cháng)狀態(tài)的高精度監測和快速分析。相較于傳統方法，Fluortron多功能高光譜成像技術(shù)具有多功能、非接觸、無(wú)損傷、實(shí)時(shí)性強、信息量豐富等顯著(zhù)優(yōu)勢，為微藻培養與監測提供了***種全新的解決方案。

圖1：FluorTron?多功能高光譜成像分析系統（左）、施加不同濃度草甘膦的小球藻液RGB圖片（中）以及靜置16h后不同處理藻液在藍光激發(fā)下的光譜曲線(xiàn)

圖2：施加脅迫靜置16h后不同處理藻液在紫光激發(fā)下的光譜曲線(xiàn)（左）、藍光激發(fā)的熒光指數F685及F685/F740。通過(guò)藍色/紫色激光激發(fā)后的小球藻光譜曲線(xiàn)可以看出，不同濃度草甘膦脅迫下的藻液曲線(xiàn)有明顯差異；根據熒光指數參數也可以看出0.5%GLY處理的F685與F685/F740*** 低，說(shuō)明該組的光合作用效率*** 低，小球藻抑 制效果*** 好。

案例***：使用高光譜成像儀對微藻培養進(jìn)行非侵入性監測

       微藻作為生物燃料、食品添加劑及藥物原料的重要來(lái)源，其高效培養與精確監測對于提高產(chǎn)量與質(zhì)量至關(guān)重要。然而，傳統的監測方法往往存在耗時(shí)、破壞樣本等局限。本研究采用高光譜成像儀，結合線(xiàn)性回歸模型與***維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（1D CNN），對實(shí)驗室條件下的微藻培養進(jìn)行了非侵入性監測。通過(guò)捕獲微藻在不同生長(cháng)階段的光譜圖像，實(shí)現了對生物量濃度的準確預測與物種分類(lèi)。

圖3：實(shí)驗室規模實(shí)驗中三個(gè)綠藻品種不同時(shí)間的***值歸***化光譜曲線(xiàn)，垂直線(xiàn)標記*** 佳指標的位置（左）；生物量濃度估計值與*** 佳指標之間的線(xiàn)性回歸模型（右）

圖4：工業(yè)規模試驗中螺旋藻（Arthrospira platensis）的水槽高光譜數據采集（左），以及使用*** 佳確定指數（616/587 nm）計算出的指數可視化圖（右），與生物量分布相關(guān)

       實(shí)驗室研究研究表明，高光譜成像技術(shù)能夠在不破壞樣本的情況下，快速獲取大量光譜數據。線(xiàn)性回歸模型與1D CNN均表現出良好的預測性能，其中1D CNN不僅預測了生物量濃度，還可以實(shí)現對三種綠色微藻的高精度分類(lèi)。工業(yè)規模的初步測試也表明，該技術(shù)同樣適用于實(shí)際生產(chǎn)中的微藻培養監測。

案例二：水華藍藻的精 準區分

       水華藍藻的爆發(fā)不僅影響水質(zhì)，還可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對人類(lèi)健康及水生生態(tài)系統構成威脅。因此，實(shí)現對水華藍藻的精 準區分與有毒物種的快速識別具有重要意義。本研究利用實(shí)驗室條件下的高光譜圖像，結合機器學(xué)習算法，對形成水華的藍藻進(jìn)行了分類(lèi)與識別。

圖5：(a)高光譜成像圖、(b)含有藍藻生物質(zhì)的ROI提取、(c)ROI中所有像素的平均VIS/NIR反射光譜（左）；五種藍藻的VIS/NIR光譜反射率平均值，a)僅平均光譜、b)包括標準偏差的平均光譜（右）

圖6：分類(lèi)模型在訓練、驗證和測試集上的表現

       實(shí)驗研究表明，高光譜圖像能夠捕捉到藍藻光譜特性的細微差異，為機器學(xué)習模型提供了豐富的特征信息。利用機器學(xué)習算法在水華藍藻的分類(lèi)與毒性識別中展現出極高的準確性，為水華預警與治理提供了科學(xué)依據。

未來(lái)與展望

       多功能高光譜成像技術(shù)與機器學(xué)習的結合，為微藻培養與水華藍藻監測帶來(lái)了革命性的變化。這***技術(shù)不僅能夠實(shí)現非侵入性、高精度的生物量監測與物種分類(lèi)，還能有效識別有毒藍藻物種，為環(huán)境保護與生物技術(shù)的發(fā)展提供了強有力的支持。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟與應用場(chǎng)景的拓展，都功能高光譜成像技術(shù)將在更多領(lǐng)域展現出其巨大的潛力和價(jià)值。

更多藻類(lèi)培養與監測系統

       易科泰公司長(cháng)期致力于農業(yè)-生態(tài)-健康領(lǐng)域，整合***際先進(jìn)技術(shù)資源，為藻類(lèi)生物質(zhì)能源及高通量表型研究領(lǐng)域提供全面解決方案，包括藻類(lèi)培養、藻類(lèi)葉綠素熒光與光合作用測量、藻類(lèi)葉綠素熒光成像分析、藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測及高通量藻類(lèi)表型分析等。

圖6：上圖依次為AlgaTech?高通量表型分析平臺、Specim IQ高光譜相機

圖7：上圖依次為AquaPen手持式葉綠素熒光儀、MC1000 8通道藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統、FMT150藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))