考虑细胞形态的小球藻光散射特性模拟_马春阳
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ｉ
，
？
ｃ ｏｍ
ｐａ ｒ ｅ ｄｔ ｏ ｔ ｈｅ ｃａ ｓｅ ｗ
ｇ
ｔ
ｈ ｏ ｕｔ ｎ ｕｃ ｌｅ ｕｓ ｔｈ ｅ ｅ ｘｔ ｎｃ ｔ ｏ ｎ ｃ ｒ ｏ ｓｓ ｓ ｅｃ ｔ ｏ ｎｏ ｆ ｔｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｎ ｕｃ ｌｅ ｕｓ ｉ ｓ ｓｉ ｇ
ｔ
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ｈｏ ｌ ｏ
ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｌｏ ｒ ｅｌ ｌ ａ ａ ｎｄ ａ ｐｐ ｌｉ ｅ ｄｔ ｈ ｅ ｄｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｄ ｉ ｐ ｏ ｌｅ ａ ｐｐ ｒ ｏ ｘｉ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ （ Ｄ Ｄ Ａ ） ｔ ｏ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔｅ
，
可在 海水 度
ｃｏ ２
、
废水中生 长
，
且 可 从 固 定 源 排 放 的 高 浓 射 特 性 也不 能 揭 示 微 藻 细 胞 对 光 的 吸 收机 制 对 微
。
，
中 回 收 碳 元素 等 优 点
因 而 被 认为 是
Ｗ
。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一
种 极 藻 细 胞 进 行 直 接建 模
，
然后 基 于 电 磁 散射 理论 来获
第
３６
卷第 年 １
１１
期 工
程
热
物
理
学
报 Ｖ
〇Ｌ ３ ６
，
Ｎａ ｌ ｌ
２０ １ ５
２０ １ ５
１
月 Ｊ Ｏ Ｕ ＲＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ ＥＥ ＲＩ Ｎ Ｇ Ｔ ＨＥＲ Ｍ Ｏ Ｐ Ｈ Ｙ Ｓ Ｉ Ｃ Ｓ Ｎｏ ｖ
． ，
考 虑 细 胞 形 态 的 小 球 藻 光 散 射 特 性 模拟
摘
要
一
，
，
，
，
（
）
光 散 射 特性 进 行 了 模 拟
细 胞 形态 近
，
，
。
与 理想 的 光 滑 球 细 胞 模型 相 比
。
分 析 了 细 胞 核 以 及 细 胞粒径 对 散射 特 性 的 影 响 结 果 表 明 高斯 随机 球 模 型 更 接近 小 球 藻 的 实 际 表 面 随 机 起 伏 的 高 斯 随 机 球 模 型 的 散 射相 函 数 总 体 趋 势 与 光 滑 球 细 胞 模 型 相
。
，
，
射 研 究 方面 还 较 少
。
早期 的
一
些 研 究 中 将 生 物 细 胞 建模进 行光 散射 特 性分析
２ ３
， ［
。
近 似 为 球 状或 多 层 球 模 型进 行 分 析
１ ，
指 出 前 向 本 文 基 于 高 斯 随机 球 模 型 对 小 球 藻 的 细 胞 形 态
，
ｉ
ｔ
ｏ ｔ ｈｅ ｍ ｏ ｒ ｐｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃｈ ｌ ｏ ｒ ｅｌ ｌ ａ
Ａ ｓ ｃ ｏ ｍ ｐａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔｈ ｅ
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ｉ
ｉ
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ｓ ｔｒ ｉ ｂ
ｕｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔｈ ｅ
研 究对 比 不 同 形 态的 单 个 细 胞 的 光
些研 究
但散 射 特性
，
分析 细 胞 形 态 以 及 细 胞 核 尺 寸对 散射 特
２ 〇 １ ３０９ ４
ｅｄ ｕ ｃ ｎ
．
２ ０ １５
－
０２
－
１ １
；
修订日 期
－
：
２０ １ ５
－
ＫＭ ９
．
基 金 项 目 国 家 自 然科 学基 金资 助 项 目 Ｎｏ ５ ２ ７ ６ 〇 ５ Ｎ ｏ Ｊ ｍ Ｏ Ｏ ４ 中 央 高 校 基 本 科 研 业务 费 专 项 资 助 Ｎｏ ｍ Ｔ Ｎ Ｓ Ｒ Ｆ 作 者简 介 马 春 阳 ９ ９ ０ 男 博 士 研 究 生 从 事 微 藻 辐 射特 性研 究 通 信 作者 赵 军 明 副 教 授 Ｅｍ ａ ｍ ｚ ｈａｏ ＠ｈ
一
，
并 存 在 细 胞 核
。
ａｆ
二
＋
２
）
（
６
）
等 内 部 细 胞 结构
，
定 突 起结 构
，
此 未 知 的 偶 极 矩 月 通 过求 解 下 面 的 线 性 方 程组 得 到
． ．
时 采 用 统 计 学 的 方 法可 以 使 问 题 变 得 容 易 斯 球 面矢 量 半 径 在 球 坐 标 系 下 表 示 为 假 设 其 满 足 多 变 量 对数 正 态 分 布
ｌ
ａｙ ｓ ａ ｓ ｉ ｇ ｎｉ ｆ ｉ ｃａ ｎｔ ｒ ｏ ｌｅ ｉ ｎ ｔｈ ｅ ｓ ｔｕ ｄｙ ｏ ｆ ｉｔ ｓ ｌ ｉｇ ｈｔ
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．
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散 射 主 要 受 到 散 射体 体积 的 影 响 光 辐 射 特性 的 实 验测 量方 面 已 有
收稿日 期
：
，
且 细 胞 的 内 部 结 进 行 建 模
。
使 用 离 散偶 极 子 方 法对 小 球 藻 的 散 射 特
，
构 会 影 响 细 胞 光 散射 能 量 的 角 向 分 布
一
目 前 在 微 藻 性 进 行 了 模 拟
，
ｔ
ｈ ｅｂ ａ ｃｋ ｗ ａ ｒ ｄ ｄ
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，
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．
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ｌｌ
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通 过 下 式关 联
ｉ ，
８ ９
，
丨
（
电场条 件 下
。
通 过求 解
（
７
）
式 即 可 得 到 各偶 极 ＋
吸收截 面
的 偶 极矩
得 到 每个 偶 极子 的 偶极 矩 后 便 可 通 过 后
，
０
｛
，
（ ） ／
＝
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［
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２
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１
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．
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，
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，
ｉ
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：
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ｌ
ｌ
，
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．
．
Ｉ
．
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：
（
１
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，
，
，
。
：
，
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：
，
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ｉ
ｔ
．
２４ ３ ８
工
程
热
物
理
学
报 ３ ６ 卷
性 的 影 响 其 中
。
，
＆
为 偶 极子极 化 率 极 化 率
。
％
和介 电 函数
ｑ
１
高斯 随 机球 面
Ｍ
小球藻 细胞
一
般 为 非 理 想 球形
同 时表 面 存 在
马春阳
（
赵军
明
刘林华
，
姜宝成
哈尔 滨
。
哈 尔 滨 工 业 大 学 能 源 科 学与 工 程学 院
１
５ ０ ００
１ ）
微 藻 的 辐 射 特 性 是研 究 微藻 光 捕 获 效 率 的 非 常 重要 的 基 本 物 性 小 球 藻 细 胞 般 为 非 理 想 球 形 存 在 内 部 结 构 同 时 表 面 存 在 突 起 结 构 本 文 基 于 随 机 高 斯 球 模 型对小 球 藻 细 胞形 态 进 行 建模 使 用 离 散偶 极 子 方 法 Ｄ ＤＡ 对 小 球 藻 的
ｓ ｔ ｒｕ ｃ ｔ
ｕ ｒ ｅｓ ａｓ ｗ ｅｌ ｌ ａ ｓ ｓ ｕ ｒ ｆａ ｃ ｅ ｒ ｏ ｕ
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．
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，
ｉ
ｉ
ｉ
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ｉ
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ｃ
，
ｂｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｓ ｏ ｒｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｈｅｒ ｅ
；
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ｌ
ｔ
ｈｅ ｔ ｗｏ ｃ ａｓ ｅ ｓ
。
： ，
但 其 散 射相 函 数 后 向 部分 更 加 平 滑
。
在 相 同 粒 径下
，
考虑 细 胞 核 与 忽 略 细 胞 核相 比
，
前 者 的 衰 减 截 面 显 著 大 于 后者
，
但 吸 收 截 面 没有 明 显 差 别 关键 词
高 斯 随机 球 模 型
：
；
微藻
；
小 球藻
：
；
光 散射 特 性
ｓ
（
，
因 此 本
。
文 采 用 高斯 随 机球 面 的 方 法 去 模 拟 细 胞 的 形 态
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（
高
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，
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一
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相应 的 对 数 半 径
Ｉ
％ ＿ 題 錄
。
’
６？
，
々
）
满 足 正 态 分布
ｒ
，
，
具 潜 力 的 可大 规 模 制 备 生 物 柴 油 的 原 料
一
得 其散 射 特性 可 以 更好 的 了 解微 藻 细 胞 对 光 的
、
。 。
一
吸
对 微藻 光捕 获 效 率 的 研 究 依 赖 于 微藻 的 光 辐 射收 散 射作 用 目 前 这 方面 的工 作 还 鲜 有 报道 小 球 粒 几 特 性 相 比 于 般 子 生 物 细 胞 粒 子对 光 线 的 散 藻 是 类 何 结构 相对 简单 的 微 藻藻 种 便于 直接
ｎｇ
Ｍ Ａ Ｃ ｈｕ ｎ Ｙａｎｇ Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｊ ｕｎ Ｍ
－
ｉ
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－
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－
（
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Ｓｃ
ｉ
ｅ ｎ ｃｅ ａｎ ｄ
Ｅ ｎｇ
ｉ
ｎ ｅ ｅｒ ｉ ｎ
ｇ Ｈａｒ ｂ ｉ ｎ Ｉｎ ｓｔ ｉ ｔ
〇
前
言
自 养 过 程 合成 大 量 油 脂
、
，
微 藻 可通 过光
，
与 传 统 测 量 时
，
一
般 针对 大量 微藻 细 胞 而 获 得 的 平均 辐 射特
油 料 植 物 相 比 其 具有 光 合 效率 高
生 长 周 期短 并 性
，
基 于 测 量结果 不 能 准 确 了 解 微 藻 细 胞 个体 的 辐
ｂｕ ｔ ａ ｔ
ｓ ｃ ａ ｔｔ ｅ ｒ ｉｎ
ｇ ｐｈ ａ ｓ ｅ ｆｕｎ ｃｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔｏ
ｉ
ｃ
Ｇ ａｕｓ ｓ
ｉ
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ｉ ｉ
ｓ ｈｏ ｗ
ｌｉ
ｔｔ
ｌ
ｅ ｄｉ ｆ ｆｅｒ ｅｎ ｃ ｅ
．
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ｔ
ｉ
ａ ｕ ｓ ｓ ｉ ａ ｎ ｓ ｇ
ｍ
ｉ
ｃｒ ｏ ａ ｌ
ｇａｅ
，
；
ｌｉ
ｇ ｈ ｔ ｓｃ ａ ｔ ｔ ｅｒ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔｉ ｅ ｓ
处 理 获 得 散射 电 场 分 布
，
ｕ ｔ ｅ ｏｆ
Ｔ ｅｃ ｈｎ ｏ
ｌ
ｏ
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，
，
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ｉ
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Ａ ｂｓｔ ｒａ ｃ ｔ Ｔ ｈｅ ｒ ａｄ
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ｉ
ａ ｔｉ ｖｅ ｐｒ ｏ ｐ ｅｒ ｔ ｉ ｅｓ ｏ ｆ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｅ
ｌ
，
ｐ
Ａ文 章 编 号
：
中 图 分 类号
Ｔ Ｋ １ ２ ３ 文 献 标识码
０２５３
－
２３ ｌ
Ｘ
（
２０ １ ５
）
ｌ ｌ
－
２ ４３ ７
－
０４
Ｉｎ ｆ ｌｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ
Ｃ ｅｌ
－
ｌ
Ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ
ｌ
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，
可在 海水 度
ｃｏ ２
、
废水中生 长
，
且 可 从 固 定 源 排 放 的 高 浓 射 特 性 也不 能 揭 示 微 藻 细 胞 对 光 的 吸 收机 制 对 微
。
，
中 回 收 碳 元素 等 优 点
因 而 被 认为 是
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一
种 极 藻 细 胞 进 行 直 接建 模
，
然后 基 于 电 磁 散射 理论 来获
第
３６
卷第 年 １
１１
期 工
程
热
物
理
学
报 Ｖ
〇Ｌ ３ ６
，
Ｎａ ｌ ｌ
２０ １ ５
２０ １ ５
１
月 Ｊ Ｏ Ｕ ＲＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ ＥＥ ＲＩ Ｎ Ｇ Ｔ ＨＥＲ Ｍ Ｏ Ｐ Ｈ Ｙ Ｓ Ｉ Ｃ Ｓ Ｎｏ ｖ
． ，
考 虑 细 胞 形 态 的 小 球 藻 光 散 射 特 性 模拟
摘
要
一
，
，
，
，
（
）
光 散 射 特性 进 行 了 模 拟
细 胞 形态 近
，
，
。
与 理想 的 光 滑 球 细 胞 模型 相 比
。
分 析 了 细 胞 核 以 及 细 胞粒径 对 散射 特 性 的 影 响 结 果 表 明 高斯 随机 球 模 型 更 接近 小 球 藻 的 实 际 表 面 随 机 起 伏 的 高 斯 随 机 球 模 型 的 散 射相 函 数 总 体 趋 势 与 光 滑 球 细 胞 模 型 相
。
，
，
射 研 究 方面 还 较 少
。
早期 的
一
些 研 究 中 将 生 物 细 胞 建模进 行光 散射 特 性分析
２ ３
， ［
。
近 似 为 球 状或 多 层 球 模 型进 行 分 析
１ ，
指 出 前 向 本 文 基 于 高 斯 随机 球 模 型 对 小 球 藻 的 细 胞 形 态
，
ｉ
ｔ
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ｓ ｔｒ ｉ ｂ
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研 究对 比 不 同 形 态的 单 个 细 胞 的 光
些研 究
但散 射 特性
，
分析 细 胞 形 态 以 及 细 胞 核 尺 寸对 散射 特
２ 〇 １ ３０９ ４
ｅｄ ｕ ｃ ｎ
．
２ ０ １５
－
０２
－
１ １
；
修订日 期
－
：
２０ １ ５
－
ＫＭ ９
．
基 金 项 目 国 家 自 然科 学基 金资 助 项 目 Ｎｏ ５ ２ ７ ６ 〇 ５ Ｎ ｏ Ｊ ｍ Ｏ Ｏ ４ 中 央 高 校 基 本 科 研 业务 费 专 项 资 助 Ｎｏ ｍ Ｔ Ｎ Ｓ Ｒ Ｆ 作 者简 介 马 春 阳 ９ ９ ０ 男 博 士 研 究 生 从 事 微 藻 辐 射特 性研 究 通 信 作者 赵 军 明 副 教 授 Ｅｍ ａ ｍ ｚ ｈａｏ ＠ｈ
一
，
并 存 在 细 胞 核
。
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）
（
６
）
等 内 部 细 胞 结构
，
定 突 起结 构
，
此 未 知 的 偶 极 矩 月 通 过求 解 下 面 的 线 性 方 程组 得 到
． ．
时 采 用 统 计 学 的 方 法可 以 使 问 题 变 得 容 易 斯 球 面矢 量 半 径 在 球 坐 标 系 下 表 示 为 假 设 其 满 足 多 变 量 对数 正 态 分 布
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散 射 主 要 受 到 散 射体 体积 的 影 响 光 辐 射 特性 的 实 验测 量方 面 已 有
收稿日 期
：
，
且 细 胞 的 内 部 结 进 行 建 模
。
使 用 离 散偶 极 子 方 法对 小 球 藻 的 散 射 特
，
构 会 影 响 细 胞 光 散射 能 量 的 角 向 分 布
一
目 前 在 微 藻 性 进 行 了 模 拟
，
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电场条 件 下
。
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（
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）
式 即 可 得 到 各偶 极 ＋
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的 偶 极矩
得 到 每个 偶 极子 的 偶极 矩 后 便 可 通 过 后
，
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同 时表 面 存 在
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哈尔 滨
。
哈 尔 滨 工 业 大 学 能 源 科 学与 工 程学 院
１
５ ０ ００
１ ）
微 藻 的 辐 射 特 性 是研 究 微藻 光 捕 获 效 率 的 非 常 重要 的 基 本 物 性 小 球 藻 细 胞 般 为 非 理 想 球 形 存 在 内 部 结 构 同 时 表 面 存 在 突 起 结 构 本 文 基 于 随 机 高 斯 球 模 型对小 球 藻 细 胞形 态 进 行 建模 使 用 离 散偶 极 子 方 法 Ｄ ＤＡ 对 小 球 藻 的
ｓ ｔ ｒｕ ｃ ｔ
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，
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ｌ
ｔ
ｈｅ ｔ ｗｏ ｃ ａｓ ｅ ｓ
。
： ，
但 其 散 射相 函 数 后 向 部分 更 加 平 滑
。
在 相 同 粒 径下
，
考虑 细 胞 核 与 忽 略 细 胞 核相 比
，
前 者 的 衰 减 截 面 显 著 大 于 后者
，
但 吸 收 截 面 没有 明 显 差 别 关键 词
高 斯 随机 球 模 型
：
；
微藻
；
小 球藻
：
；
光 散射 特 性
ｓ
（
，
因 此 本
。
文 采 用 高斯 随 机球 面 的 方 法 去 模 拟 细 胞 的 形 态
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（
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，
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相应 的 对 数 半 径
Ｉ
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。
’
６？
，
々
）
满 足 正 态 分布
ｒ
，
，
具 潜 力 的 可大 规 模 制 备 生 物 柴 油 的 原 料
一
得 其散 射 特性 可 以 更好 的 了 解微 藻 细 胞 对 光 的
、
。 。
一
吸
对 微藻 光捕 获 效 率 的 研 究 依 赖 于 微藻 的 光 辐 射收 散 射作 用 目 前 这 方面 的工 作 还 鲜 有 报道 小 球 粒 几 特 性 相 比 于 般 子 生 物 细 胞 粒 子对 光 线 的 散 藻 是 类 何 结构 相对 简单 的 微 藻藻 种 便于 直接
ｎｇ
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〇
前
言
自 养 过 程 合成 大 量 油 脂
、
，
微 藻 可通 过光
，
与 传 统 测 量 时
，
一
般 针对 大量 微藻 细 胞 而 获 得 的 平均 辐 射特
油 料 植 物 相 比 其 具有 光 合 效率 高
生 长 周 期短 并 性
，
基 于 测 量结果 不 能 准 确 了 解 微 藻 细 胞 个体 的 辐
ｂｕ ｔ ａ ｔ
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ｇ ｐｈ ａ ｓ ｅ ｆｕｎ ｃｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔｏ
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处 理 获 得 散射 电 场 分 布
，
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，
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ｌ
，
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Ａ文 章 编 号
：
中 图 分 类号
Ｔ Ｋ １ ２ ３ 文 献 标识码
０２５３
－
２３ ｌ
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（
２０ １ ５
）
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－
２ ４３ ７
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０４
Ｉｎ ｆ ｌｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ
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