English
!

Доклады

Выделение сигнала индукции флуоресценции хлорофилла a из сильно зашумленных данных с помощью спектральной мультиэкспоненциальной аппроксимации

Хрущев С.С., Плюснина Т.Ю., Антал Т.К.1, Ризниченко Г.Ю.

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Биологический факультет, каф. биофизики, Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, styx@biophys.msu.ru

1Псковский государственный университет

Регистрация кривые индукции флуоресценции от природных объектов, находящихся в неблагоприятных условиях, зачастую происходит на нижнем пределе чувствительности флуорометрического оборудования. На основе предложенного авторами метода спектральной мультиэкспоненциальной аппроксимации (СМЭА) [1] разработан метод выделения сигнала индукции флуоресценции хлорофилла a из сильно зашумленных данных. В основу предложенного метода было положено представление о том, что изменения, происходящие в адаптировавшемся к темновым условиям фотосинтетическом аппарате при освещении, могут быть с большой точностью описаны в терминах переходов между состояниями марковской цепи. При этом идентификация конкретных состояний и графа переходов между ними для решения задачи фильтрации шумов оказывается излишней. В методе СМЭА производится разложение полученного с флуорометра сигнала по базису, составленному из функций e^(-t⁄τ_i ) с характерными временами τ_i, выбранными на фиксированной логарифмической сетке с шагом kstep: τi+1 = kstep τi. При использовании этого метода для шумоподавления для нахождения предэкспоненциальных множителей a_i используется L_1-регуляризация (LASSO) по методу наименьших углов (LARS) [2]. В качестве параметра фильтра задается коэффициент регуляризации α. Проведен анализ полученных с помощью флуорометра AquaPen (Photon Systems Instruments, Чешская Республика) результатов измерения индукционных кривых для проб природного фитопланктона из водоемов Псковской области при значении kstep = 1.1 и разных величинах коэффициента регуляризации α.. Показано, что при значении коэффициента регуляризации α = 10–5 и меньше фильтрация шумов является неполной, а при значении коэффициента регуляризации α = 10–3 и больше – происходит потеря существенной информации о форме сигнала. Выбор коэффициента регуляризации α=10–4 позволил восстановить форму кривых индукции флуоресценции для исследованных образцов и оценить значения параметров JIP-теста [3].

Исследование выполнено в рамках научного проекта государственного задания МГУ №121032500060-0 при частичной поддержке гранта РНФ № 20-64-46018 (Псковский государственный университет).

Литература

1. Antal T. et al. Chlorophyll fluorescence induction and relaxation system for the continuous monitoring of photosynthetic capacity in photobioreactors // Physiol. Plant. 2019. Vol. 165, № 3, pp. 476–486. DOI: 10.1111/ppl.12693

2. Efron B. et al. Least Angle Regression // Ann. Stat. 2004. Vol. 32, № 2, pp. 407–499. DOI: 10.1214/009053604000000067

3. Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Srivastava A. Analysis of the chlorophyll a fluorescence transient / In: Advances in Photosynthesis and Respiration. Chlorophyll a Fluorescence: a Signature of Photosynthesis. Eds.: G. Papageorgiou, Govindjee. – The Netherlands: Springer, 2004. – P.321–362.

Материалы доклада

© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533