Русский
!

Presentations

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

Хрущев С.С., Плюснина Т.Ю., 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

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].

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РНФ № 20-64-46018.

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.

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533