WO2020195412A1 - 特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置 - Google Patents

特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置 Download PDF

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吉田　光男
加藤　宏晴
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for calculating the abundance of a specific species of phytoplankton, and a method and an apparatus for detecting a sign of red tide occurrence due to a specific species of phytoplankton.
  • an optical chlorophyll meter for example, Infinity-CLW manufactured by JFE Advantech Co., Ltd.
  • the intensity of fluorescence generated from the fluorescent dye for example, chlorophyll
  • the abundance of phytoplankton can be easily measured by measuring.
  • Calenia mikimotoi As another method, it is known to detect Calenia mikimotoi as a specific species of phytoplankton by genetic analysis. For example, using the "Red Tide Cause Plankton Detection Kit 1-Karenia Mikimotoi" sold by Nippon Gene Co., Ltd., whether or not Karenia Mikimotoi is present in the sample collected at the site is examined by the LAMP method for genetic differences. It is known to analyze at the "species" level.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 describe the peak of the fluorescence spectrum of a specific species of phytoplankton (for example, Calenia mikimotoi, Chattonella antica) with respect to the fluorescence spectrum of phytoplankton when irradiated with excitation light near 435 nm. It is disclosed that the wavelength of Chattonella is located on the long wavelength side as compared with other algae.
  • phytoplankton for example, Calenia mikimotoi, Chattonella antica
  • the ratio of the fluorescence intensity at the wavelength of 685 nm (f685 / 670) to the fluorescence intensity at the wavelength of 670 nm in the fluorescence spectrum of the specific species of phytoplankton is higher than that of other algae, and the ratio of the fluorescence intensity (f685 / 670). ) Suggests the possibility of monitoring the abundance of specific species of phytoplankton.
  • Non-Patent Document 4 the fluorescence intensity at each of the wavelengths of 655 nm and 685 nm when the phytoplankton in the sample is irradiated with the excitation light is measured, and the fluorescence intensity at the wavelength of 655 nm is determined. It is suggested that phytoplankton is classified very coarsely at the "gate" level, such as blue algae when it is large and other phytoplankton when the fluorescence intensity at a wavelength of 685 nm is large.
  • Yohei Shimazaki (7 others), “Comparative Analysis of Excitation Fluorescence Spectrums in Several phytoplankton Culture Strains", 2014 Spring Meeting of the Fisheries Society of Japan, 2014 Spring Meeting of the Fisheries Society of Japan Tournament, published on March 27, 2014, p. 143 Yohei Shimazaki (6 others), “Study of Karenia mikimotoi red tide dynamic monitoring method using excitation fluorescence spectrum”, 2016 Spring Meeting of the Fisheries Society of Japan, 2016 Public Interest Incorporated Association Spring Meeting of the Fisheries Society of Japan, published on March 26, 2016, p.
  • phytoplankton is only sorted at a coarse level, and specific species of phytoplankton (for example, Karenia brevis, Chattonella antica) that can cause red tide are discriminated. I can't sort at the "seed" level needed to do this.
  • phytoplankton can be separated at the "species" level, and although it is possible to know whether or not a specific species of phytoplankton exists, the number of genes is amplified at high magnification without control, so the abundance is determined. I can't know. In addition, it is necessary to prepare syringes, heat moisturizers, etc. and use them carefully, it is necessary to control the temperature of reagents at low temperature, it takes time to handle, and people need to be involved in work and judgment. There are some points that cannot be automatically measured and judged, and there are practical restrictions.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 the mechanism of the phenomenon that the peak of the fluorescence spectrum of a specific species of phytoplankton shifts (hereinafter, this phenomenon may be referred to as spectrum shift) is not presented, and what kind of mechanism is used? It was not known how to obtain useful information by measuring under the conditions and using what kind of parameters and what kind of calculation.
  • the present invention provides a method and apparatus for calculating the abundance of a specific species of phytoplankton, and a specific species, which can easily calculate the abundance of a specific species of phytoplankton in a group of phytoplankton in which a plurality of types coexist. It is an object of the present invention to provide a predictive detection method and a predictive detection device for the occurrence of red tide by phytoplankton.
  • the inventor of the present application has obtained the following findings regarding the mechanism of the above-mentioned peak shift phenomenon observed in the fluorescence spectrum of a specific species of phytoplankton. That is, the fluorescent dye contained in phytoplankton absorbs the excitation light and generates fluorescence. A part of this fluorescence is reabsorbed by the fluorescent dye and the fluorescence is regenerated.
  • This reabsorption is likely to occur with fluorescence with a large absorption wavelength, and is unlikely to occur with fluorescence with a small absorption wavelength.
  • absorption edge the long wavelength side limit of the absorption spectrum (wavelength region where absorption decreases as the wavelength becomes longer)
  • absorption tends to occur when the wavelength becomes shorter within that range, and phytoplankton is correspondingly increased. Fluorescence detected through transmission without being absorbed into the individual body is weakened.
  • the wavelength becomes longer and approaches the absorption edge it is less likely to be absorbed, and the fluorescence detected outside the individual phytoplankton is less likely to be weakened.
  • the likelihood of reabsorption depends on how many fluorescent dyes are in close proximity to the fluorescent dye that initially fluoresces.
  • Karenia brevis and Chattonella antica have fluorescent pigments (chloroplasts) that are close to each other and are volumetrically dense when confirmed under a microscope. Therefore, they are re-compared to other phytoplankton. Absorption is likely to occur.
  • the present invention is based on the above findings.
  • a reference sample containing a phytoplankton group is irradiated with excitation light, and here, the phytoplankton group contains a plurality of types of phytoplankton, and the plurality of types of phytoplankton contains a specific species of phytoplankton.
  • the particular species of phytoplankton absorbs the excitation light and fluoresces.
  • the intensity of the fluorescence generated from the reference sample was measured, and the reference sample intensity ratio, which is the ratio of these two intensities, was calculated.
  • the entire reference sample fluorescence intensity which is the intensity of the fluorescence generated from the reference sample in substantially the entire wavelength band, is measured.
  • the reference abundance of the specific species of phytoplankton contained in the reference sample is counted.
  • the fluorescence produced from phytoplankton of a species other than the phytoplankton of the specific species in the phytoplankton group based on the reference sample intensity ratio, the total fluorescence intensity of the reference sample, and the reference abundance.
  • Calculate the other-type plankton intensity ratio which is the ratio of the intensity in each of the two wavelength bands.
  • An analytical sample that is expected to be similar to the reference sample in terms of the composition of the phytoplankton group is irradiated with excitation light. In each of the two wavelength bands, the intensity of the fluorescence generated from the analysis sample was measured, and the intensity ratio, which is the ratio of these two intensities, was calculated.
  • the overall fluorescence intensity which is the intensity of the fluorescence generated from the analysis sample in substantially the entire wavelength band, is measured.
  • the abundance of the specific species of phytoplankton for calculating the abundance of the specific species of phytoplankton that can be contained in the analysis sample based on the other species plankton intensity ratio, the intensity ratio, and the total fluorescence intensity. Provides a calculation method for.
  • the abundance includes not only a quantitative abundance but also a qualitative index and expression.
  • the substantially all wavelength band means a wavelength range that can be measured in a wide range that is sufficient for estimating the fluorescence intensity in the entire wavelength band without measuring the entire wavelength range.
  • the analytical sample that is expected to be similar to the reference sample is not only when the location or location and time of the analytical sample are the same as or close to the reference sample, but also the location or location and timing of the reference sample. It is also included that the composition of the phytoplankton group is expected to be sufficiently close even if they are far apart. In other words, the closer the location or location and time of the reference sample to the analytical sample, the more similar the composition of the phytoplankton group is expected, but even if they are physically and temporally far apart, the phytoplankton group is expected to be similar. In some cases, compositional similarities are expected, which also means that they are included in the analytical sample.
  • the abundance of a specific species of phytoplankton having a relatively large reabsorption is calculated (estimated) based on the fluorescence intensity measured in a plurality of wavelength bands having different susceptibility to reabsorption. can do. Moreover, by measuring the intensity of fluorescence not in a pinpoint manner with respect to the measurement wavelength but in a wide wavelength band, measurement variation and measurement noise are reduced, so that highly robust measurement results can be easily obtained.
  • the following methods can be considered to calculate the abundance of a specific species of phytoplankton based on the fluorescence intensity measured in the above two wavelength bands.
  • the intensity of fluorescence generated from each unit abundance generated in each of the two wavelength bands is measured in advance.
  • the intensity of fluorescence generated from the sample to be analyzed is measured in each of the two wavelength bands.
  • the above method is based on the premise that it is clear which kind of phytoplankton is contained in the analysis sample, and for each phytoplankton contained in the analysis sample, the intensity of fluorescence per unit abundance It is necessary to measure in advance.
  • a sample consisting of a single species of the specific species of phytoplankton can be prepared, and the intensity of fluorescence generated per unit abundance can be measured in advance.
  • the phytoplankton contained in the analysis sample may differ depending on the place to be analyzed. For this reason, since it is not possible to know in advance what kind of phytoplankton is contained in the analysis sample, it is not possible to prepare a sample consisting of only other kinds of phytoplankton in advance, and it is not possible to prepare a sample consisting of only other kinds of phytoplankton.
  • the intensity of fluorescence generated from phytoplankton cannot be measured in advance.
  • the intensity ratio of other species plankton is calculated in advance based on the reference sample, and the intensity of fluorescence generated from other species of phytoplankton per unit abundance is measured in advance. I don't need it.
  • the intensity ratio of other species of plankton is calculated as the whole of other species of phytoplankton excluding specific species of phytoplankton in the phytoplankton group regardless of whether the other species of phytoplankton is one species or multiple species. Will be done.
  • the analytical sample is expected to be similar to the reference sample in terms of the composition of the phytoplankton group, the abundance of the specific species of phytoplankton in the analytical sample is diverted from the other species plankton intensity ratio based on the reference sample. Can be calculated.
  • the abundance of a specific species of phytoplankton can be calculated without the need to grasp the phytoplankton of other species contained in the analysis sample in advance.
  • the abundance is the abundance of the specific species of phytoplankton.
  • the existing quantity has a comprehensive meaning including the number of cells and the ratio.
  • the abundance of a specific species of phytoplankton is the number of cells, density (number of cells / ml) of the specific species of phytoplankton, the abundance ratio to other phytoplankton, and the specific species with respect to the number of cells of the entire phytoplankton group. It shall mean one of the number of cells of phytoplankton.
  • the abundance of a specific species of phytoplankton can be grasped by an absolute value.
  • the abundance is expressed as an index based on the abundance of the specific species of phytoplankton.
  • the index is represented by an expression indicating the degree of the abundance.
  • the plankton intensity ratio of the other species is measured or calculated for each of the plurality of reference samples, based on a plurality of sets of the reference sample intensity ratio, the overall fluorescence intensity of the reference sample, and the reference abundance. To calculate.
  • the variation of the reference sample is reduced based on the reference sample intensity ratio of a plurality of sets, the overall fluorescence intensity of the reference sample, and the reference abundance, and the reliability of the plankton intensity ratio of other species is improved.
  • the plankton intensity ratio of the other species is updated over time.
  • plankton intensity ratio of other species is updated as appropriate in response to changes over time in the phytoplankton group that may exist at the sampling target location, so that the abundance of phytoplankton of a specific species Improves reliability.
  • the specific species of phytoplankton can cause the occurrence of red tide. Detecting the sign of red tide occurrence by the specific species of phytoplankton, which detects the sign of red tide occurrence based on the abundance calculated by the method for calculating the abundance of phytoplankton of the specific species described in any one of the above. Provide a method.
  • a sign of red tide occurrence can be detected based on the estimated abundance of a specific species of phytoplankton.
  • an excitation light generator that irradiates a reference sample containing a phytoplankton group with excitation light
  • the phytoplankton group contains a plurality of types of phytoplankton, and the plurality of types of phytoplankton include a specific species. It may contain phytoplankton, the particular species of phytoplankton absorbs the excitation light and fluoresces.
  • a fluorescence intensity measuring unit that measures the fluorescence intensity of the reference sample wavelength band, which is the intensity in each of the two wavelength bands, and the fluorescence intensity of the entire reference sample, which is the intensity in substantially all wavelength bands.
  • the reference sample intensity ratio which is the ratio of the two reference sample wavelength band fluorescence intensities, is calculated, and the reference sample intensity ratio, the whole reference sample fluorescence intensity, and the specific species of phytoplankton contained in the reference sample are obtained.
  • Has a calculation unit which calculates the seed plankton intensity ratio
  • the excitation light generating unit irradiates an analysis sample that is expected to be similar to the reference sample in terms of the composition of the phytoplankton group with excitation light.
  • the fluorescence intensity measuring unit measures the wavelength band fluorescence intensity, which is the intensity in each of the two wavelength bands, and the overall fluorescence intensity, which is the intensity in substantially the entire wavelength band, of the fluorescence generated from the analysis sample.
  • the calculation unit calculates an intensity ratio which is a ratio of the two wavelength band fluorescence intensities, and includes the other type plankton intensity ratio, the intensity ratio, and the total fluorescence intensity in the analysis sample.
  • an apparatus for calculating the abundance of the specific species of phytoplankton which calculates the abundance of the specific species of phytoplankton to be obtained.
  • a predictive detector that detects a sign of red tide occurrence by the specific species of phytoplankton based on the abundance of the specific species of phytoplankton calculated by the calculation device for the abundance of the specific species of phytoplankton is provided. It provides a predictive detection device for the occurrence of red tide caused by a specific species of phytoplankton.
  • the abundance of a specific species of phytoplankton can be easily calculated even in a phytoplankton group in which a plurality of types are mixed.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a device 1 for calculating the abundance of a specific species of phytoplankton according to an embodiment of the present invention.
  • the calculation device 1 includes an excitation light generating unit 10 that irradiates a sample to be measured containing phytoplankton with excitation light, and a fluorescence intensity measuring unit 20 that measures the fluorescence generated from the sample by the excitation light. And a control device 30 that controls these drives and analyzes the measurement results.
  • the excitation light generation unit 10 has a light emitting element 11 and an optical filter unit 12 for light transmission.
  • the light emitting element 11 has a light transmitting axis toward the sample and is configured to irradiate the sample with excitation light of a predetermined intensity.
  • an LED light emitting diode
  • the optical filter unit 12 for light transmission is arranged between the light emitting element 11 and the sample to be measured so as to face the light transmission axis of the light emitting element 11, and of the excitation light emitted by the light emitting element 11. It is configured to pass excitation light in a specific wavelength band and cut excitation light of other wavelengths.
  • the light transmission optical filter unit 12 is composed of, for example, a thin film filter or a glass filter.
  • the wavelength band of the optical filter unit 12 for light transmission is set so that chlorophyll a, which is one of the fluorescent dyes contained in phytoplankton, can be efficiently excited.
  • chlorophyll a which is one of the fluorescent dyes contained in phytoplankton
  • FIG. 2 shows the absorption spectra of chlorophyll a and chlorophyll b (Sven Beer, Mats Bjork (“o” has an umlaut symbol), and “Photosynthesis in the Marine Environment, First Edition” by John Beardall.
  • the absorption of chlorophyll a is large in the wavelength band of about 420 nm to about 450 nm.
  • excitation light in a wavelength band having a central wavelength of 435 nm and a half-value width of about 120 nm, which is largely absorbed by chlorophyll a is used as excitation light.
  • the fluorescence intensity measuring unit 20 has a light receiving element 21 and a light receiving optical filter unit 22.
  • the light receiving element 21 is arranged so as to face the sample, and is configured to measure the fluorescence generated from the sample by the excitation light.
  • the photodiode PD is adopted as the light receiving element 21.
  • the light receiving optical filter unit 22 is arranged between the light receiving element 21 and the sample to be measured so as to face the light receiving axis of the light receiving element 21, and is fluorescent in a specific wavelength band among the fluorescence generated from the sample. It is configured to pass through and cut the others.
  • two types of light receiving optical filter units 22A and 22B corresponding to different wavelength bands A and B are provided.
  • the wavelength band A has a center wavelength of 670 nm and a half width of 12 nm.
  • the wavelength band B has a central wavelength of 690 nm and a half-value width of 12 nm. That is, the light receiving optical filter unit 22A passes fluorescence having a wavelength of approximately 664 nm or more and 676 nm or less, and cuts other wavelength components.
  • the light receiving optical filter unit 22B passes fluorescence having a wavelength of approximately 684 nm or more and 696 nm or less, and cuts other wavelength components.
  • the light receiving element 21 can measure the intensity of fluorescence generated from the sample in the entire wavelength band without using the light receiving optical filter unit 22.
  • the control device 30 is composed of a well-known computer equipped with a CPU, a memory, a storage device, and an input / output device, and software mounted on the computer.
  • the control device 30 includes a drive unit 31, a calculation unit 32, and a sign detection unit 33.
  • the drive unit 31 controls the irradiation of the excitation light from the light emitting element 11 by supplying electric power to the light emitting element 11 of the excitation light generation unit 10.
  • the calculation unit 32 mathematically analyzes the fluorescence intensity measured by the light receiving element 21 of the fluorescence intensity measurement unit 20, and calculates and estimates the abundance of a specific species of phytoplankton contained in the sample.
  • the sign detection unit 33 detects the sign of red tide occurrence based on the abundance of phytoplankton of a specific species calculated by the calculation unit 32.
  • phytoplankton As a specific species of phytoplankton, the inventor of the present application is a phytoplankton of a harmful species that can cause the occurrence of red tide, more specifically, a phytoplankton of a specific harmful species such as Calenia mikimotoi and Shutnera antica (hereinafter, a specific species of plant). Focusing on Plankton), the peaks of these fluorescence spectra are phytoplankton of other species (mainly harmless phytoplankton that are less likely to cause red tide, but harmful species other than Calenia mikimotoi and Shutnera antica). It also includes phytoplankton.
  • FIG. 3 shows the fluorescence spectra of two types of phytoplankton when they are irradiated with excitation light.
  • the fluorescence spectrum in the present embodiment means a normalized spectrum normalized by dividing all other intensity values by the maximum intensity value in the measured wavelength band.
  • each fluorescence spectrum is obtained by measuring the fluorescence intensity obtained when a sample containing a single species of phytoplankton is irradiated with excitation light with a high-resolution detector (for example, a spectroscope). Be done.
  • a high-resolution detector for example, a spectroscope
  • the fluorescence spectrum of diatom has a peak located at about 681 nm
  • the fluorescence spectrum of Karenia brevis has a peak located at about 683 nm. That is, in Karenia brevis, the peak of the fluorescence spectrum is located on the wavelength side about 2 nm longer than that of diatom.
  • this shift peak is caused by the reabsorption of fluorescence by the fluorescent dye (chlorophyll a) possessed by phytoplankton.
  • chlorophyll a also has a peak in the absorption spectrum around 670 nm.
  • the absorption edge In the vicinity of the long wavelength side limit (called the absorption edge) of this peak (wavelength region where absorption decreases as the wavelength becomes longer), absorption becomes more likely to occur as the wavelength becomes shorter, whereas absorption becomes longer and absorbs. It becomes harder to be absorbed as it gets closer to the edge. That is, in the wavelength band around about 670 nm where the peak is located, absorption by chlorophyll a is likely to occur, whereas absorption by chlorophyll a is unlikely to occur at the absorption edge around about 690 nm.
  • the fluorescence in the wavelength band around about 670 nm is easily reabsorbed by other chlorophyll a in the same individual, while the fluorescence in the wavelength band around about 690 nm is the other chlorophyll a. It is hard to be reabsorbed and radiated to the outside.
  • the likelihood of this reabsorption depends on how many chlorophyll a are in close proximity to the chlorophyll a that initially fluoresces. Since specific species of phytoplankton such as Karenia brevis and Chattonella antica contain a large amount of chlorophyll a in close proximity to each other, it is considered that reabsorption is more likely to occur than other phytoplankton species.
  • FIG. 4 conceptually shows the fluorescence generated by the excitation light
  • FIG. 4 (a) shows the case of a specific species of phytoplankton
  • FIG. 4 (b) shows the case of another species of phytoplankton.
  • chlorophyll a as a fluorescent dye contained in a specific species of phytoplankton absorbs short-wavelength excitation light X having a center wavelength of 435 nm and has a wavelength higher than that of excitation light X.
  • the fluorescence Z includes a fluorescence Z1 having a wavelength of about 670 nm and a relatively short wavelength, and a fluorescence Z2 having a wavelength of about 690 nm and a relatively long wavelength.
  • fluorescent Z2 is difficult to be reabsorbed by chlorophyll a in the same individual, whereas fluorescent Z1 is reabsorbed by chlorophyll a in the same individual, and the intensity of Z1 is correspondingly smaller.
  • a part of the energy further generates fluorescence Z3.
  • specific species of phytoplankton that is, Karenia brevis, Chattonella antica, etc., contain a large amount of chlorophyll a in the same individual, so that the excitation light is absorbed by one chlorophyll a. It is considered that the fluorescence generated from the above is easily reabsorbed by chlorophyll a in the same individual.
  • the phytoplankton of other species does not contain a large amount of chlorophyll a as in the phytoplankton of a specific species, and the fluorescence generated from one chlorophyll is generated. Since it is difficult to pass through chlorophyll a in the same individual, it is considered that it is difficult to be reabsorbed.
  • the inventor of the present application obtained the following findings when calculating the abundance of a specific species of phytoplankton.
  • the fluorescent dye of interest it is necessary that reabsorption can occur. It is not necessary that the fluorescent dye that generates fluorescence by excitation light and the fluorescent dye that reabsorbs are of the same type, but in general, chlorophyll a is suitable as a large amount and sufficient reabsorption can occur. is there.
  • the excitation light includes light having energy capable of generating fluorescence that can cause reabsorption. It is not suitable for low-energy excitation light that produces only fluorescence that exceeds the upper wavelength limit of the absorption spectrum.
  • the degree of reabsorption needs to differ between the types of phytoplankton that we want to distinguish.
  • Calenia mikimotoi and Shutnera antica have a spatial distribution in which fluorescent dyes are more likely to reabsorb fluorescence than other species.
  • the excitation light generating unit 10 irradiates the sample at the sampling target location with excitation light of a predetermined intensity.
  • the sample at the sampling target location is a case where the excitation light is irradiated at the sampling target location, and a case where the sample collected from the sampling target is irradiated with the excitation light at a location different from the sampling target, for example. Both are included.
  • the sample contains a group of phytoplankton in which multiple types of phytoplankton can exist. Multiple types of phytoplankton may include a specific species of phytoplankton (referred to as a specific species of phytoplankton) and another species of phytoplankton.
  • the fluorescence intensity measuring unit 20 receives the fluorescence generated from the sample by the excitation light with respect to the wavelength band A fluorescence intensity I670, which is the intensity in each of the wavelength bands A and B by the light receiving element 21 via the light receiving optical filter units 22A and 22B. And the wavelength band B fluorescence intensity I690 is measured, and the overall fluorescence intensity I, which is the intensity in all wavelength bands, is measured by the light receiving element 21 without going through the light receiving optical filter unit 22.
  • the overall fluorescence intensity I is not limited to a specific wavelength band such as the wavelength bands A and B, but measures the fluorescence intensity of the entire wavelength band in which the dye to be measured is generated. It is only necessary to be able to measure in a wide wavelength range that can be estimated without measuring the entire wavelength range. That is, it suffices if the measurement can be performed in substantially the entire wavelength band, which can be regarded as the measurement in substantially the entire wavelength band.
  • the calculation unit 32 calculates the intensity ratio r, which is the ratio of the wavelength band B fluorescence intensity I690 to the wavelength band A fluorescence intensity I670 (that is, I690 / I670).
  • the calculation unit 32 calculates the abundance quantity of phytoplankton of a specific species by mathematically analyzing the intensity ratio r and the overall fluorescence intensity I.
  • the existing quantity means a quantitative number, and in the present embodiment, it means the number of cells.
  • the number of cells means the number and number of phytoplankton individuals.
  • the formula for the total fluorescence intensity I of the fluorescence generated from the sample in all wavelength bands where K is the abundance of phytoplankton of a specific species and D is the abundance of phytoplankton of other species contained in the sample.
  • Ik Fluorescence intensity in plankton units of specific species
  • Id Fluorescence intensity in plankton units of other species
  • the specific species plankton unit fluorescence intensity Ik is a unit quantity (for example, 1) measured by the fluorescence intensity measuring unit 20 when the excitation light generating unit 10 irradiates the specific species of phytoplankton with excitation light of a predetermined intensity.
  • a sample consisting of a single species of phytoplankton of a specific species is prepared, the total fluorescence intensity I is measured by the calculation device 1, and the abundance quantity K of the phytoplankton of the specific species contained in this sample is measured by, for example, an optical microscope.
  • the specific species plankton unit fluorescence intensity Ik is calculated by dividing the total fluorescence intensity I by the abundance quantity K.
  • the fluorescence intensity Id in units of other species plankton is measured when the excitation light generator 10 irradiates the phytoplankton of other species other than the specific species phytoplankton contained in the sample with excitation light of a predetermined intensity.
  • a sample composed of one or more kinds of other kinds of phytoplankton is prepared, the total fluorescence intensity I is measured by the calculation device 1, and the abundance quantity D of other kinds of phytoplankton contained in this sample is measured. For example, counting with an optical microscope and dividing the total fluorescence intensity I by the abundance quantity D gives the other type plankton unit fluorescence intensity Id.
  • the sample contains at least one of one type of phytoplankton of a specific species and one or more types of phytoplankton of other types, and total fluorescence in the entire wavelength band.
  • the intensity I is expressed by summing the fluorescence intensity generated from a specific species of phytoplankton in the entire wavelength band and the fluorescence intensity generated from another species of phytoplankton.
  • the fluorescence intensity generated from a specific species of phytoplankton in the entire wavelength band is expressed as a value obtained by multiplying the specific species plankton unit fluorescence intensity Ik by the abundance quantity K.
  • the fluorescence intensity generated from other species of phytoplankton in the entire wavelength band is expressed as a value obtained by multiplying the other species plankton unit fluorescence intensity Id by its abundance quantity D.
  • the wavelength band A fluorescence intensity I670 is the sum of the fluorescence intensity generated from a specific species of phytoplankton in the wavelength band A and the fluorescence intensity generated from another species of phytoplankton in the wavelength band A as follows. It is expressed as the equation (3) of.
  • the wavelength band B fluorescence intensity I690 is the sum of the fluorescence intensity generated from a specific species of phytoplankton in the wavelength band B and the fluorescence intensity generated from another species of phytoplankton in the wavelength band B. Is expressed by the following equation (4).
  • Ik670 Specified plankton wavelength band A unit fluorescence intensity Id670: Other species plankton wavelength band A unit fluorescence intensity
  • Ik690 Specified plankton wavelength band B unit fluorescence intensity
  • Id690 Other species plankton wavelength band B unit fluorescence intensity
  • the specific species plankton wavelength band A unit fluorescence intensity Ik670 and the specific species plankton wavelength band B unit fluorescence intensity Ik690 are the fluorescence intensities generated from the unit quantity of the specific species phytoplankton in each of the wavelength bands A and B.
  • the other species plankton wavelength band A unit fluorescence intensity Id670 and the other species plankton wavelength band B unit fluorescence intensity Id690 are the fluorescence intensities generated from the unit quantity of other species of phytoplankton in each of the wavelength bands A and B.
  • Ik670, Ik690, Id670, and Id690 are calculated based on the sample in which the abundance quantities K and D are counted, similarly to Ik and Id.
  • the wavelength band A fluorescence intensity I670 is obtained by multiplying the abundance quantity K of the specific species plankton by the specific species plankton wavelength band A unit fluorescence intensity Ik670 and the abundance quantity of the phytoplankton of another species. It is represented as the sum of D multiplied by the fluorescence intensity Id670 of the other type Plankton wavelength band A unit.
  • the wavelength band B fluorescence intensity I690 is obtained by multiplying the abundance quantity K of the specific species phytoplankton by the specific species plankton wavelength band B unit fluorescence intensity Ik690 and the abundance quantity of other species phytoplankton. It is represented as the sum of D multiplied by the fluorescence intensity Id690 in the B unit of the other type of plankton wavelength band.
  • the overall fluorescence intensity I in the formula (1) and the intensity ratio r in the formula (2) are measured by the calculation device 1 for each sample.
  • the equations (3) and (4) are substituted on the right side of the equation (2).
  • the abundance quantity K of phytoplankton of a specific species and the abundance quantity D of phytoplankton of other species, which are unknown, are calculated, respectively.
  • the formula for calculating the abundance quantity K of phytoplankton of a specific species is shown in the formula (5) below, and the formula for calculating the abundance quantity D of phytoplankton of another species is omitted.
  • the formula (6) can be obtained.
  • I and r obtained by measuring the sample to be analyzed, Ik, Ik670 and Ik690 for a specific species of phytoplankton, and Id, Id670 and Id690 for other species of phytoplankton are used. Therefore, the abundance quantity K of a specific species of phytoplankton can be calculated.
  • the abundance quantity K of a specific species of phytoplankton can be calculated without preparing Id, Id670 and Id690 related to other species of phytoplankton in advance. It is devised as shown in equations (6) to (9).
  • Id690 / Id670 is for other species plankton wavelength band A unit fluorescence intensity Id670, represents the ratio of other species plankton wavelength band B units fluorescence intensity Id690, and rearranging it as another species plankton intensity ratio r d , Equation (7) is obtained.
  • Ik690 / Ik670 is for a particular species plankton wavelength band
  • a unit fluorescence intensity Ik670 represents the ratio of specific species plankton wavelength band B units fluorescence intensity Ik690, organize it as a particular species plankton intensity ratio r k
  • ⁇ represented by the following equation (8)
  • the particular species plankton unit fluorescence intensity Ik and certain species plankton intensity ratio r k is a pre-determined value based on the particular species of phytoplankton to be measured.
  • the overall fluorescence intensity I is obtained by measuring the sample to be measured with the calculation device 1.
  • ⁇ represented by the formula (8) is a constant set in advance for each phytoplankton of a specific species to be analyzed.
  • the setting method of ⁇ will be described. There are present in large quantities, except there quantities K and certain species plankton intensity ratio r k a analyte one and certain species of phytoplankton is known, the particular species of phytoplankton in the sample to be analyzed quantity D and other species plankton intensity ratio r d to prepare other types of phytoplankton one and is mixed sample is known.
  • Particular species plankton intensity ratio r k is calculated by only a single species of the specific species of phytoplankton prepare the sample cultured is measured in the calculation device 1 for this.
  • other types plankton intensity ratio r d prepares only a single species of the other species phytoplankton is cultured sample, is calculated by measuring the calculation device 1 for this.
  • the specific species plankton unit fluorescence intensity Ik is also calculated in advance.
  • equation (9) the known presence quantity K, a particular species plankton unit fluorescence intensity Ik, intensity ratio r, the particular species plankton intensity ratio r k, by substituting other species plankton intensity ratio r d, equation (9) A constant ⁇ that satisfies is obtained.
  • a plurality of sets of K obtained from a plurality of samples due to the same sample, Ik, r, r k, with r d, the minimum square method constants ⁇ satisfying the equation (9) (e.g., non-linear least squares ) May be calculated.
  • the abundance quantity K 0 (reference abundance) of the specific species of phytoplankton contained here and to be analyzed is counted by, for example, an optical microscope, and the sample is counted.
  • the total fluorescence intensity I 0 (reference sample overall fluorescence intensity) and the intensity ratio r 0 (reference sample intensity ratio) were calculated using the calculation device 1, and the abundance quantity K 0 and the overall fluorescence intensity were expressed in the formula (9).
  • the analysis sample to be analyzed separately from the reference sample in the analysis target location, other types plankton intensity ratio r d calculated on the basis of the reference sample, is another type plankton intensity ratio r d contained in the analytical sample I presume.
  • the analytical sample exists in the same place or place and time as the reference sample, similarity with the reference sample is expected in terms of the composition of the phytoplankton group.
  • the composition of the phytoplankton group is sufficiently close not only when the analysis sample and the reference sample are the same or sufficiently close to each other at the place or place and time, but also when they are far from the reference sample. If it is expected, it may be used as an analysis sample.
  • the location of the analysis sample is sufficiently close to the location of the reference sample, which means that the radius of the analysis sample is based on the location where the reference sample was analyzed in the site water area or the location where the reference sample was collected from the site water area. It means that it exists in the range of about 1 km.
  • the time of the analysis sample is sufficiently close to the time of the reference sample, based on the time when the reference sample is analyzed in the field water area or the time when the reference sample is collected from the field water area, and the analysis sample is released within about one week. It means that it is analyzed in the field water area or collected from the field water area.
  • the calculation device 1 and the overall fluorescence intensity I and the intensity ratio r measured, a known particular type plankton unit fluorescence intensity Ik and certain species plankton intensity ratio r k of a particular species of phytoplankton to be analyzed, the on the basis of the constants ⁇ and other species plankton intensity ratio r d, presence quantity K of a particular species of phytoplankton from equation (9) is calculated as an estimated value. That is, the calculation unit 32 estimates the abundance quantity K of the phytoplankton of a specific species.
  • the abundance K of a specific species of phytoplankton having a relatively large reabsorption is relative to the reabsorption. It is possible to calculate the abundance quantity D of other small phytoplankton.
  • the measurement variation and the measurement noise are reduced, so that a highly robust measurement result can be easily obtained.
  • the selection of the two wavelength bands is based not only on the difference in the likelihood of reabsorption depending on the type of phytoplankton, but also on the magnitude of the difference in the fluorescence spectra of a specific species of phytoplankton and another species of phytoplankton. May be decided.
  • the following method can be considered as another method for calculating the abundance of a specific species of phytoplankton based on the fluorescence intensity measured in the two wavelength bands A and B.
  • the intensity of fluorescence generated per unit quantity in each of the two wavelength bands A and B is measured in advance.
  • the intensity of fluorescence generated from the sample to be analyzed is measured in each of the two wavelength bands A and B.
  • the above method is based on the premise that it is clear what kind of phytoplankton is contained in the analysis sample, and for each phytoplankton contained in the sample to be analyzed, per unit quantity. It is necessary to measure the intensity of fluorescence in advance.
  • a sample consisting of a single species of the specific species of phytoplankton can be prepared, and the intensity of fluorescence generated per unit quantity can be measured in advance.
  • phytoplankton contained in the analysis sample may differ depending on the place to be analyzed. For this reason, since it is not known in advance what kind of phytoplankton is contained in the analysis sample, it is not possible to prepare a sample consisting only of other kinds of phytoplankton in advance, and other kinds of plants per unit quantity. The intensity of fluorescence generated from plankton cannot be measured in advance. Moreover, there may be multiple types of phytoplankton of other species, and it is not easy to measure the intensity of fluorescence generated per unit quantity for each type.
  • plankton intensity ratio r d is intended to be calculated in advance based on the reference sample, to previously measured intensity of the fluorescence arising from other species phytoplankton per unit quantity Does not need.
  • other species plankton intensity ratio r d other types of phytoplankton regardless of whether it is more or a one, the entire other types of phytoplankton excluding certain types of phytoplankton of phytoplankton group Is calculated as.
  • analytical sample because the similarity between the reference sample with respect to the composition of the phytoplankton group is expected, roughly equal to the estimated other types plankton intensity ratio r d based on the reference sample to the other species plankton intensity ratio r d analytical sample Then, the abundance quantity K of the specific species of phytoplankton in the analysis sample can be calculated (estimated).
  • plankton intensity ratio r d based on the equation (9), a plurality of sets, there quantity K 0, to fill the entire fluorescence intensity I 0, the intensity ratio r 0, the least square method (for example, non-linear It may be calculated by the minimum square method). This improves the reliability of the other species plankton intensity ratio r d.
  • plankton intensity ratio r d may be appropriately updated over time (e.g., periodically such as every week). For example, periodically, based on the reference sample at the place to be analyzed, the calculation device 1 is used to calculate the overall fluorescence intensity I 0 of the reference sample and the reference sample intensity ratio r 0, and the specific species contained in the reference sample. By counting the reference abundance K 0 of the phytoplankton of the above and substituting these into the equation (9), the other species plankton intensity ratio r d is newly calculated, and the other species plankton intensity ratio r in the equation (9) is calculated. You may update d .
  • the excitation light generating unit 10 is composed of a light emitting element 11 and a light transmitting optical filter unit 12
  • the fluorescence intensity measuring unit 20 is composed of a light receiving element 21 and a light receiving optical filter unit 22. That is, since a spectroscope that is large and tends to be expensive is not required, the calculation device 1 can be easily configured compactly and inexpensively.
  • the sign detection unit 33 detects a sign of red tide occurrence based on the calculated abundance K of phytoplankton of a specific species. For example, when focusing on Karenia brevis as a specific species of phytoplankton, when the abundance quantity K per 1 ml of sample is calculated to be 50 cells or more, it is considered that there is a high possibility that it will develop to the red tide level in the future, and the sign detection unit 33 Detect signs of red tide. Further, when focusing on Chattonella antica as a specific species of phytoplankton, when the abundance quantity K per 1 ml of the sample is 10 cells or more, the sign detection unit 33 detects a sign of red tide occurrence.
  • a sign of red tide occurrence can be detected based on the abundance K of phytoplankton of a specific species.
  • a change in the abundance quantity K of phytoplankton of a specific species for example, growth rate
  • the sign of the occurrence of red tide may be detected.
  • Equation (10), the intensity ratio r, the particular species plankton intensity ratio r k, and the relationship of other species plankton intensity ratio r d, which may abundance (K) may take a negative value.
  • Equation (10) as shown in (11), other types plankton intensity ratio r d, the upper limit value lower limit value is set to r k a finite monotonically increasing function g (r) to r d , By substituting, it is avoided that the existing quantity (K) can take a negative value.
  • a predetermined excitation light is applied to a single species of a species that causes a spectrum shift (for example, Karenia mikimotoi, which is one of a specific species of phytoplankton) for which the abundance quantity is to be calculated separately from other species of phytoplankton.
  • the fluorescence spectrum is measured with a detector with high wavelength resolution. It should be noted that the phytoplankton of a specific species has a characteristic that the peak of its fluorescence spectrum shifts to a longer wavelength side as compared with the fluorescence spectrum of other phytoplankton.
  • the measured fluorescence spectrum is divided by all the intensity values (normalized) by the maximum intensity value of the fluorescence spectrum to obtain the normalized spectrum (referred to as spectrum K).
  • the spectrum K is represented as a function K ( ⁇ ) of the wavelength ⁇ .
  • the fluorescence spectrum is measured and the normalized spectrum is obtained (referred to as spectrum D).
  • the spectrum D is represented as a function D ( ⁇ ) of the wavelength ⁇ .
  • the difference spectrum F ( ⁇ ) which is the difference between the spectrum D ( ⁇ ) and the spectrum K ( ⁇ ), is obtained.
  • the width w of the wavelength band is determined based on the specifications of the fluorescence intensity measuring unit 20, that is, the specifications of the light receiving optical filter unit 22. Next, as shown in the equation (13), the difference spectrum F ( ⁇ ) is integrated with the width w of the wavelength band to obtain G ( ⁇ ).
  • G ( ⁇ ) has a minimum value around the center wavelength of 670 nm and a maximum value around the center wavelength of 690 nm. Therefore, a band having a center wavelength of 670 nm and a width w of 12 nm is set as a wavelength band A, and a band having a center wavelength of 690 nm and a width w of 12 nm is set as a wavelength band B.
  • the wavelength band width w is determined based on the light receiving optical filter unit 22 adopted by the fluorescence intensity measuring unit 20, but the wavelength band A set by the setting method. If the difference between, and B does not increase, the width w may be reviewed.
  • one G takes a positive value and the other G takes a negative value so that the difference between the two wavelength bands is large.
  • the wavelength may be selected at a position about 10 nm away from each of the wavelengths at which the positive and negative are switched in consideration of the shape of G ( ⁇ ) obtained above. More specifically, the change of G ( ⁇ ) is steep in the vicinity of the wavelength ( ⁇ g) at which the positive and negative of G ( ⁇ ) is switched. For example, the measured intensity value due to the manufacturing variation of the center wavelength and half-value width of the filter. It is also effective to set the center wavelength of each filter to a wavelength distant from ⁇ g to some extent in order to suppress the adverse effect of the fluctuation as much as possible.
  • the central wavelength of the wavelength band A may be set to 672 nm and the central wavelength of the wavelength band B may be set to 692 nm.
  • the central wavelength of one wavelength band may be made smaller than the wavelength which is the zero point of F ( ⁇ ), and the central wavelength of the other wavelength band may be made larger.
  • the spectra K ( ⁇ ) and the spectra D ( ⁇ ) are set to the center wavelengths, respectively. Integrate with the width w of the wavelength band at ⁇ , and let, for example, the values of 10% thereof be K intensity ( ⁇ ) and D intensity ( ⁇ ), respectively.
  • the center wavelength may be set in a wavelength range in which the absolute value of G ( ⁇ ) is larger than the K intensity ( ⁇ ) and the D intensity ( ⁇ ). This is a condition based on the idea that it is desirable that G ( ⁇ ) is large to some extent with respect to K ( ⁇ ) and D ( ⁇ ) by the difference change amount to be measured when considering the influence of the measurement error.
  • FIG. 6 shows the absolute values of K intensity ( ⁇ ), D intensity ( ⁇ ), and G ( ⁇ ). That is, as a wavelength band in which the absolute value of G ( ⁇ ) is larger than K intensity ( ⁇ ) and D intensity ( ⁇ ), a wavelength band of 645 nm or more and 678 nm or less and a wavelength band of 688 nm or more and 695 nm or less can be selected.
  • the center wavelength in a range in which the K intensity ( ⁇ ) and the D intensity ( ⁇ ) are large. For example, it is desirable to set the center wavelength from a wavelength band of 30% or more with respect to the maximum intensity of each of the K intensity ( ⁇ ) and the D intensity ( ⁇ ). Therefore, it is desirable to set the center wavelength from the wavelength band of 665 nm or more and 700 nm or less with reference to FIG.
  • the wavelength band A can be selected from the center wavelength of 665 nm or more and 678 nm or less, and the wavelength band B can be selected from the center wavelength of 688 nm or more and 695 nm or less.
  • the center wavelength of the wavelength band A can be set to 670 nm, and the center wavelength of the wavelength band B can be set to 690 nm.
  • FIG. 7 shows the fluorescence intensities at 670 nm and 690 nm with respect to the density (number of cells per 1 ml) of Karenia brevis as an example of a specific species of phytoplankton.
  • FIG. 8 shows the fluorescence intensities at 670 nm and 690 nm with respect to the density of diatoms (number of cells per ml) as an example of other species of phytoplankton.
  • FIG. 7 shows the fluorescence intensities at 670 nm and 690 nm with respect to the density (number of cells per 1 ml) of Karenia brevis as an example of a specific species of phytoplankton.
  • FIG. 8 shows the fluorescence intensities at 670 nm and 690 nm with respect to the density of diatoms (number of cells per ml) as an example of other species of phytoplankton.
  • FIG. 7 shows the fluorescence intensities at 670 nm and 6
  • the fluorescence intensity of phytoplankton increases proportionally as the density increases, and does not tend to saturate to a constant value. Further, as shown in FIG. 9, the fluorescence ratio of phytoplankton is substantially constant regardless of the density. Therefore, it is confirmed that the fluorescence intensity of phytoplankton does not depend on the number and density of phytoplankton, and the above calculation algorithm is established.
  • the abundance of Karenia brevis in the analysis sample is determined by counting with a microscope, using Karenia brevis as a specific species of phytoplankton in the analysis sample analyzed over a depth of 0 m to 9 m at the sampling target location. It is shown for each water depth by the measured density and the estimated density based on the abundance quantity calculated by the calculation unit 32.
  • the calculation unit 32 calculates the constant ⁇ in the equation (9) as 0.62 from the measured value, using the phytoplankton of a specific species as Karenia brevis as described above.
  • FIG. 10 (a) shows the analysis result at the start of analysis (week 0)
  • FIG. 10 (b) shows one week from the start of analysis.
  • the analysis result after the lapse (1st week) is shown
  • FIG. 10 (c) shows the analysis result after 2 weeks from the start of the analysis (2nd week).
  • the constant ⁇ in the equation (9) was set to be constant at 0.62, but in reality, the constant ⁇ is defined in the equation (8) and can take a positive value of 1 or less. .. From the formula (8), it is obvious that ⁇ becomes positive, and since the fluorescence spectrum of a specific species of phytoplankton shifts to the long wavelength side, ⁇ becomes 1 or less. Therefore, in FIG. 10, as a base the abundance of calculation of a particular species of phytoplankton in the case of updating other types plankton intensity ratio r d, the calculation result of changing the constants ⁇ 0.1 and 1.0 Is also indicated by a broken line.
  • the abundance quantity K is calculated as the abundance amount of the phytoplankton of a specific species, but instead of this, the abundance quantity may be expressed as an index value. Therefore, the abundance includes not only a quantitative abundance but also qualitative indicators and expressions. For example, the abundance quantity K of a specific species of phytoplankton is converted into an index value y distributed in the upper and lower limits of h using a monotonic function h (K) so that the relative relationship of the abundance quantity can be understood. It may be.
  • the abundance quantity K is indicated by a statistical expression or a color, character, sentence, figure, symbol, photograph, etc. determined for each range of values. You may express it so that you can understand.
  • the abundance quantity K is substituted into x by, for example, the abundance quantity K or the estimated density of a specific species of phytoplankton using the monotonically increasing function shown in the equation (16), and a finite index value y Can be obtained.
  • the abundance may be expressed as follows according to the obtained index value y.
  • the abundance may be expressed numerically, and in this case, for example, it may be expressed as a continuous value from 0 to 10 expressing the alertness corresponding to the value of y, or a discrete value.
  • the abundance may be expressed by color.
  • Y may be expressed using "blue” if it is equal to or less than the second value.
  • the abundance may be expressed in words.
  • the value of y is equal to or greater than the first value, it is “alarm”, and if the value of y is within the range of the first value to the second value.
  • the word “caution” may be used, and if the value is less than or equal to the second value, the word “normal” may be used.
  • the abundance may be represented by a diagram.
  • it is "illustration 1”
  • "illustration” 2 ”and y may be expressed using a figure or an illustration such as“ Illustration 3 ”if it is equal to or less than the second value.
  • the abundance may be expressed by sound.
  • “sound pattern 1” is used, and if y is within the range of the first value to the second value, “sound pattern 1". If “sound pattern 2" and y are equal to or less than the second value, the difference in sound such as “sound pattern 3" may be used for expression.
  • the index value y is directly obtained in the analysis sample from the total fluorescence intensity I and the intensity ratio r calculated in the analysis sample Be done. For example, by looking at the color of the analysis sample, the abundance quantity of a specific species of phytoplankton that may be present in the analysis sample is estimated, an index value y is set based on the abundance quantity, and the set y is the abundance amount. as K, satisfy this, it is also possible to calculate the other species plankton intensity ratio r d.
  • the calculation unit 32 and the sign detection unit 33 are integrated with the control device 30 of the calculation device 1 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and a part thereof is configured as a separate body. It may be configured as a calculation system.
  • the drive unit 31 is arranged at the sampling target location together with the issuing element 11 and the light receiving element 21, the measured intensity is measured at a remote location away from the sampling target location by using a communication means (not shown). It may be transmitted to the arithmetic unit 32 located in (for example, the land part).
  • the sign detection unit 33 may be provided at a remote location together with the calculation unit 33.

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Abstract

複数の種類が混在する植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に算出する。基準試料において測定又は算出された基準試料強度比ｒ０と、略全波長帯域における強度である基準試料全体蛍光強度Ｉ０と、基準試料に含まれ得る特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋ０とに基づいて他種プランクトン強度比ｒｄを算出し、植物プランクトン群の組成に関して基準試料との類似性が見込まれる分析試料に励起光を照射し、波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて、分析試料から生じる蛍光の強度を測定すると共に、これら２つの強度の比である強度比ｒを算出し、分析試料から生じる蛍光の、略全波長帯域における強度である全体蛍光強度Ｉを測定し、他種プランクトン強度比ｒｄと、強度比ｒと、全体蛍光強度Ｉに基づいて、分析試料に含まれ得る特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを算出する。

Description

特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置
　本発明は、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置に関する。
　カレニア　ミキモトイ（Karenia mikimotoi）及び／又はシャットネラ　アンティーカ（Chattonella antiqua）等の特定種の植物プランクトンが増殖することにより所謂赤潮が発生し、養殖場において、生け簀中に混入する場合がある。この種の植物プランクトンが増殖すると、養殖魚類を大量斃死させるなどの漁業産業に大きなダメージを与えることがある。このため、従来、赤潮発生の予兆を検知する様々な取り組みがなされている。
　例えば、現場にて採水された試料を顕微鏡で観察することにより、試料に含まれる植物プランクトンの種類を同定しつつ数を数え存在量を測定することが知られている。
　また別の方法として、光学式クロロフィル計（例えばＪＦＥアドバンテック株式会社の製品Infinity-CLW）を用いて、励起光を照射した際に、植物プランクトンが有する蛍光色素（例えばクロロフィル）から生じる蛍光の強度を測定することにより植物プランクトンの存在量を簡易的に測定することが知られている。
　また別の方法として、多波長励起蛍光光度計（例えばＪＥＦアドバンテック株式会社の製品Multi-Exciter）を用いて、複数の励起波長で励起光を照射した際に、植物プランクトンの蛍光色素から生じる蛍光の強度パターン（励起スペクトル）を測定することにより植物プランクトンの種類を「鋼」レベルで粗く分別することが知られている。
　また別の方法として、特定種の植物プランクトンとしてカレニア　ミキモトイを遺伝子分析により検出することが知られている。例えば、株式会社ニッポンジーンが販売する「赤潮原因プランクトン検出キット１－カレニア　ミキモトイ」を用いて、現場にて採取された試料中にカレニア　ミキモトイが存在するか否か、ＬＡＭＰ法により遺伝子の違いを調べて「種」レベルで分析することが知られている。
　また別の方法として、非特許文献１～３には、４３５ｎｍ付近の励起光を照射した際の植物プランクトンの蛍光スペクトルに関して、特定種の植物プランクトン（例えばカレニア　ミキモトイ、シャットネラ　アンティーカ）の蛍光スペクトルのピークの波長が、他の藻類に比して長波長側に位置していることが開示されている。さらに、上記特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルの波長６７０ｎｍにおける蛍光強度に対する波長６８５ｎｍにおける蛍光強度の比（ｆ６８５／６７０）が、他の藻類に比して高く、該蛍光強度の比（ｆ６８５／６７０）に基づいて特定種の植物プランクトンの存在量のモニタリングの可能性が示唆されている。
　また別の方法として、非特許文献４には、試料中の植物プランクトン１つずつに、励起光を照射した際の、波長６５５ｎｍ及び波長６８５ｎｍそれぞれにおける蛍光強度を測定し、波長６５５ｎｍにおける蛍光強度が大きい場合は藍藻、波長６８５ｎｍにおける蛍光強度が大きい場合には他の植物プランクトンというように植物プランクトンを「門」レベルで極粗く分別することが示唆されている。
島崎洋平著（他７名）、「数種植物プランクトン培養株における励起蛍光スペクトルの比較解析」、平成２６年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２６年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２６年３月２７日発行、ｐ．１４３ 島崎洋平著（他６名）、「励起蛍光スペクトルを利用した渦鞭毛藻Karenia mikimotoi赤潮動態モニタリング法の検討」、平成２８年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２８年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２８年３月２６日発行、ｐ．８６ 島崎洋平著（他７名）、「水中観測型蛍光分光器を用いた有害渦鞭毛藻Karenia mikimotoiの現場モニタリングの検討」、平成２９年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２９年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２９年３月２６日発行、ｐ．８１ 斎藤俊幸著（他２名）、「２波長の蛍光成分同時検出による藍藻のin situ粒径解析計測法の開発」、レーザー研究　第２４巻　第４号、一般社団法人レーザー学会、平成８年４月発行、ｐ．４９９－５０６
　顕微鏡による観察の場合、採水、種の同定及び個数を数えるのに非常に手間を要するので、測定頻度、場所が限られてしまう。
　光学式クロロフィル計によれば、植物プランクトンの総量的な情報しか得られないので、特定種の植物プランクトンの存在量を知ることができない。
　多波長励起蛍光光度計及び非特許文献４の方法によれば、植物プランクトンの粗いレベルでの分別にとどまり、赤潮発生の要因になり得る特定種の植物プランクトン（例えばカレニア　ミキモトイ、シャットネラ　アンティーカ）を弁別するのに必要な「種」レベルでの分別ができない。
　遺伝子分析によれば、「種」レベルでの植物プランクトンの分別はでき、特定種の植物プランクトンが存在するかどうかはわかるものの、遺伝子数がコントロールされずに高倍率で増幅されるため存在量を知ることはできない。また、シリンジ、加熱保湿器具などを用意し、注意深く使用する必要がある点、試薬を低温で温度管理する必要があり、扱いに手間を要する点、人が作業、判定に関与する必要があるため自動的に測定し判定できない点があり、実用上の制約もある。
　非特許文献１～３によれば、特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルのピークがシフトする現象（以下、本現象をスペクトルシフトと称する場合がある）のメカニズムが提示されておらず、どのような条件で測定し、どのようなパラメータを用いてどのような演算をすれば有用な情報が得られるのかわかっていなかった。
　すなわち、従来の方法では、複数の種類が混在する植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に得ることができない。このことはいつ、どの場所で発生するかわからない赤潮の予兆を検知するためには、大きな制約となる。
　本発明は、複数の種類が混在する植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に算出することができる、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置を提供することを課題とする。
　本願発明者は、特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルに見られる上記ピークシフトの現象のメカニズムについて以下の知見を得た。すなわち、植物プランクトンに含まれる蛍光色素は励起光を吸収して蛍光を発生する。この蛍光の一部が蛍光色素に再吸収されると共に蛍光を再発生する。
　この再吸収は、吸収が大きな波長の蛍光では起こりやすく、吸収が小さな波長の蛍光では起こり難い。例えば、吸収スペクトルの長波長側限界（吸収端と呼ぶ）の近傍（波長が長くなるにつれて吸収が減少する波長領域）では、その範囲内で波長が短くなると吸収が起こりやすく、その分だけ植物プランクトン個体内に吸収されずに透過して検出される蛍光は弱くなる。一方、波長が長くなり吸収端に近づくにつれて吸収され難く、植物プランクトン個体外部で検出される蛍光は弱くなり難い。蛍光スペクトルのピーク近傍に関して考えると、蛍光の吸収され易さは長波長になるほど低下するため、波長の短い方は長い方に比して、蛍光は再吸収により弱められ、そのため蛍光スペクトルのピークが長波長側にシフトする。
　再吸収の起こりやすさは、最初に蛍光が生じた蛍光色素の周りに近接してどれだけ多くの蛍光色素があるかに依存する。特定種の植物プランクトンとして、カレニア　ミキモトイ及びシャットネラ　アンティーカは、顕微鏡で確認すると、蛍光色素（葉緑体）が互いに近接して体積的に密集しており、このため他の植物プランクトンに比して再吸収が起こりやすい。本発明は、上記知見に基づく。
　本発明の一側面は、
　植物プランクトン群を含む基準試料に励起光を照射し、ここで、前記植物プランクトン群には複数種類の植物プランクトンが含まれており、前記複数種類の植物プランクトンには特定種の植物プランクトンが含まれている可能性があり、前記特定種の植物プランクトンは前記励起光を吸収して蛍光を生じ、
　２つの波長帯域それぞれにおいて、前記基準試料から生じる前記蛍光の強度を測定すると共に、これら２つの強度の比である基準試料強度比を算出し、
　前記基準試料から生じる前記蛍光の、略全波長帯域における強度である基準試料全体蛍光強度を測定し、
　前記基準試料に含まれる前記特定種の植物プランクトンの基準存在量を計数し、
　前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準存在量とに基づいて、前記植物プランクトン群のうち前記特定種の植物プランクトン以外の他の種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の前記２つの波長帯域それぞれにおける強度の比である他種プランクトン強度比を算出し、
　前記植物プランクトン群の組成に関して前記基準試料との類似性が見込まれる分析試料に励起光を照射し、
　前記２つの波長帯域それぞれにおいて、前記分析試料から生じる前記蛍光の強度を測定すると共に、これら２つの強度の比である強度比を算出し、
　前記分析試料から生じる前記蛍光の、略全波長帯域における強度である全体蛍光強度を測定し、
　前記他種プランクトン強度比と、前記強度比と、前記全体蛍光強度とに基づいて、前記分析試料に含まれ得る前記特定種の植物プランクトンの存在量を算出する、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法を提供する。
　ここで、本明細書において、存在量とは、定量的な存在数量の他、定性的な指標や表現をも含むものとする。
また、略全波長帯域とは、波長域全体を測定しなくても、波長帯域全体における蛍光強度を推定するのに十分な、広い範囲での測定ができる波長範囲を意味するものとする。
また、基準試料との類似性が見込まれる分析試料とは、分析試料の場所、または場所と時期が、基準試料と同じか又は十分に近い場合のみならず、基準試料の場所、または場所と時期が遠く離れているとしても植物プランクトン群の組成が十分に近いことが見込まれる場合も含まれるものとする。換言すれば、基準試料と分析試料とは、場所または場所と時期が一般に近いほど植物プランクトン群の組成の類似性が見込まれるが、物理的、時間的に遠く離れていても、植物プランクトン群の組成の類似性が見込まれる場合もあり、この場合も分析試料に含まれることを意味している。
　本発明によれば、例えば再吸収の生じやすさが異なる複数の波長帯域において測定された蛍光の強度に基づいて、再吸収が相対的に大きな特定種の植物プランクトンの存在量を算出（推定）することができる。しかも、蛍光の強度を測定波長に関しピンポイントではなく、広がりのある波長帯域において測定することにより、測定バラツキ及び測定ノイズが低減するので、ロバスト性の高い測定結果が容易に得られる。
　上記２つの波長帯域において測定された蛍光の強度に基づいて特定種の植物プランクトンの存在量を算出するには、以下の方法が考えられる。まず、分析試料に存在し得る特定種及びこの他の種の植物プランクトンそれぞれについて、２つの波長帯域それぞれにおいて生じる単位存在量あたりから生じる蛍光の強度を予め測定しておく。次いで、分析対象の試料から生じる蛍光の強度を、２つの波長帯域それぞれにおいて測定する。
　そして、２つの波長帯域それぞれにおいて、測定された蛍光の強度を、特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度と他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度との和として表す、２つの方程式をたてる。ここで、特定種及び他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度は、それぞれの存在量に、それぞれの単位存在量あたりから生じる蛍光の強度を乗じて表される。最後に、これらの２つの方程式を解くことにより、特定種の植物プランクトンの存在量が算出される。
　上記方法は、分析試料にどの種の植物プランクトンが含まれているのかが明らかであることを前提とするものであり、分析試料に含まれるそれぞれの植物プランクトンについて、単位存在量あたりの蛍光の強度を予め測定することを要する。
　ここで、分析対象とする特定種の植物プランクトンについては、当該特定種の植物プランクトン単一種からなる試料を準備して、単位存在量あたりにおいて生じる蛍光の強度を予め測定することができる。
　しかしながら、分析試料に含まれる植物プランクトンは、分析される場所によって異なり得る。このため、分析試料に如何なる種の植物プランクトンが含まれているのか事前に判らないので、他種の植物プランクトンのみからなる試料を事前に準備することができず、単位存在量あたりの他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度を予め測定することはできない。まして、他種の植物プランクトンが複数種類、存在する場合もあり、それぞれについて単位存在量あたりにおいて生じる蛍光の強度を測定することは容易ではない。
　この点について、本発明では、他種プランクトン強度比を、基準試料に基づいて予め算出しておくものであり、単位存在量あたりの他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度を予め測定することを要しない。また、他種プランクトン強度比は、他種の植物プランクトンが１種であるか複数種であるかによらず、植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンを除いた他種の植物プランクトン全体として算出される。さらに、分析試料は植物プランクトン群の組成に関して基準試料との類似性が見込まれるものであるので、基準試料に基づく他種プランクトン強度比を流用して、分析試料における特定種の植物プランクトンの存在量を算出できる。
　したがって、分析試料に含まれる他種の植物プランクトンを事前に把握することを要せずに、特定種の植物プランクトンの存在量を算出できる。
　好ましくは、前記存在量は、前記特定種の植物プランクトンの存在数量である。
　ここで、本明細書において、存在数量とは、セル数及び比率を含む包括的な意味を有している。例えば、特定種の植物プランクトンの存在量とは、特定種の植物プランクトンの、セル数、密度（セル数／ｍｌ）、他の植物プランクトンに対する存在比、及び植物プランクトン群全体のセル数に対する特定種の植物プランクトンのセル数のいずれかを意味するものとする。
　本構成によれば、特定種の植物プランクトンの存在量を絶対値により把握できる。
　好ましくは、前記存在量は、前記特定種の植物プランクトンの存在数量に基づく指標として表される。
　本構成によれば、特定種の植物プランクトンの存在量を把握しやすい。
　好ましくは、前記指標は、前記存在数量の程度を示す表現で表される。
　本構成によれば、程度を示す表現で表された指標により、特定種の植物プランクトンの存在数量の程度を把握しやすい。
　好ましくは、前記他種プランクトン強度比を、複数の前記基準試料それぞれについて測定又は算出された、複数組の、前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準存在量とに基づいて算出する。
　本構成によれば、複数組の基準試料強度比、基準試料全体蛍光強度、及び基準存在量に基づいて、基準試料のバラツキを減じて、他種プランクトン強度比の信頼性が向上する。
　好ましくは、前記他種プランクトン強度比を、経時的に更新する。
　本構成によれば、サンプリング対象の場所に存在し得る植物プランクトン群の経時的な変化に対応して、他種プランクトン強度比が、適宜、更新されるので、特定種の植物プランクトンの存在量の信頼性が向上する。
　また、本発明の他の側面は、
　前記特定種の植物プランクトンは、赤潮発生の原因になり得るものであって、
　上記いずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法により算出された前記存在量に基づいて、前記赤潮発生の予兆を検知する、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法を提供する。
　本発明によれば、特定種の植物プランクトンの推定存在量に基づいて、赤潮発生の予兆を検知できる。
　また、本発明の更なる他の側面は、
　植物プランクトン群を含む基準試料に励起光を照射する励起光発生部と、ここで、前記植物プランクトン群には複数種類の植物プランクトンが含まれており、前記複数種類の植物プランクトンには特定種の植物プランクトンが含まれている可能性があり、前記特定種の植物プランクトンは前記励起光を吸収して蛍光を生じ、
　２つの波長帯域それぞれにおける強度である基準試料波長帯域蛍光強度と、略全波長帯域における強度である基準試料全体蛍光強度とを測定する、蛍光強度測定部と、
　２つの前記基準試料波長帯域蛍光強度の比である基準試料強度比を算出して、前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準試料に含まれる前記特定種の植物プランクトンについて予め計数された基準存在量とに基づいて、前記植物プランクトン群のうち前記特定種の植物プランクトン以外の他の種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の前記２つの波長帯域それぞれにおける強度の比である他種プランクトン強度比を算出する、演算部と、を有し、
　前記励起光発生部は、前記植物プランクトン群の組成に関して前記基準試料との類似性が見込まれる分析試料に励起光を照射し、
　前記蛍光強度測定部は、前記分析試料から生じる前記蛍光の、前記２つの波長帯域それぞれにおける強度である波長帯域蛍光強度と、略全波長帯域における強度である全体蛍光強度とを測定し、
　前記演算部は、２つの前記波長帯域蛍光強度の比である強度比を算出し、前記他種プランクトン強度比と、前記強度比と、前記全体蛍光強度とに基づいて、前記分析試料に含まれ得る前記特定種の植物プランクトンの存在量を算出する、特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置を提供する。
　また、本発明の更なる他の側面は、
　上記特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置により算出された前記特定種の植物プランクトンの前記存在量に基づいて、前記特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆を検知する予兆検知部を備えている、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知装置を提供する。
　本発明によれば、複数の種類が混在する植物プランクトン群においても、特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に算出することができる。
本発明の第１実施形態に係る特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置の概略構成を示す図。 クロロフィルａ及びクロロフィルｂの吸収スペクトルを示すグラフ。 植物プランクトンの蛍光スペクトルを示すグラフ。 特定種の植物プランクトンにおいて蛍光スペクトルのピークシフトが起こるメカニズムを説明する図。 波長帯域の中心波長及び幅の決め方を説明するグラフ。 変形例に係る、波長帯域の中心波長及び幅の決め方を説明するグラフ。 特定種の植物プランクトンの密度と蛍光強度との関係を示すグラフ。 他の植物プランクトンの密度と蛍光強度との関係を示すグラフ。 植物プランクトンの密度と蛍光比との関係を示すグラフ。 特定種の植物プランクトンの存在量の算出結果と顕微鏡で観察した同存在量との関係を示すグラフ。
　以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。
　図１は本発明の一実施形態に係る特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置１の概略構成を示している。図１に示されるように、算出装置１は、植物プランクトンを含む測定対象の試料に励起光を照射する励起光発生部１０と、励起光により試料から生じた蛍光を測定する蛍光強度測定部２０と、これらの駆動を制御すると共に測定結果を解析する制御装置３０とを備えている。
　励起光発生部１０は、発光素子１１と送光用光学フィルタユニット１２とを有している。発光素子１１は、試料に向かう送光軸を有し試料に向かって所定強度の励起光を照射するように構成されている。本実施形態では、発光素子１１としてＬＥＤ（発光ダイオード）が採用されている。
　送光用光学フィルタユニット１２は、発光素子１１の送光軸に対向するように発光素子１１と測定対象の試料との間に配設されており、発光素子１１により照射された励起光のうち特定の波長帯域の励起光を通過させ、他の波長の励起光をカットするように構成されている。本実施形態では、送光用光学フィルタユニット１２は、例えば薄膜フィルタ又はガラスフィルタにより構成されている。
　なお、本実施形態では、植物プランクトンに含まれる蛍光色素の１つであるクロロフィルａを効率的に励起できるように、送光用光学フィルタユニット１２による波長帯域が設定されている。具体的には、クロロフィルａ及びクロロフィルｂの吸収スペクトルを示す図２（Sven Beer、Mats Bjork（「o」はウムラウト記号付き）、及びJohn Beardall著による”Photosynthesis in the Marine Environment, First Edition”に開示された図４．２）を参照して、クロロフィルａは、波長が約４２０ｎｍ～約４５０ｎｍの波長帯域に
おいて吸収が大きくなっている。本実施形態では、クロロフィルａが効率よく励起されるように、励起光としてクロロフィルａへの吸収が大きい中心波長が４３５ｎｍ、半価幅が約１２０ｎｍである波長帯域の励起光が用いられている。
　蛍光強度測定部２０は、受光素子２１と受光用光学フィルタユニット２２とを有している。受光素子２１は、試料に対向するように配設され、励起光により試料から生じた蛍光を測定するように構成されている。本実施形態では、受光素子２１としてフォトダイオードＰＤが採用されている。
　受光用光学フィルタユニット２２は、受光素子２１の受光軸に対向するように受光素子２１と測定対象の試料との間に配設されており、試料から生じた蛍光のうち特定の波長帯域の蛍光を通過させ、他をカットするように構成されている。本実施形態では、互いに異なる波長帯域Ａ，Ｂそれぞれに対応した２種類の受光用光学フィルタユニット２２Ａ及び２２Ｂが設けられている。
　波長帯域Ａは、中心波長が６７０ｎｍ、半価幅が１２ｎｍである。波長帯域Ｂは、中心波長が６９０ｎｍ、半価幅が１２ｎｍである。すなわち、受光用光学フィルタユニット２２Ａは、波長がおおよそ６６４ｎｍ以上６７６ｎｍ以下である蛍光を通過させ、その他の波長成分をカットする。受光用光学フィルタユニット２２Ｂは、波長がおおよそ６８４ｎｍ以上６９６ｎｍ以下である蛍光を通過させ、その他の波長成分をカットする。なお、図示は省略するが、算出装置１では、受光素子２１は、受光用光学フィルタユニット２２を介さずに、全波長帯域における、試料から生じる蛍光の強度を計測することもできる。
　制御装置３０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置、および入出力装置を備えた周知のコンピュータと、コンピュータに実装されたソフトウエアとにより構成されている。制御装置３０は、駆動部３１と、演算部３２と、予兆検知部３３とを有している。
　駆動部３１は、励起光発生部１０の発光素子１１に電力を供給することにより発光素子１１からの励起光の照射を制御する。演算部３２は、蛍光強度測定部２０の受光素子２１により測定された蛍光の強度を数学的に解析して、試料に含まれる特定種の植物プランクトンの存在量を算出して推定する。予兆検知部３３は、演算部３２により算出された特定種の植物プランクトンの存在量に基づいて、赤潮発生の予兆を検知する。
　以下、演算部３２における特定種の植物プランクトンの存在量の算出アルゴリズムと、予兆検知部３３による赤潮発生の予兆検知について説明する。
　本願発明者は、特定種の植物プランクトンとして、赤潮発生の原因となり得る有害種の植物プランクトン、より具体的にはカレニア　ミキモトイ及びシャットネラ　アンティーカ等の特定の有害種の植物プランクトン（以下、特定種の植物プランクトンと称する）に注目し、これらの蛍光スペクトルのピークが、他の種の植物プランクトン（主に赤潮の原因になり難い無害種の植物プランクトンであるが、カレニア　ミキモトイ及びシャットネラ　アンティーカ以外の有害種の植物プランクトンも含まれる。以下説明を簡単にするため、まとめて無害種の植物プランクトン又は他種の植物プランクトンと称する）の蛍光スペクトルに比して長波長側にシフト（以下、ピークシフトと称する）する現象を発見した。本願発明者は、この現象のメカニズムを明らかにすることにより、この現象を利用して特定種の植物プランクトンの存在量を算出する方法を見出した。
　図３には、２種類の植物プランクトンに励起光を照射した際の蛍光スペクトルが示されている。ここで、本実施形態における蛍光スペクトルは、測定された波長帯域における強度最大値で他のすべての強度値を割って正規化した正規化スペクトルを意味している。
　図３には、特定種の植物プランクトンの一例としてカレニア　ミキモトイの蛍光スペクトルが太線により示されており、他種の植物プランクトンの一例として珪藻の蛍光スペクトルが細線により示されている。また、それぞれの蛍光スペクトルは、単一種の植物プランクトンが含まれる試料に対して励起光を照射した際に得られる蛍光の強度を、分解能の高い検出器（例えば分光器）により測定することにより得られる。
　図３に示されるように、珪藻の蛍光スペクトルはピークが約６８１ｎｍに位置しているのに対して、カレニア　ミキモトイの蛍光スペクトルはピークが約６８３ｎｍに位置している。すなわち、カレニア　ミキモトイは、蛍光スペクトルのピークが珪藻に比して約２ｎｍ長波長側に位置している。本願発明者は鋭意検討の結果、このシフトピークが、植物プランクトンが有する蛍光色素（クロロフィルａ）による蛍光の再吸収により生じていることを突き止めた。
　図２を併せて参照して、クロロフィルａは、６７０ｎｍ周辺にも吸収スペクトルのピークが存在している。このピークの長波長側限界（吸収端と呼ぶ）の近傍（波長が長くなるにつれて吸収が減少する波長領域）では、波長が短くなるにつれて吸収が起こりやすくなるのに対して、波長が長くなり吸収端に近づくにつれて吸収され難くなる。すなわち、ピークが位置する約６７０ｎｍ周辺の波長帯域においては、クロロフィルａによる吸収が起こり易いのに対して、約６９０ｎｍ周辺の吸収端においてはクロロフィルａによる吸収が起こり難い。
　すなわち、励起光により生じた蛍光のうち、約６７０ｎｍ周辺の波長帯域の蛍光は、同一個体内の他のクロロフィルａにより再吸収されやすい一方で、約６９０ｎｍ周辺の波長帯域の蛍光は他のクロロフィルａにより再吸収され難く外部へ放射される。この再吸収の起こりやすさは、最初に蛍光が生じたクロロフィルａの周りに近接してどれだけ多くのクロロフィルａがあるかに依存している。カレニア　ミキモトイ、シャットネラ　アンティーカ等の特定種の植物プランクトンは、互いに近接したクロロフィルａを体積的に多く含んでいるので、これにより他種の植物プランクトンに比して再吸収が起こりやすいと考えられる。
　図４には、励起光による生じる蛍光が概念的に示されており、図４（ａ）に特定種の植物プランクトンの場合が示されており、図４（ｂ）に他種の植物プランクトンの場合が示されている。図４（ａ）を参照して、特定種の植物プランクトンに含まれる蛍光色素としてのクロロフィルａは、中心波長が４３５ｎｍである短波長の励起光Ｘを吸収して、励起光Ｘよりも波長が長い蛍光Ｚを生じる。この蛍光Ｚには、波長が約６７０ｎｍであり相対的に波長が短い蛍光Ｚ１と、波長が約６９０ｎｍであり相対的に波長が長い蛍光Ｚ２とが含まれている。
　図４（ａ）に示すように、蛍光Ｚ２は同一個体内のクロロフィルａに再吸収され難いのに対し、蛍光Ｚ１は同一個体内のクロロフィルａに再吸収されて、Ｚ１の強度はその分小さくなる。なお再吸収された結果、そのエネルギの一部により更に蛍光Ｚ３を生じる。上述したように、特定種の植物プランクトン、すなわちカレニア　ミキモトイ、シャットネラ　アンティーカ等は、同一個体内においてクロロフィルａが体積的に多く含まれているので、励起光が一つのクロロフィルａに吸収されて、ここから生じた蛍光が同一個体内のクロロフィルａに再吸収されやすいためと考えられる。
　これに対して、図４（ｂ）に示すように、他種の植物プランクトンでは、特定種の植物プランクトンのようにクロロフィルａを体積的に多く含んでおらず、一つのクロロフィルから生じた蛍光が、同一個体内のクロロフィルａを通過しにくいため、再吸収され難いと考えられる。
　すなわち、特定種の植物プランクトンは、６７０ｎｍ付近において再吸収により蛍光の強度が弱められるため、外部の検出器で測定した蛍光スペクトルのピークが長波長側へシフトするように見えるピークシフトが生じると考えられる。
　この現象を利用して、本願の発明者は、特定種の植物プランクトンの存在量を算出するに際して、以下の知見を得た。
　第１に、着目する蛍光色素としては、再吸収が起こり得るものである必要がある。励起光により蛍光を発生する蛍光色素と、再吸収する蛍光色素とが同じ種類である必要はないが、一般的に量の多い、再吸収が十分に起こり得るものとして、例えばクロロフィルａが適当である。
　第２に、励起光としては、再吸収がおこり得る蛍光を発生させることができるエネルギを持つものを含むことが必要である。吸収スペクトルの波長上限を超えるような蛍光しか生じないような低いエネルギの励起光では不適当である。
　第３に、区別したい植物プランクトンの種類間で、再吸収の程度が異なる必要がある。
例として上述したように、カレニア　ミキモトイ、シャットネラ　アンティーカは、他種と比べ、蛍光色素が蛍光を再吸収しやすい空間分布になっている。
　第４に、再吸収の程度が異なる複数の波長帯域における蛍光の強度を用いることにより、再吸収が相対的に大きなプランクトン種類の存在量と、再吸収が相対的に小さなプランクトン種類の存在量という２つの未知量をこのメカニズムに基づいて算出できる。
　すなわち、本実施形態では、励起光発生部１０が、サンプリング対象の場所における試料に所定強度の励起光を照射する。なお、サンプリング対象の場所における試料とは、サンプリング対象の場所において励起光を照射する場合と、当該場所から採取された試料に対して、例えば当該場所とは異なる場所において、励起光を照射する場合の両方が含まれる。試料には、複数種類の植物プランクトンが存在し得る植物プランクトン群が含まれている。複数種類の植物プランクトンには、特定種の植物プランクトン（特定種の植物プランクトンと称する）と、他種の植物プランクトンが含まれている可能性がある。
　次いで、蛍光強度測定部２０が、励起光により試料から生じた蛍光について、受光用光学フィルタユニット２２Ａ，２２Ｂを介して受光素子２１により波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける強度である波長帯域Ａ蛍光強度Ｉ６７０及び波長帯域Ｂ蛍光強度Ｉ６９０を測定すると共に、受光用光学フィルタユニット２２を介さずに受光素子２１により全波長帯域における強度である全体蛍光強度Ｉを測定する。
　なお、全体蛍光強度Ｉは、波長帯域Ａ，Ｂのように特定の波長帯域に限定しておらず、測定対象とする色素が発生する波長帯域全体の蛍光の強度を測定するものであり、厳密には、波長域全体を測定しなくても、それが推定できるだけの広い波長範囲での測定ができればよい。すなわち、実質的に全波長帯域での測定とみなすことができる略全波長帯域での測定ができればよい。
　その後、演算部３２が、波長帯域Ａ蛍光強度Ｉ６７０に対する波長帯域Ｂ蛍光強度Ｉ６９０の比（すなわち、Ｉ６９０／Ｉ６７０）である強度比ｒを算出する。次いで、演算部３２は、強度比ｒと全体蛍光強度Ｉとを数学的に解析することにより、特定種の植物プランクトンの存在数量を算出する。なお、存在数量とは、定量的な数を意味しており、本実施形態ではセル数を意味している。セル数とは植物プランクトンの個体数、個数を意味している。
　具体的には、試料に含まれる、特定種の植物プランクトンの存在数量をＫ、他種の植物プランクトンの存在数量をＤとして、試料から生じる蛍光の、全波長帯域における全体蛍光強度Ｉについての式（１）と、強度比ｒについての式（２）とをたて、これら２つの式からなる連立方程式を解くことにより、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋ及び他種の植物プランクトンの存在数量Ｄとが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 Ｉｋ：特定種プランクトン単位蛍光強度
Ｉｄ：他種プランクトン単位蛍光強度
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋは、特定種の植物プランクトンに対して励起光発生部１０から所定強度の励起光が照射されたときに、蛍光強度測定部２０によって測定される、単位数量（例えば１セル）あたりの特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の全波長帯域における強度である。例えば、特定種の植物プランクトンの単一種からなる試料を準備して、算出装置１においてこの全体蛍光強度Ｉを計測すると共に、この試料に含まれる特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを例えば光学顕微鏡により計数し、全体蛍光強度Ｉを存在数量Ｋで除することによって、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋが算出される。
　他種プランクトン単位蛍光強度Ｉｄは、試料に含まれる、特定種の植物プランクトンを除く他種の植物プランクトンに対して励起光発生部１０から所定強度の励起光が照射されたときに、蛍光強度測定部２０によって測定される、単位数量（例えば１セル）あたりの他種の植物プランクトンから生じる蛍光の全波長帯域における強度である。例えば、１種類又は複数種類の他種の植物プランクトンからなる試料を準備して、算出装置１においてこの全体蛍光強度Ｉを計測すると共に、この試料に含まれる他種の植物プランクトンの存在数量Ｄを例えば光学顕微鏡により計数し、全体蛍光強度Ｉを存在数量Ｄで除することによって、他種プランクトン単位蛍光強度Ｉｄが得られる。
　式（１）において、試料には、特定種の植物プランクトン１種類と、１種類又は複数種類の他種の植物プランクトンと、のうち少なくとも一方が含まれることを前提とし、全波長帯域における全体蛍光強度Ｉは、全波長帯域における特定種の植物プランクトンから生じる蛍光強度と、他種の植物プランクトンから生じる蛍光強度とを合計することにより表されている。
　全波長帯域における特定種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋに、その存在数量Ｋを乗じた値として表されている。同様に、全波長帯域における他種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、他種プランクトン単位蛍光強度Ｉｄに、その存在数量Ｄを乗じた値として表されている。
　式（２）において、波長帯域Ａ蛍光強度Ｉ６７０は、波長帯域Ａにおける特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度と、波長帯域Ａにおける他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度との合計として、以下の式（３）として表される。同様に、式（２）において、波長帯域Ｂ蛍光強度Ｉ６９０は、波長帯域Ｂにおける特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度と、波長帯域Ｂにおける他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度との合計として、以下の式（４）に表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 Ｉｋ６７０：特定種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度
Ｉｄ６７０：他種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 Ｉｋ６９０：特定種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度
Ｉｄ６９０：他種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度
　特定種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｋ６７０及び特定種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｋ６９０は、波長帯域Ａ、Ｂそれぞれにおいて、特定種の植物プランクトンの単位数量から生じる蛍光の強度である。他種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｄ６７０及び他種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｄ６９０は、波長帯域Ａ、Ｂそれぞれにおいて、他種の植物プランクトンの単位数量から生じる蛍光の強度である。
Ｉｋ６７０、Ｉｋ６９０、Ｉｄ６７０、及びＩｄ６９０は、Ｉｋ及びＩｄと同様に、存在数量Ｋ，Ｄが計数される試料に基づいて算出される。
　したがって、式（３）において、波長帯域Ａ蛍光強度Ｉ６７０は、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋに特定種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｋ６７０を乗じたものと、他種の植物プランクトンの存在数量Ｄに他種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｄ６７０を乗じたものとが合計されたものとして表されている。同様に、式（４）において、波長帯域Ｂ蛍光強度Ｉ６９０は、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋに特定種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｋ６９０を乗じたものと、他種植物プランクトンの存在数量Ｄに他種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｄ６９０を乗じたものとが合計されたものとして表されている。
　式（１）における全体蛍光強度Ｉ、及び式（２）における強度比ｒは、試料毎に算出装置１において測定されるものである。なお、式（２）の右辺には、式（３）、（４）が代入される。
　上記式（１）、（２）を連立方程式として数学的に解くことにより、未知数である特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋ及び他種の植物プランクトンの存在数量Ｄとがそれぞれ算出される。以下に、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋの算出式を式（５）に示し、他種の植物プランクトンの存在数量Ｄの算出式については省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）をさらに整理すると、式（６）が得られる。式（６）によれば、分析対象の試料を測定して得られるＩ及びｒと、特定種の植物プランクトンに関するＩｋ、Ｉｋ６７０及びＩｋ６９０と、他種の植物プランクトンに関するＩｄ、Ｉｄ６７０及びＩｄ６９０とに基づいて、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを算出することができる。
　ここで、分析対象の試料に、どの種の植物プランクトンが含まれているか事前に判っていない。このため、分析対象の試料に含まれる、他種の植物プランクトンに係るＩｄ、Ｉｄ６７０及びＩｄ６９０を事前に用意することは容易ではない。本発明では、式（５）をさらに整理することによって、他種の植物プランクトンに係るＩｄ、Ｉｄ６７０及びＩｄ６９０を事前に用意することなく特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを算出するように、以下式（６）～（９）に示すように工夫している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６）において、Ｉｄ６９０／Ｉｄ６７０は、他種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｄ６７０に対する、他種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｄ６９０の比を示し、これを他種プランクトン強度比ｒｄとして整理すると、式（７）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（７）において、Ｉｋ６９０／Ｉｋ６７０は、特定種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度Ｉｋ６７０に対する、特定種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度Ｉｋ６９０の比を示し、これを特定種プランクトン強度比ｒｋとして整理すると共に、さらに、以下の式（８）で表されるαにより整理すると、式（９）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（９）において、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋ及び特定種プランクトン強度比ｒｋは、測定対象とする特定種の植物プランクトンに基づいて予め決まる値である。全体蛍光強度Ｉは、測定対象の試料を算出装置１において測定して得られる。
　式（８）で表されるαは、分析対象とする特定種の植物プランクトン毎に予め設定される定数である。αの設定方法について説明する。分析対象であって存在数量Ｋ及び特定種プランクトン強度比ｒｋが既知である特定種の植物プランクトン１種と、分析対象の試料に当該特定種の植物プランクトンを除いて大量に存在しており存在数量Ｄ及び他種プランクトン強度比ｒｄが既知である他種の植物プランクトン１種とが混合された試料を準備する。
　特定種プランクトン強度比ｒｋは、当該特定種の植物プランクトンの単一種のみが培養された試料を準備し、これを算出装置１において測定することによって算出される。同様に、他種プランクトン強度比ｒｄは、当該他種の植物プランクトンの単一種のみが培養された試料を準備し、これを算出装置１において測定することによって算出される。また、上述したように、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋも予め算出しておく。
　式（９）に、上記既知の存在数量Ｋ、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋ、強度比ｒ、特定種プランクトン強度比ｒｋ、他種プランクトン強度比ｒｄを代入することによって、式（９）を満たす定数αが求められる。なお、同一試料に起因した複数のサンプルから得られる複数組のＫ，Ｉｋ，ｒ、ｒｋ、ｒｄを用いて、式（９）を満たす定数αを最小二乗法（例えば、非線形最小二乗法）にて算出してもよい。
　次に、他種プランクトン強度比ｒｄについて説明する。実際の試料においては、特定種の植物プランクトンを除いて、１つ又は複数種の他種の植物プランクトンが存在し得る。
この場合に、試料に含まれる１つ又は複数の他種の植物プランクトンそれぞれについて、他種プランクトン強度比ｒｄを準備することは容易ではない。このため、本実施形態では、他種プランクトン強度比ｒｄを、上記定数αを用いて式（９）に基づいて算出するようにしている。
　具体的には、分析対象の場所における基準試料について、ここに含まれており分析対象とする特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋ０（基準存在量）を例えば光学顕微鏡により計数すると共に、当該試料について、算出装置１を用いて、全体蛍光強度Ｉ０（基準試料全体蛍光強度）及び強度比ｒ０（基準試料強度比）を算出し、式（９）に、存在数量Ｋ０、全体蛍光強度Ｉ０、強度比ｒ０、上記算出した定数α、特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋ、及び特定種プランクトン強度比ｒｋを代入することによって、式（９）を満たす他種プランクトン強度比ｒｄが算出される。
　したがって、分析対象の場所において基準試料とは別に分析される分析試料について、基準試料に基づいて算出された他種プランクトン強度比ｒｄを、分析試料に含まれる他種プランクトン強度比ｒｄであると推定する。ここで、分析試料は、存在する場所、または場所と時期が基準試料と同じであるため、植物プランクトン群の組成に関して基準試料との類似性が見込まれる。また、分析試料と基準試料とが、場所、または場所と時期とにおいて、同じか又は十分に近い場合のみならず、基準試料から遠く離れているとしても植物プランクトン群の組成が十分に近いことが見込まれる場合も分析試料としてもよい。換言すれば、基準試料の場所及び時期と分析試料の場所及び時期とは、一般に近いほど植物プランクトン群の組成の類似性が見込まれるが、物理的、時間的に遠く離れていても、植物プランクトン群の組成の類似性が見込まれる場合もあり、この場合も分析試料に含まれることを意味している。なお、本明細書において、分析試料の場所が基準試料の場所と十分に近いとは、分析試料が、基準試料が現場水域で分析された場所又は現場水域から採取された場所を基準として、半径約１ｋｍの範囲に存在することを意味している。また、分析試料の時期が基準試料の時期と十分に近いとは、基準試料が現場水域において分析された時期又は現場水域から採取された時期を基準として、約１週間以内に、分析試料が、現場水域で分析され又は現場水域から採取されることを意味している。
　次いで、算出装置１において、測定された全体蛍光強度Ｉ及び強度比ｒと、分析対象とする特定種の植物プランクトンの既知の特定種プランクトン単位蛍光強度Ｉｋ及び特定種プランクトン強度比ｒｋと、上記定数α及び他種プランクトン強度比ｒｄとに基づいて、式（９）から特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋが推定値として算出される。すなわち、演算部３２によって、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋが推定される。
　すなわち、再吸収の生じやすさが異なる２つの波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定された蛍光強度に基づいて、再吸収が相対的に大きな特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋと、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在数量Ｄとをそれぞれ算出することができる。ここで、蛍光の強度を波長帯域に関しピンポイントではなく広がりのある波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定することにより、測定バラツキ及び測定ノイズが低減するので、ロバスト性の高い測定結果が容易に得られる。
　なお、２つの波長帯域の選定は、植物プランクトンの種類による再吸収の生じやすさの違いに基づくだけでなく、特定種の植物プランクトンと他種の植物プランクトンの蛍光スペクトルの差分の大きさに基づいて決定してもよい。
　また、２つの波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定された蛍光の強度に基づいて特定種の植物プランクトンの存在量を算出する他の方法として、以下の方法が考えられる。まず、分析対象の試料に存在し得る特定種の植物プランクトン及び他種の植物プランクトンそれぞれについて、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて単位数量あたりから生じる蛍光の強度を予め測定しておく。次いで、分析対象の試料から生じる蛍光の強度を、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて測定する。
　そして、２つの波長帯域それぞれにおいて、測定された蛍光の強度を、特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度と他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度との和として表す、２つの方程式をたてる。ここで、特定種及び他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度は、それぞれの存在数量に、それぞれの単位数量あたりから生じる蛍光の強度を乗じて表される。最後に、これらの２つの方程式を解くことにより、特定種の植物プランクトンの存在数量が算出される。
　しかしながら、上記方法では、分析試料にどの種の植物プランクトンが含まれているのかが明らかであることを前提とするものであり、分析対象の試料に含まれるそれぞれの植物プランクトンについて、単位数量あたりの蛍光の強度を予め測定することを要する。
　ここで、分析対象とする特定種の植物プランクトンについては、当該特定種の植物プランクトン単一種からなる試料を準備して、単位数量あたりから生じる蛍光の強度を予め測定することができる
　一方、分析試料に含まれる他種の植物プランクトンは、分析される場所によって異なり得る。このため、分析試料に如何なる種の植物プランクトンが含まれているのか事前に判らないので、他種の植物プランクトンのみからなる試料を事前に準備することができず、単位数量あたりの他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度を予め測定することはできない。まして、他種の植物プランクトンが複数種類、存在する場合もあり、それぞれについて単位数量あたりにおいて生じる蛍光の強度を測定することは容易ではない。
　この点について、本発明では、他種プランクトン強度比ｒｄを、基準試料に基づいて予め算出しておくものであり、単位数量あたりの他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度を予め測定することを要しない。また、他種プランクトン強度比ｒｄは、他種の植物プランクトンが１種であるか複数種であるかによらず、植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンを除いた他種の植物プランクトン全体として算出される。さらに、分析試料は、植物プランクトン群の組成に関して基準試料との類似性が見込まれるので、基準試料に基づく他種プランクトン強度比ｒｄを分析試料の他種プランクトン強度比ｒｄに概ね等しいと推定して、分析試料における特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを算出（推定）できる。
　したがって、分析試料に含まれる他種の植物プランクトンを事前に把握することを要せずに、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを算出できる。
　また、他種プランクトン強度比ｒｄを、式（９）に基づいて、複数組の、存在数量Ｋ０、全体蛍光強度Ｉ０、強度比ｒ０を満たすように、最小二乗法（例えば、非線形最小二乗法）にて算出するようにしてもよい。これによって、他種プランクトン強度比ｒｄの信頼性が向上する。
　また、他種プランクトン強度比ｒｄを、経時的（例えば一週間毎等の定期的）に適宜更新するようにしてもよい。例えば定期的に、分析対象の場所における基準試料に基づいて、算出装置１を用いて、基準試料全体蛍光強度Ｉ０及び基準試料強度比ｒ０を算出すると共に、当該基準試料に含まれる特定種の植物プランクトンの基準存在量Ｋ０を計数し、これらを式（９）に代入することによって、他種プランクトン強度比ｒｄを新たに算出し、式（９）中の他種プランクトン強度比ｒｄを更新しても良い。これによって、サンプリング対象の場所に存在し得る植物プランクトン群の経時的な変化に対応して、他種プランクトン強度比（ｒｄ）が更新されるので、特定種の植物プランクトンの存在数量（Ｋ）の信頼性が向上する。
　また、励起光発生部１０は、発光素子１１及び送光用光学フィルタユニット１２により構成されており、蛍光強度測定部２０は、受光素子２１及び受光用光学フィルタユニット２２により構成されている。すなわち、大型且つ高額になりやすい分光器を必要としないので、算出装置１をコンパクト且つ廉価に構成しやすい。
　予兆検知部３３は、算出された特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋに基づいて、赤潮発生の予兆を検知する。例えば、特定種の植物プランクトンとしてカレニア　ミキモトイに注目する場合に試料１ｍｌあたりの存在数量Ｋが５０セル以上算出されたとき、今後赤潮レベルにまで発展する可能性が高いとみなし、予兆検知部３３は赤潮発生の予兆を検知する。また、特定種の植物プランクトンとしてシャットネラ　アンティーカに注目する場合に試料１ｍｌあたりの存在数量Ｋが１０セル以上であるとき、予兆検知部３３は赤潮発生の予兆を検知する。
　すなわち、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋに基づいて、赤潮発生の予兆を検知できる。この他、例えば、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを定期的に算出することにより、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋの変化（例えば増殖速度）を算出して、それがある閾値を超えた場合に、赤潮発生の予兆を検知するようにしてもよい。
　また、式（９）について、強度比ｒ、特定種プランクトン強度比ｒｋ、及び他種プランクトン強度比ｒｄの関係により、存在量（Ｋ）が負の値を取り得ることがある。これを防ぐために、式（１０）、（１１）に示されるように、他種プランクトン強度比ｒｄを、上限値をｒｋとし下限値をｒｄとする有限単調増加関数ｇ（ｒ）に、置き換えることによって、存在数量（Ｋ）が負の値を取り得ることが回避される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　次に、波長帯域Ａ，Ｂの設定方法について説明する。
　まず、他種の植物プランクトンと区別して存在数量を算出したいスペクトルシフトを起こす種（例えば特定種の植物プランクトンの１つであるカレニア　ミキモトイ）、単一種に対して、所定の励起光を照射し、波長分解能の高い検出器で蛍光スペクトルを測定する。なお、特定種の植物プランクトンは、その蛍光スペクトルのピークが、他種の植物プランクトンの蛍光スペクトルに比して長波長側にシフトする特性を持っている。次いで、測定された蛍光スペクトルを、その蛍光スペクトルの強度最大値で、全ての強度値を割り（正規化）、正規化スペクトルを求める（スペクトルＫと称する）。スペクトルＫは、波長λの関数Ｋ（λ）として表される。
　同様に、他種の植物プランクトン単一種に対して、蛍光スペクトルを測定すると共に、正規化スペクトルを求める（スペクトルＤと称する）。スペクトルＤは、波長λの関数Ｄ（λ）として表される。
　次に、式（１２）に示すように、スペクトルＤ（λ）とスペクトルＫ（λ）との差分である差分スペクトルＦ（λ）を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　蛍光強度測定部２０の仕様、すなわち受光用光学フィルタユニット２２の仕様に基づいて波長帯域の幅ｗを決定する。次に、式（１３）に示すように、差分スペクトルＦ（λ）を、波長帯域の幅ｗで積分してＧ（λ）を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　図５に、特定種の植物プランクトンの一例としてカレニア　ミキモトイのスペクトルＫ（λ）と、他種の植物プランクトンの一例として珪藻のスペクトルＤ（λ）と、差分スペクトルＦ（λ）と、幅ｗを１２ｎｍとした場合のＧ（λ）とを示している。
　Ｇ（λ）を参照して、相互に最も大きな部分と最も小さな部分とを選択する。すなわち、Ｇ（λ）は、中心波長６７０ｎｍ周辺において最小値となり、中心波長６９０ｎｍ周辺において最大値となる。したがって、中心波長６７０ｎｍ、幅ｗが１２ｎｍの帯域を波長帯域Ａと、中心波長６９０ｎｍ、幅ｗが１２ｎｍの帯域を波長帯域Ｂとして設定する。
　なお、上記波長帯域の設定方法では、波長帯域の幅ｗを、蛍光強度測定部２０において採用する受光用光学フィルタユニット２２に基づいて決定しているが、上記設定方法により設定された波長帯域Ａ，Ｂの差が大きくならない場合には、幅ｗを見直してもよい。
　また、波長帯域Ａ，Ｂを設定する他の設定方法として、２つ選ぶ波長帯域は両者の差が大きくなるように、一方はＧが正の値を取り、もう一方のＧが負の値を取るように、且つ、上記求めたＧ（λ）の形から考えて正負の切り替わる波長からそれぞれ１０ｎｍ程度離れた位置に波長を選択してもよい。より具体的には、Ｇ（λ）の正負が切り替わる波長（λｇ）付近ではＧ（λ）の変化が急峻であり、たとえばフィルタの中心波長、半価幅の製造上のばらつきによる、測定強度値の変動が大きくなるため、その悪影響をできるだけ抑えるため、ある程度λｇから離れた波長に、各フィルタの中心波長を設定することも有効である。この場合、正負の切り替わる波長が６８２ｎｍであるので、波長帯域Ａの中心波長を６７２ｎｍに設定し、波長帯域Ｂの中心波長を６９２ｎｍに設定してもよい。大まかには、Ｆ（λ）のゼロ点である波長より一方の波長帯域の中心波長を小さくし、他方の波長帯域の中心波長を大きくしてもよい。
　また、波長帯域Ａ，Ｂを設定する更なる他の設定方法として、まず、式（１４）及び式（１５）に示すように、スペクトルＫ（λ）及びスペクトルＤ（λ）をそれぞれ、中心波長λにおいて波長帯域の幅ｗにより積分すると共に、例えばその１０％の値をそれぞれＫ強度（λ）、Ｄ強度（λ）とする。次いで、Ｇ（λ）の絶対値が、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）よりも大きい波長範囲に中心波長を設定すればよい。これは、測定誤差の影響を考えた場合に、測定したい差異変化分、Ｇ（λ）が、Ｋ（λ）及びＤ（λ）に対して、ある程度大きいことが望ましいという考えによる条件である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　図６に、Ｋ強度（λ）とＤ強度（λ）とＧ（λ）の絶対値とが示されている。すなわち、Ｇ（λ）の絶対値が、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）よりも大きい波長帯域として、６４５ｎｍ以上６７８ｎｍ以下の波長帯域と、６８８ｎｍ以上６９５ｎｍ以下の波長帯域とを選択できる。
　さらに、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）が、大きい範囲に中心波長を選択するのが望ましい。例えば、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）それぞれの最大強度に対して３０％以上の波長帯域から中心波長を設定するのが望ましい。したがって、図６を参照して６６５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域から中心波長を設定するのが望ましい。
　したがって、波長帯域Ａを中心波長が６６５ｎｍ以上６７８ｎｍ以下から選択し、波長帯域Ｂを中心波長が６８８ｎｍ以上６９５ｎｍ以下から選択することができる。この場合、例えば、波長帯域Ａの中心波長を６７０ｎｍに設定し、波長帯域Ｂの中心波長を６９０ｎｍに設定できる。
　本願の発明者は、蛍光強度は、赤潮の予兆を検知するという目的から考えた場合の実用的な個数範囲において植物プランクトンの存在数量及び密度に依存していないことを確認した。図７～図９を参照して具体的に説明する。図７は、特定種の植物プランクトンの一例としてのカレニア　ミキモトイの密度（１ｍｌあたりのセル数）に対する６７０ｎｍ及び６９０ｎｍにおける蛍光強度を示している。同様に図８は、他種の植物プランクトンの一例としての珪藻の密度（１ｍｌあたりのセル数）に対する６７０ｎｍ及び６９０ｎｍにおける蛍光強度を示している。また、図９は、特定種の植物プランクトンとしてのカレニア　ミキモトイ及びシャットネラ　アンティーカと、他種の植物プランクトンとしての珪藻の、蛍光比（６７０ｎｍにおける蛍光強度に対する６９０ｎｍにおける蛍光強度の比）を示している。
　図７及び図８に示すように、植物プランクトンの蛍光強度は、密度が増大するにつれて比例して増大しており、一定値に飽和する傾向がない。また、図９に示すように、植物プランクトンの蛍光比は、密度によらず略一定である。したがって、植物プランクトンの蛍光強度は、植物プランクトンの個体数及び密度に依存しないことが確認され、上記算出アルゴリズムが成立する。
　図１０は、サンプリング対象の場所において水深０ｍ～９ｍにわたって分析された分析試料について、特定種の植物プランクトンとしてカレニア　ミキモトイを分析対象として、分析試料におけるカレニア　ミキモトイの存在数量が、顕微鏡による計数により求められた実測密度と、演算部３２により算出された存在数量に基づく推定密度とによって水深毎に示されている。
　なお、演算部３２による特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋの算出は、他種プランクトン強度比ｒｄを、初期値で固定にした場合と、一週間毎に更新した場合の２通りの場合について実施されている。他種プランクトン強度比ｒｄを、初期値で一定とした場合を細線で示し、一週間毎に更新した場合を太線で示している。また、演算部３２は、式（９）における定数αを、上述したように特定種の植物プランクトンをカレニア　ミキモトイとして、実測値から０．６２として演算をしている。
　また、試料のサンプリングは１週間毎に実施され、図１０（ａ）には分析開始時（０週目）の分析結果が示されており、図１０（ｂ）には分析開始時から１週間経過後（１週目）の分析結果が示されており、図１０（ｃ）には分析開始時から２週間経過後（２週目）の分析結果が示されている。
　また、他種プランクトン強度比ｒｄを更新する場合は、１週目では、０週目において実測された存在数量Ｋ及び算出装置１において測定されたＩ、ｒに基づいて式（９）から求められた他種プランクトン強度比ｒｄに置き換えられている。同様に、２週目では、１週目の実測結果に基づいて式（９）から求められた他種プランクトン強度比ｒｄに置き換えられている。このため、図１０（ａ）に示す０週目では、他種プランクトン強度比ｒｄは基準試料に基づいて算出された初期値のままであり、他種プランクトン強度比ｒｄを固定する場合と更新する場合とで同じｒｄが使用されている。
　図１０に示すように、分析開始時から時間が経過するにつれて、他種プランクトン強度比ｒｄを固定とした場合には実測密度との差が拡大する一方で、他種プランクトン強度比ｒｄを更新した場合には実測密度との差が小さい。したがって、サンプリング対象の場所に存在する他種の植物プランクトンの組成の変化に合わせて、定期的に他種プランクトン強度比ｒｄを更新した方が、精度良く、特定種の植物プランクトンの存在量を算出することができる。
　なお、演算部３２による算出では、式（９）における定数αを０．６２の一定としたが、実際には、定数αは式（８）で定義され、１以下の正の値をとり得る。式（８）より、αが正になることは自明であり、また、特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルが長波長側にずれることから、αは１以下となる。そこで、図１０には、他種プランクトン強度比ｒｄを更新する場合における特定種の植物プランクトンの存在量の算出をベースとして、定数αを０．１及び１．０に変更したときの算出結果が破線で併せて示されている。
　図１０の各図から判るように、定数αが変化しても、特定種の植物プランクトンの存在数量の結果への影響度合いが小さい。特に、他種プランクトン強度比ｒｄを固定値とする場合よりも、他種プランクトン強度比ｒｄを更新したものをベースとして乗数αを変化させた場合のほうが、特定種の植物プランクトンの存在数量の算出結果への影響度合いよりも小さい。よって、定数αを一定値としてもよいことが理解される。
　上記実施形態では、特定種の植物プランクトンの存在量として、存在数量Ｋを算出するようにしたが、これに代えて存在数量を指標値化して存在量として表してもよい。したがって、存在量として、定量的な存在数量の他、定性的な指標や表現をも含む。例えば、特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋを、単調関数ｈ（Ｋ）を用いて、ｈの上限値と下限値に分布する指標値ｙに変換して、存在数量の相対的関係がわかるようにしてもよい。
　また、存在数量Ｋ又は変換した指標値ｙの値に基づき、統計的表現、又は値の範囲毎に決められた色、文字、文章、図、記号、写真などで存在数量をその存在数量の程度がわかるように表現するようにしてもよい。具体的には、存在数量Ｋを、式（１６）に示される単調増加関数を用いて、ｘに、例えば特定種の植物プランクトンの存在数量Ｋ又は推定密度を代入して、有限の指標値ｙを得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　得られた指標値ｙに応じて、存在量を以下のように表現してもよい。
　例えば、存在量を、数字で表現してもよく、この場合例えば、ｙの値に対応した警戒度を表現した０～１０までの連続値、または離散値で表現してもよい。
　また、存在量を、色で表現してもよく、この場合例えば、ｙが第１の値以上ならば「赤」、ｙが第１の値～第２の値の範囲内ならば「黄色」、ｙが第２の値以下ならば「青色」を使用して表現してもよい。また、特定種の植物プランクトンの存在量が多いほど暖色系で表現し、少ないほど寒色系で表現してもよい。
　また、存在量を、言葉で表現してもよく、この場合例えば、ｙの値が第１の値以上ならば「警報」、ｙの値が第１の値～第２の値の範囲内ならば「注意」、第２の値以下ならば「正常」といった単語を使用して表現してもよい。
　また、存在量を、図で表現してもよく、この場合例えば、ｙが第１の値以上ならば「イラスト１」、ｙが第１の値～第２の値の範囲内ならば「イラスト２」、ｙが第２の値以下ならば「イラスト３」といった、図又はイラストを使用して表現してもよい。
　また、存在量を、音で表現してもよく、この場合例えば、ｙが第１の値以上ならば「音パターン１」、ｙが第１の値～第２の値の範囲内ならば「音パターン２」、ｙが第２の値以下ならば「音パターン３」といった音の違いを使用して表現してもよい。
　なお、式（９）に基づいて、存在数量Ｋを指標値ｙに置き換えて他種プランクトン強度比ｒｄを求めてもよい。これによって求められた他種プランクトン強度比ｒｄが代入された式（９）に基づけば、分析試料において算出される全体蛍光強度Ｉ及び強度比ｒから分析試料の指標値ｙが直接的に得られる。例えば、分析試料の色を見て、当該分析試料に存在し得る特定種の植物プランクトンの存在数量を推定すると共に、該存在数量に基づいて指数値ｙを設定し、設定されたｙを存在量Ｋとして、これを満たす、他種プランクトン強度比ｒｄを算出するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、算出装置１の制御装置３０に、演算部３２及び予兆検知部３３が一体化されている場合を例にとって説明したがこれに限らず、一部が別体として構成される算出システムとして構成していてもよい。例えば、駆動部３１を、発行素子１１、受光素子２１と共に、サンプリング対象の場所に配置する一方で、測定された強度を、不図示の通信手段を用いて、サンプリング対象の場所から離れた遠隔地（例えば陸部）に位置する演算部３２に送信するようにしてもよい。同様に、予兆検知部３３を、演算部３３と共に遠隔地に設けても良い。
　なお、本発明は、上記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
　１　　　特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置
　１０　　励起光発生部
　１１　　発光素子
　１２　　送光用光学フィルタユニット
　２０　　蛍光強度測定部
　２１　　受光素子
　２２　　受光用光学フィルタユニット
　３０　　制御装置
　３１　　駆動部
　３２　　演算部
　３３　　予兆検知部
　Ｉ　　　全体蛍光強度
　Ｉ６７０　波長帯域Ａ蛍光強度
　Ｉ６９０　波長帯域Ｂ蛍光強度
　ｒ　　　強度比
　Ｉｋ　　特定種プランクトン単位蛍光強度
　Ｉｋ６７０　特定種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度
　Ｉｋ６９０　特定種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度
　ｒｋ　　特定種プランクトン強度比
　Ｋ　　　特定種の植物プランクトンの存在数量
　Ｉｄ　　他種プランクトン単位蛍光強度
　Ｉｄ６７０　他種プランクトン波長帯域Ａ単位蛍光強度
　Ｉｄ６９０　他種プランクトン波長帯域Ｂ単位蛍光強度
　ｒｄ　　他種プランクトン強度比
　Ｄ　　　他種の植物プランクトンの存在数量
　α　　　定数
　Ｉ０　　基準試料全体蛍光強度
　ｒ０　　基準試料強度比
　Ｋ０　　基準存在量

Claims (9)

  1. 　植物プランクトン群を含む基準試料に励起光を照射し、ここで、前記植物プランクトン群には複数種類の植物プランクトンが含まれており、前記複数種類の植物プランクトンには特定種の植物プランクトンが含まれている可能性があり、前記特定種の植物プランクトンは前記励起光を吸収して蛍光を生じ、
    　２つの波長帯域それぞれにおいて、前記基準試料から生じる前記蛍光の強度を測定すると共に、これら２つの強度の比である基準試料強度比を算出し、
    　前記基準試料から生じる前記蛍光の、略全波長帯域における強度である基準試料全体蛍光強度を測定し、
    　前記基準試料に含まれる前記特定種の植物プランクトンの基準存在量を計数し、
    　前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準存在量とに基づいて、前記植物プランクトン群のうち前記特定種の植物プランクトン以外の他の種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の前記２つの波長帯域それぞれにおける強度の比である他種プランクトン強度比を算出し、
    　前記植物プランクトン群の組成に関して前記基準試料との類似性が見込まれる分析試料に励起光を照射し、
    　前記２つの波長帯域それぞれにおいて、前記分析試料から生じる前記蛍光の強度を測定すると共に、これら２つの強度の比である強度比を算出し、
    　前記分析試料から生じる前記蛍光の、略全波長帯域における強度である全体蛍光強度を測定し、
    　前記他種プランクトン強度比と、前記強度比と、前記全体蛍光強度とに基づいて、前記分析試料に含まれ得る前記特定種の植物プランクトンの存在量を算出する、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  2. 　前記存在量は、前記特定種の植物プランクトンの存在数量である、
    　請求項１に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  3. 　前記存在量は、前記特定種の植物プランクトンの存在数量に基づく指標として表される、
    　請求項１に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  4. 　前記指標は、前記存在数量の程度を示す表現で表される、
    　請求項３に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  5. 　前記他種プランクトン強度比を、複数の前記基準試料それぞれについて測定又は算出された、複数組の、前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準存在量とに基づいて算出する、
    　請求項１～４のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  6. 　前記他種プランクトン強度比を、経時的に更新する、
    　請求項１～５のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。
  7. 　前記特定種の植物プランクトンは、赤潮発生の原因になり得るものであって、
    　上記請求項１～６のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法により算出された前記存在量に基づいて、前記赤潮発生の予兆を検知する、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法。
  8. 　植物プランクトン群を含む基準試料に励起光を照射する励起光発生部と、ここで、前記植物プランクトン群には複数種類の植物プランクトンが含まれており、前記複数種類の植物プランクトンには特定種の植物プランクトンが含まれている可能性があり、前記特定種の植物プランクトンは前記励起光を吸収して蛍光を生じ、　２つの波長帯域それぞれにおける強度である基準試料波長帯域蛍光強度と、略全波長帯域における強度である基準試料全体蛍光強度とを測定する、蛍光強度測定部と、
    　２つの前記基準試料波長帯域蛍光強度の比である基準試料強度比を算出して、前記基準試料強度比と、前記基準試料全体蛍光強度と、前記基準試料に含まれる前記特定種の植物プランクトンについて予め計数された基準存在量とに基づいて、前記植物プランクトン群のうち前記特定種の植物プランクトン以外の他の種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の前記２つの波長帯域それぞれにおける強度の比である他種プランクトン強度比を算出する、演算部と、を有し、
    　前記励起光発生部は、前記植物プランクトン群の組成に関して前記基準試料との類似性が見込まれる分析試料に励起光を照射し、
    　前記蛍光強度測定部は、前記分析試料から生じる前記蛍光の、前記２つの波長帯域それぞれにおける強度である波長帯域蛍光強度と、略全波長帯域における強度である全体蛍光強度とを測定し、
    　前記演算部は、２つの前記波長帯域蛍光強度の比である強度比を算出し、前記他種プランクトン強度比と、前記強度比と、前記全体蛍光強度とに基づいて、前記分析試料に含まれ得る前記特定種の植物プランクトンの存在量を算出する、特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置。
  9. 　上記請求項８に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置により算出された前記特定種の植物プランクトンの前記存在量に基づいて、前記特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆を検知する予兆検知部を備えている、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知装置。
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