第一篇：rDNA ITS 序列分析在植物種屬鑒定中的應用與研究

rDNA ITS序列分析在植物種屬鑒定中的應用和研究

黃

鳳

玲

遵

義 醫(yī) 學 院 珠 海 校 區(qū)（廣東珠海，519041）

摘要：rDNA ITS序列分析方法用于植物系統(tǒng)種屬鑒定與進化研究有較高的可靠性。由于高等植物rRNA基因上的18SrDNA、ITS及5SrDNA片段常具有變異位點[1]，通過DNA序列測定核基因組的rDNA ITS 序列，根據(jù)測序結果進行比較就可以鑒定植物的種屬關系，對于植物的鑒定有非常重要的意義和作用。

關鍵詞：rDNA ITS序列；植物；種屬鑒定

分子生物學研究發(fā)現(xiàn)，生物種類所依賴的資源—“物種”的多樣性是由于其基因多態(tài)性的結果，而基因多態(tài)性又直接體現(xiàn)在DNA分子水平上的檢測。21世紀以來，現(xiàn)代分子生物學技術在植物的研究取得突破性進展，一些分類地位不明確、親緣關系不清楚的物種通過該技術便得到驗證，為不同植物的分類、鑒定等提供了更豐富、更可靠的手段。其中，核糖體基因（rDNA）的內轉錄間隔區(qū)（ITS）在植物的種、屬鑒定的研究得到廣泛的應用。rRNA基因（rDNA）的基本結構及ITS區(qū)

高等植物中有4種rRNA,即 5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNA和5SrRNA，前三者的基因組成一個轉錄元，是高度重復的串聯(lián)序列單位。近年來，隨著分子生物學技術在生物系統(tǒng)研究等領域的廣泛應用，以PCR為基礎的各種分子生物學技術在植物鑒定方面的應用報道日益增多。rRNA基因（rDNA）是目前分子系統(tǒng)研究中普遍采用的分子標記基因之一，它是一種中等重復并有轉錄活性的家族。核糖體RNA及其相鄰的間隔區(qū)合稱為rDNA

[2]。

rDNA中存在著廣泛的保守區(qū)域，可以用作引物的結合位點，它們的不同區(qū)域可反映物種不同的進化水平。真核細胞rDNA有幾十甚至數(shù)千個拷貝，其中2個內部轉錄間隔區(qū)ITS-

1、ITS-2將18S、5.8S、28S分隔開；不同的選擇壓力作用于rDNA區(qū)域，造成單個重復單位序列不同的保守性。每一部分都可以用作特殊的生物系統(tǒng)分析。大、小亞基序列高度保守，已被用來分析物種古化的進化分支以及跨越古生代和中生代的進化時間等問題。rDNA基因簇的最小基因5.8S由于序列太短，幾乎不能提供強有力的系統(tǒng)信息。而ITS序列是rDNA中基因進化速度最快的區(qū)域，常用于屬內中間比較或種內群體比較，因其兩側的編碼區(qū)具有高度保守性，便于設計通用引物。利用植物核糖體基因的內轉錄間隔區(qū)既具保守性，又在科、屬、種水平上均有特異性序列的特性，對ITS序列進行PCR擴增、測序以及序列分析后用于鑒定植物的方法越來越廣泛的應用。rRNA基因（rDNA）ITS序列分析在中藥材鑒定中的應用

馬小軍等用銀染色法測定了4個山參的ITS1和2個山參的ITS2.得出人參屬的ITS1有220—221個堿基，ITS2有222—224個堿基，其中ITS1在人參種內非常穩(wěn)定，4個不同地區(qū)的野山參樣品在ITS1轉錄間隔區(qū)的序列與GeneBank中栽培參無任何堿基發(fā)生變異。但ITS2有部分變異。說明ITS2的遺傳信息有助于人參種質資源分析，能為栽培參起源提供一定證據(jù)。蔡金娜等為探討不同分布區(qū)的蛇床的ITS序列變異與其地理分布和化學成分的相關性，設計兩對引物進行PCR擴增，產物純化后用銀染法或ABI310測序，得到核糖體DNA中的ITS序列及5.8SrDNA部分序列。18S和28SrDNA部分序列,共約700bp，5個地點樣品的ITS-1及ITS-2的序列大小分別為210—217bp和219—224bp，ITS-1堿基序列的遺傳距離0.00—1.93％，ITS-2堿基序列的遺傳距離0.46—2.34％ , ITS-1較為保守。結果表明ITS2序列的變異與中國產蛇床的緯度分布有關，而與蛇床化學型的關系尚需作進一步研究。另外，近幾年國內學者還對陽春砂、黃草石斛、水母雪蓮及其混淆品等rDNA ITS 序列進行測序分析。結果表明

[5]

[6]

[7]

[4][3] rRNA基因（rDNA）ITS序列分析在植物鑒定中的應用

ITS 序列分析不僅可以鑒定藥用植物種類，還可以為尋找新的植物來源提供分子證據(jù)。楊佩文等應用真菌核糖體基因ITS區(qū)段通用引物對十字花科蔬菜根腫病菌rDNA進行PCR擴增，其實驗結果對有效追蹤根腫病菌在田間的發(fā)生動態(tài)監(jiān)測和預測預報提供了重要信息和手段。葛蕓英等用16S和23SrDNA之間的ITS 序列的通用引物對小麥細菌性苗枯菌進行研究，并發(fā)現(xiàn)對多種植物病原棒形桿菌的ITS 序列進行比較研究還具有一定的分類意義。

[9][8]4 rRNA基因（rDNA）ITS序列分析在植物和中藥材鑒定中的應用前景

DNA測序技術(DNA Sequencing technology)使DNA分子鑒定技術取得了突破性進展，是中藥材和植物鑒定的重要方法，ITS(核糖體基因內轉錄間隔區(qū))是目前用于DNA測序的重要基因，因為高等植物rRNA基因上的18SrDNA、ITS及5SrDNA片段常具有變異位點，可成為一種很好的分子標記，不僅可用于植物品種的鑒定以及與其混偽品的鑒別，還在植物或藥材的地道性、植物生態(tài)多樣性及尋找新植物來源等研究領域具有廣泛的應用前景。同時還可以應用于各種植物病害的診斷。另外，一些重要植物的系統(tǒng)研究中含有大量可供參考的信息，如五味子科的ITS序列

[10]、報春花屬的ITS序列

[11]

等都可在GeneBank中找到。

參考文獻

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第二篇：生物學軟件在核酸序列比對與系統(tǒng)發(fā)育分析中的應用

生物學軟件在核酸序列比對與系統(tǒng)發(fā)育分析中的應用

摘要 通過ClustalX2.1、Boxshade、DNAman和MEGA6等軟件的使用，介紹了生物學軟件在核酸序列比對、著色美化、序列分析和植物系統(tǒng)發(fā)育樹構建中的應用。并結合具體實例，采用鄰接法對核基因組中的內轉錄間隔區(qū)序列進行了構樹，進化枝的可信度較高，表明該方法適用于相似度較高、親緣關系較近序列的系統(tǒng)發(fā)育樹的構建。

關鍵詞 序列比對；鄰接法；系統(tǒng)發(fā)育樹；構建

中圖分類號 Q7；TP31 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0347-02

Application of Biology Software in the Nucleic Acid Sequence Alignment and Phylogenetic Analysis

WANG Xiao-guo

（Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia Henan 472000）

Abstract This paper introduced the application of biology software in the nucleic acid sequence alignment，beautification，sequence analysis and plant phylogenetic tree construction through the use of software such as ClustalX 2.1，Boxshade，DNAman and MEGA 6.Combined with the specific example，constructed neighbor-joined tree according to internal transcribed spacer of nuclear genome sequences，and the credibility of clade was higher，so the method was suitable for the close genetic relationship sequence in the construction of phylogenetic tree.Key words sequence alignment；neighbor-joined method；phylogenetic tree；construct

核酸序列比對（Nucleic acid sequence alignment）又稱為核酸序列聯(lián)配，是通過2個或多個核酸序列的比對，顯示出其中相似結構區(qū)域的過程[1]，是進一步進行相似性、序列間親緣關系和系統(tǒng)發(fā)育分析的基礎[2-3]。在系統(tǒng)發(fā)育分析中，最常用的可視化表示進化關系的方法就是繪制系統(tǒng)發(fā)育進化樹（Phylogenetic trees）。系統(tǒng)發(fā)育樹構建有非加權分組平均法（Unweighted-pair-groop-method with arithmetic means，UPGMA）、鄰接法（Neighbor-joined，NJ）、最大簡約法（Maximum parsimony，MP）和最大似然法（Maximum likelihood，ML）等多種方法[4]，由于鄰接法具有構建的樹相對準確、假設少且計算速度快的特點，因而是目前最常用的方法之一。但NJ法所分析序列的遺傳距離不能太大，適用于相似度較高、親緣關系較近的短序列[5]。

核基因組序列中的內轉錄間隔區(qū)（Internal transcribed spacer，ITS）主要編碼植物的核糖體RNA，屬于中度保守序列，因此可用于較低分類階元的系統(tǒng)發(fā)育研究[6-7]。本文以Ziziphus Mill.的部分ITS序列為對象，介紹了ClustalX2.1[8-9]、Boxshade、DNAman和MEGA6[10]等軟件在序列比對、著色美化、序列分析和植物系統(tǒng)發(fā)育樹構建中的應用。序列獲取

從NCBI網(wǎng)站（http：//）或Espript在線工具（http：//espript.ibcp.fr/ESPript/cgi-bin/ESPript.cgi）對aln文件進行著色美化。將aln文件序列粘貼到Boxshade序列框中，點擊“Run boxshade”，結果以.ps格式存儲，用Ghostview和Ghostspript軟件打開，如圖3所示。DNAman多序列比對和序列一致性

DNAman軟件除了可對序列進行比對之外，還可進行引物的設計、限制性內切酶和質粒圖譜的繪制，功能較為強大。雙擊DNAman圖標，打開“File”菜單→“Open”，選擇four sequences.aln文件，再打開“Sequence”菜單→“Alignment”→“Multiple sequence alignment”，從顯示結果可看出，這4條ITS序列的序列一致性為90.10%（圖4），結果可以以Phylip、Clustal和GCG等多種格式輸出。MEGA進行系統(tǒng)發(fā)育分析

4.1 打開分子進化遺傳分析（Molecular evolution genetic analysis，MEGA）軟件

由于MEGA只能識別.meg文件格式，故需要對.aln格式的文件進行轉化。點擊“File”→“Convert file format to MEGA”，將.aln格式文件轉化為.meg格式，存儲于桌面上，命名為four sequences.meg?；蜻M行在線文件格式轉換（http：//sing.ei.uvigo.es/ALTER/）。

4.2 主窗口中打開“Phylogeny”菜單

可以看到，MEGA提供了UPGMA法、NJ法、MP法和ML法等多種算法，如前所述，NJ法在處理相似度較高、親緣關系較近的序列時是最可靠的一種算法。選擇“Construct/Test neighbor-joined tree”，在彈出的對話框“Options summary”→“Test phylogeny”中，選擇“Bootstrap method”，重復次數(shù)為1000次，模式框中選擇Kimura-2-parameter model對進化樹進行評估（圖5），本次所構建的系統(tǒng)進化樹如圖6所示。

從構建的NJ樹可知，基因登錄號為EU075099和EU07 5097的序列聚為一類，bootstrap支持率為97%，表明該進化枝的可信度較高。結語

本文以Ziziphus Mill.的部分ITS序列為對象，介紹了ClustalX、Boxshade、DNAman和MEGA等軟件在序列比對、著色美化、序列分析和植物系統(tǒng)發(fā)育樹的構建中的應用。在此需要特別指出，在基于序列構建進化樹的過程中，由于不同的算法，不同的重復次數(shù)，選用不同的模型所構建的樹是不完全相同的[11]，因此，這種單純的依靠某段核酸序列建立的進化樹只能提供物種進化的部分信息，而不能完全代表該物種進化的全過程。參考文獻

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第三篇：計算機類畢業(yè)論文-matK和rbcL序列在半夏屬中的應用-上虞論文網(wǎng)

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半夏是一味傳統(tǒng)的中藥材，廣布于長江流域，在華北、東北等地也有分布。臨床上多用于治療痰多咳喘，痰飲眩悸，風痰眩暈，痰厥頭痛，嘔吐反胃等[1-2]。半夏屬（Pinellia）是天南星科（Araceae）一個重要的屬，該屬共9種，其中7種為中國特有[3]。該屬被認為是天南星科的一個進化類群[4]。近年來用很多方法對該屬以及其他物種的種間親緣關系進行了研究[5-8]。matK序列是植物葉綠體trnK基因的內含子中的一個開放閱讀框,功能與RNA轉錄體中Ⅱ型內含子的剪切有關，進化速率較快，在科、屬級水平能提供較多的進化和系統(tǒng)發(fā)育信息[9]。rbcL基因編碼核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenas）大亞基，其序列高度保守[10]，鄭思浩等[11]研究matK+rbcL聯(lián)合序列能夠鑒別半夏及其混偽品，但對matK序列和rbcL序列在半夏屬的應用尚未見報道。本研究擬利用matK+rbcL聯(lián)合序列分析半夏屬植物的系統(tǒng)發(fā)育親緣關系，在一定程度上為半夏藥材及其近緣種的種間分子鑒定提供參考依據(jù)。1 材料和方法 1.1 材料來源

部分半夏樣品采自陜西商洛，部分來自genbank下載，其余物種的matK序列和rbcL序列均從genbank下載。經比對剪切后共21條序列，見表1。

提取、PCR擴增及序列測定 1.2.1 半夏總基因組DNA提取

2015年5~6月份，半夏植物生長盛期內，在商洛學院校園及二龍山采集其新鮮葉片，迅速用硅膠干燥，保存?zhèn)溆?。實驗室中采用改良CTAB 法[12]提取基因組總DNA后，溶解于少TE溶液中。-20 ℃保存?zhèn)溆谩?.2.2 matK和rbcL序列擴增及測序

參考趙月梅等[13]中的matK序列和rbcL序列的所用的PCR引物、擴增條件及擴增體系。擴增的PCR產物經瓊脂糖凝膠電泳檢測合格后，送往上海生物工程有限公司進行測序。1.3 數(shù)據(jù)處理

用ClustalX 2.0對測序獲得的半夏的matK序列進行查看和比對。同時，在GenBank數(shù)據(jù)庫中下載其同屬植物閩半夏、盾葉半夏、大葉半夏、心葉半夏、掌葉半夏及三裂半夏的matK序列和rbcL序列，共21條用于后續(xù)分析。用MEGA5.0計算種間遺傳距離，并用matK序列和rbcL序列及二者聯(lián)合matK+rbcL序列分別構建NJ樹分析各物種之間的關系。結果與分析

2.1 種內、種間序列比對分析

將半夏屬半夏等7種植物的matK序列及rbcL序列測序或下載獲得的序列進行查看和比對后，組成二者聯(lián)合序列（表2），其中matK序列比對后總長度為418 bp，無插入缺失序列。其中變異位點20個（4.78%），T、C、A、G的含量分別為36.9%、16.8%、29.3%、17.0%；

序列比對后的長度為638 bp，無插入缺失序列，變異位點12個（1.88%），T、C、A、G的含量分別為28.1%、20.7%、28.4%、22.9%。二者相比，matK序列變異較大。二者的變異多位于種間，種內變異較少。

2.2 半夏及其偽品的K2P遺傳距離分析

表3及圖1均顯示了matK序列在種內及種間的K2P距離分布。由表3可知：種間距離最大的為心葉半夏和閩半夏之間，為0.019，種間距離最小為半夏與盾葉半夏之間，盾葉半夏與大葉半夏之間，均為0.001。值得注意的是，閩半夏與其余6個種之間的遺傳距離均較大，表明該物種與半夏屬其他物種之間親緣關系較遠。2.3 聚類分析

由matK序列構建的系統(tǒng)發(fā)育樹只有掌葉半夏，大葉半夏和三裂葉半夏的幾個個體各自聚成了一支；同理，由于rbcL序列構建的系統(tǒng)發(fā)育樹只有半夏、掌葉半夏、三裂葉半夏三個物種的個體能聚在一起。由matK+rbcL聯(lián)合片段構建的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖1）可知：半夏屬這7種植物均能獨立聚為一支。半夏的7個個體聚在了一起，支持率為65，盾葉半夏與半夏親緣關系較近，聚在一起，支持率為78。掌葉半夏6個個體聚在一起，支持率為90，三裂葉半夏3個個體聚在了一起，支持率為55，閩半夏與其他種之間親緣關系較遠，最先形成一個獨立的枝，支持率為89。3 結論與討論

matK和rbcL聯(lián)合序列分析了半夏（Pinellia ternata）及其同屬物種共7個種，包括序列特征、種間遺傳距離及種間的親緣關系。從實驗方法上來看，采集自商洛市的半夏植物的matK序列和rbcL序列的PCR反應條件及通用引物應用情況均表現(xiàn)良好，且在采樣不足的情況下，在genbank中也有豐富的序列信息可供參考。歐陽鐘鳴等[6]研究了掌葉半夏與盾葉半夏、心葉半夏、半夏和石蜘蛛等4個種呈姐妹類群，張樂榮等[8]研究了滴水珠與盾葉半夏聚在一起，石蜘蛛，半夏親緣關系較近，虎掌與上述幾個物種距離較遠，形成一個獨立的枝。由于這幾個研究中所涉及的物種種類和分子標記都不同，因此在進化樹的結果上存在較大差異。本文用matK與rbcL聯(lián)合數(shù)據(jù)分析半夏屬7個物種的親緣關系發(fā)現(xiàn)：閩半夏與其余6個物種之間親緣關系最遠，半夏與盾葉半夏親緣關系較近，由于缺乏石蜘蛛和虎掌等物種的數(shù)據(jù)，因此無法判斷這兩個物種與這7個物種之間的關系。本研究結論能將這7個物種各自聚類，對于半夏屬種內之間的物種鑒定有參考意義，但要探討本屬的所有物種之間的親緣關系，則需要聯(lián)合更多的基因片段才能提供的足夠的變異信息來進行系統(tǒng)分化分析。參考文獻：

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第四篇：掃描電鏡及其在儲層研究中的應用分析

掃描電鏡測試技術原理及其在儲層研究中的應用

1、掃描電鏡的結構和工作原理

掃描電鏡的主要構成分為四部分：鏡筒、電子信號的顯示與記錄系統(tǒng)、電子信號的收集與處理系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)(圖 1)。以下是各部分的簡介和工作原理。1.1 掃描電鏡結構 1.1.1鏡筒

鏡筒包括電子槍、聚光鏡、物鏡及掃描系統(tǒng)，其作用是產生很細的電子束(直徑約幾個nm)，并且使該電子束在樣品表面進行掃描，同時激發(fā)出各種信號。1.1.2電子信號的收集與處理系統(tǒng)

在樣品室中，掃描電子束與樣品發(fā)生相互作用后產生多種信號，其中包括二次電子、背散射電子、X射線、吸收電子、俄歇(Auger)電子等。在上述信號中，最主要的是二次電子，它是被入射電子所激發(fā)出來的樣品原子中的外層電子，產生于樣品表面以下幾nm 至幾十nm 的區(qū)域，其產生率主要取決于樣品的形貌和成份。通常所說的掃描電鏡圖像指的就是二次電子像，它是研究樣品表面形貌的最有用的電子信號。檢測二次電子的檢測器的探頭是一個閃爍體，當電子打到閃爍體上時，就在其中產生光，這種光被光導管傳送到光電倍增管，光信號即被轉變成電流信號，再經前置放大及視頻放大，將電流信號轉變成電壓信號，最后被送到顯像管的柵極。

1.1.3電子信號的顯示與記錄系統(tǒng)

掃描電鏡的圖像顯示在陰極射線管（顯像管）上，并由照相機拍照記錄。顯像管有兩個，一個用來觀察，分辨率較低，是長余輝的管子；另一個用來照相記錄，分辨率較高，是短余輝的管子。1.1.4真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)

掃描電鏡的真空系統(tǒng)由機械泵和油擴散泵組成，其作用是使鏡筒內達到 10 托的真空度。電源系統(tǒng)則供給各部件所需的特定電源。

圖1 掃描電鏡結構圖

1.2掃描電鏡的基本原理

掃描電鏡的電子槍發(fā)射出電子束，電子在電場的作用下加速，經過兩次電磁透鏡的作用后在樣品表而聚焦成極細的電子束。該細小的電子束在末透鏡的上方的雙偏轉線圈作用下在樣品表而進行掃描，被加速的電子與樣品相互作用，激發(fā)出各種信號，如二次電子，背散射電子，吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光等。這些信號被按順序、成比例的交換成視頻信號、檢測放大處理成像，從而在熒光屏上觀察到樣品表而的各種特征圖像。

2、掃描電鏡在礦物巖石學領域的應用 2.1礦物研究

不同礦物在掃描電鏡中會呈現(xiàn)出其特征的形貌，這是在掃描電鏡中鑒定礦物的重要依據(jù)。如高嶺石在掃描電鏡中常呈假六方片狀、假六方板狀、假六方似板狀；埃洛石常呈管狀、長管狀、圓球狀;蒙脫石為卷曲的薄片狀；綠泥石單晶呈六角板狀，集合體呈葉片狀堆積或定向排列等。王宗霞等在掃描電鏡下觀察了硅藻上的形貌，硅藻上多呈圓盤狀、板狀，根據(jù)這一特征即可將它鑒定出來。

礦物特征及殘余結構可以推斷其成巖環(huán)境和搬運演化歷史，掃描電鏡可對礦物的結構和成分進行分析，為推斷礦物的成巖環(huán)境和搬運演化歷史提供基礎資料。礦物顆粒脫離母巖后，在搬運和沉積的過程中必然會受到外界環(huán)境的影響。不同的搬運介質、搬運形式以及不同的沉積環(huán)境常會在礦物顆粒表而留下反映搬運和沉積的痕跡，因而礦物表而就會具有不同的形狀及外貌特征。光學顯微鏡、差熱、化學分析等傳統(tǒng)分析方法往往無法將其加以識別，而配接有X射線的能譜儀的掃描電鏡能直接觀察到礦物變化過程中所發(fā)生的結構、形貌等微觀現(xiàn)象的變化和形成新礦物的特點，并且可以同時確定其化學元素組成及相對含量的變化，為研究礦物的變化提供了良好的途徑。2.2包裹體研究

包裹體是成礦時留在礦物中的遺跡化石，其物質組成反映了成巖成礦時期的介質環(huán)境，掃描電鏡為分析包裹體物質提供了良好條件。首先，掃描電鏡的形貌分析使我們能準確觀察包裹體；其次，掃描電鏡的能譜分析可以直接對已經打開的包裹體進行分析，從而確定了包裹體的物質組成。單強等利用掃描電鏡對四川冕寧稀土礦床早期螢石的單個流體—熔融包裹體進行研究，為進一步證實四川冕寧稀土礦床是一個與鹽熔體有關的熱液礦床打下堅實的基礎。謝玉玲等利用掃描電鏡對銅官山銅礦床矽卡巖礦物中的包裹體進行研究，發(fā)現(xiàn)其中的石榴石存在二相包裹體，并在透輝石中發(fā)現(xiàn)流體包裹體及子礦物。

3、掃描電鏡在粘土礦物方面的研究

由于粘上礦物在石油生成、運移、聚集及油氣勘探開發(fā)研究中的重要作用，利用掃描電鏡研究粘上礦物的優(yōu)越性尤其明顯。以往對粘土礦物的分析手段著重于精確分析粘上礦物的成分和晶體結構（如X粉晶衍射等），但對其形態(tài)特征及分布研究不多，而粘上礦物在儲層中的分布及存在狀態(tài)、成巖作用的影響、油氣運移及開發(fā)的影響，使得粘上礦物的形態(tài)、分布及其變化的研究更加深入。粘上礦物是以微米為計量單位的質點，一般粘上礦物僅為幾個微米，用普通的光學顯微鏡已經很難區(qū)分粘上礦物的成分、形態(tài)及分布特征，利用掃描電鏡完全可以彌補這一不足。

（1）研究粘上礦物的形態(tài)及分布，確定成巖作用過程、成巖階段及次生變化；

（2）研究粘上礦物的共生組合及變化，確定成巖環(huán)境及地球化學背景，如溫度、壓力、酸堿度；（3）對粘上礦物的成分分析（結合X衍射分析），確定埋藏深度、恢復盆地埋藏史及熱演化史、反映油氣成熟度。3.1粘土礦物的顯微形貌特征

一般來說，在碎屑巖儲層中常見的粘土礦物主要有高嶺石、伊利石、綠泥石及伊蒙混層等粘土。根據(jù)粘土礦物分析結果，24-3構造韓江組和珠江組儲層中的粘土礦物主要以伊利石和高嶺石為主（圖2）。

伊利石：伊利石在24-3構造韓江組和珠江組儲層中是較為常見的粘土礦物。在電鏡掃描下，其單晶形態(tài)呈絲帶狀，其集合體呈絲縷狀（圖2-A），通常包裹在顆粒的表面，形成粘土薄膜。

高嶺石：高嶺石晶體呈假六角片狀、假六角板狀、假六角似板狀，它們依次具有良好的假六角薄片狀晶形，部分完整假六角形晶形和表面稍彎曲的較差六角晶形，它們大小約為1-5μm，個別見團粒狀，高嶺石團粒大小不一，約為0.2-0.7 μm，為細小高嶺石晶粒集合體。但西江24-3構造韓江組和珠江組儲層中的高嶺石，在電鏡掃描下常見的單體形態(tài)呈假六角片狀、假六角板狀和微晶粒狀（圖2-B），集合體形態(tài)呈疊片狀和扇狀、疊板狀、蠕蟲狀。高嶺石往往在孔隙中形成定向排列或者雜亂堆積狀態(tài)充填或半充填著儲集層的孔隙。

圖2顆粒表面貼附和粒間充填的粘土礦物

3.2粘土礦物在儲層中產狀特征

電鏡掃描下可以直觀地看到，粘土礦物的空間分布特征，24-3構造韓江組和珠江組砂巖儲層中粘土礦物的產狀主要有:孔隙襯墊式、孔隙充填式及粘土橋式。（1）孔隙襯墊式

這種產狀是指粘土礦物在碎屑巖顆粒表面呈定向排列，組成連續(xù)的貼附于孔隙壁上的薄膜。在鏡下看，粘土礦物在顆粒表面排列具明顯的方向性，根據(jù)其排列方向與顆粒表面夾角的關系，可分為兩種：一種是其排列與顆粒表面近于平行另一種是垂直于顆粒表面向孔隙內生長，即櫛殼狀。

在24-3構造韓江組和珠江組砂巖儲層中，具有此類產狀的代表性粘土礦物為皺晶狀高嶺石（圖3）和絲縷狀伊利石（圖2-A）。在鏡下，可以觀察到高嶺石和伊利石主要覆于顆粒表面，在粒間孔隙邊緣形成孔隙襯邊（圖3）。但是由于沒有完全把孔隙充填，還保留了一定量的粒間孔隙。

圖3高嶺石、伊利石在粒間孔隙邊緣形成孔隙襯邊

（2）孔隙充填式

孔隙充填式是指粘土礦物以分散質點形式充填于孔隙之中。在鏡下可以觀察到粘土礦物往往以集合體形態(tài)充填于孔隙內，按其充填的程度可分為完全充填與不完全充填。在24-3構造韓江組和珠江組砂巖儲層中，具有此類產狀的較為常見的粘土礦物為高嶺石（圖4）。在24-3構造中，粘土礦物充填孔隙較為嚴重，對該區(qū)塊的儲層物性有一定的影響。（3）搭橋式

搭橋式產狀是指粘土礦物晶體自孔隙壁向孔隙空間內生長，并在孔隙內形成粘土橋。通過電鏡掃描可以看到，在24-3構造韓江和珠江組儲層中，粘土薄膜具有明顯的由孔隙邊緣向孔隙中央生長的特征，有的已形成網(wǎng)格狀或橋接型膠結（圖5）。

圖4 24-3油田中的粘土礦物充填孔隙

圖5粘土薄膜及形成的“粘土橋”

4、掃描電鏡在儲層研究中的應用

掃描電鏡在碎屑巖及碳酸鹽巖儲層研究中具非常廣泛的應用。掃描電鏡研究儲層結構，評價儲層質量。它可以對儲集巖的礦物成分、結構構造、孔隙類型及成因、膠結程度及次生變化作深入系統(tǒng)的研究，并對儲層優(yōu)劣提供評價，其應用主要包括如下幾個方面：

（1）研究分析儲層的膠結類型，膠結物種類及次生變化；

（2）研究儲層的孔隙結構，分析孔隙成因類型及成巖作用和膠結作用對孔隙度、滲透率變化的影響，預測孔隙演化方向；

（3）利用圖像分析軟件測量孔隙、喉道大小，綜合評價儲集性能；

（4）掃描電鏡在微孔隙、微裂隙發(fā)育的儲集巖研究中得到廣泛應用。微孔隙、微裂隙在油氣運移、聚集中起很大作用，微孔隙的發(fā)育與連通常形成良好的油氣儲集層，掃描電鏡微觀分析，可以非常直觀、有效地對微孔、微隙進行分析；

（5）掃描電鏡對儲層巖石鑄體的分析研究，運用掃描電鏡背散射電子成分圖像，可以決速、直觀地反映孔隙喉道分布情況，精確計算而孔隙，對酸溶孔隙鑄體的二次電子形貌圖像分析，可以綜合評價儲層質量；

（6）掃描電鏡分析在儲層巖石物理流動單元研究中的應用，同一巖石物理流動單元具有相對一致的（相似的）孔隙喉道分布及相似的性質，儲層巖石物理流動單元的研究在油藏描述及油田開發(fā)中具有重要的意義。運用掃描電鏡對儲層結構的分析，通過對巖石微觀分析結果的綜合，結合測井等資料，可以在宏觀上將儲層劃分為性質相對獨立的多個流動單元組合。

5、掃描電鏡在油氣層保護研究中的應用

保護油氣層是石油勘探開發(fā)過程中的重要技術措施，保護油氣層技術立足于預防為主，解堵為輔的原則。巖心分析是認識油氣層地質的基礎，油氣層敏感性評價、損害機理的研究、保護油氣層技術方案的設計都必須建立在巖心分析基礎上。而儲層巖石微觀特征分析又是油氣層保護研究的重點，因此掃描電鏡微區(qū)分析在油氣層保護研究之中具有非常重要的作用。

（1）利用掃描電鏡研究儲層巖石學特征，從微觀形態(tài)及微區(qū)成分上對儲層巖石進行巖石礦物成分及結構分析，膠結特征及充填作用分析，孔隙及喉道連通性分析等，并預測儲層敏感性；

（2）儲層敏感性掃描電鏡分析，通過酸、水、速、堿、鹽及溫度敏感性試驗，利用掃描電鏡分析儲層樣品敏感性試驗前后的變化，分析儲層樣品的粘上礦物的變化，膠結物及儲層格架的變化，孔隙及喉道的變化，確定儲層敏感性發(fā)生的類型和程度，并采取預防措施；

（3）在油氣田開發(fā)過程中，對儲層巖心樣品進行開發(fā)前后的微觀分析，可以判斷儲層損害程度，提出改進措施，提高產量。特別是注水、注氣開發(fā)中，運用掃描電鏡的分析，可以觀察到粘土礦物的膨脹，粘土礦物及其它微粒的遷移，水巖反應形成新礦物等各種現(xiàn)象，而使孔隙喉道變小或堵塞而造成儲層的損害，進而研究采用添加降粘劑，防膨脹劑及控制溫度、酸堿度等措施，而使儲層損害的程度降到最低。掃描電鏡在油氣層保護研究上具有重要作用，應用前景十分廣闊，能夠解釋油氣開采中遇到的諸如引起孔喉堵塞、滲透率降低等原因，進而提出油氣層保護措施，提高采收率，降低成本，增加產量。

6、小結

掃描電鏡可以直觀再現(xiàn)有機質富集的顯微組分、干酪根、煤及富含有機質的全巖樣品在地層條件下的動態(tài)生氣過程，對于評價不同地質樣品的產氣潛力提供了一種行之有效的新手段。另外，掃描電鏡在礦物巖石學、粘土礦物分析、儲層研究、油氣層保護等方面已經發(fā)揮了重要作用。掃描電鏡在反映物質微區(qū)信息方面具有分辨高、放大倍數(shù)大、景深大、立體感強、樣品制備簡單的優(yōu)點，因而廣泛應用于不同領域的研究，在地學微區(qū)信息提取方面有不可代替的優(yōu)勢。隨著掃描電鏡性能的提高，掃描電鏡高溫熱臺及微注入系統(tǒng)的使用，環(huán)境掃描電鏡出現(xiàn)，使掃描電鏡在油氣領域中的應用進一步擴大。

參考文獻：

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第五篇：基于相關投影分析的特征提取研究及在圖像識別中的應用

基于相關投影分析的特征提取研究及在圖像識別中的應用

摘 要：特征抽取是模式識別研究中的基本。就圖像識別而言，抽取有效的圖像特征在完成識別任務中十分重要。線性和非線性投影分析在特征抽取中是比較經典且應用范圍最廣的方法，且取得了成功，在線性和非線性投影分析中主要是處理模式中的特征，不適合大量的表示數(shù)據(jù)特征中的融合與抽取。

關鍵詞：圖像識別；特征提??；圖像識別

中圖分類號： TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）14-158-2

0 引言

主成分分析的基本思路是找出最優(yōu)的單位正交矢量集，在線性組合下重建原始樣本，重建后樣本和原樣本間會出現(xiàn)比較小的誤差。一般情況下會采用訓練樣本協(xié)方差矩陣方法作為開展基，選擇適合的若干最大非零特征的特征向量最終成為主成分或是主分量，模式樣本在主成分中的投影系數(shù)被稱為主成分特征。非線性投影分析

1.1 在流形基礎上的特征提取

復雜高維模式樣本可能會通過一組維數(shù)中出現(xiàn)嚴重低于樣本特征維數(shù)實現(xiàn)確定。就幾何學而言，上述屬性數(shù)據(jù)簡稱為流形。將流形假設當成基礎，利用流形中的基本性質，研究高維空間數(shù)據(jù)并簡化數(shù)據(jù)，降低維數(shù)，對復雜式的內在規(guī)律學習方法進行探尋叫作流形學習。更加嚴格的表述是：假設數(shù)據(jù)是均勻采樣在一個高維空間中的低維流形，求得對應的嵌入映射，目的是實現(xiàn)維數(shù)約減或者是對其可視化需求進行滿足。Seung等人在2000年站在的認知角度上對流形角度開展了討論，確定感知是在流形的方式下存在，并在實驗中證明了人腦的確存在穩(wěn)態(tài)流形，這就是在模式識別以及人類的感知中構架其連同橋梁，使得流形學習存在了較為堅實的理論基礎。主流行、譜分析以及變分法在本世紀初流形的學習研究中是三個熱點，具有代表性的方法是同構映射、局部線性嵌入和拉普拉斯本征映射等。通過以上方法會獲取較好的低維可視效果，針對映射非線性，如何得到測試樣本低維將會存在一定的困難，對此不適合對特征降維實現(xiàn)直接性的應用。

此時需要注意，若將流形的學習映射轉為限制線性投影，流形學習方法線性化方式，取得測試樣本低維表示形式會更加容易。在如此的初衷基礎上，He等人提出了局部的保持投影以及鄰域保持嵌入等，分別通過LE和LLE的線性化方法的基礎上，成功應用在人臉識別當中。

1.2 稀疏學習上特征中的提取

針對以上線性投影方法，學習投影向量在所有原始特征變量基礎上實現(xiàn)線性組和，做出特征和變量層方面的解釋含義較為困難，這是其不能說明什么變量在數(shù)據(jù)中的表示和分類中的十分關鍵作用的原因。實踐性利用線性投影抽取特征，不但會獲取最有效低維特征，還能更清楚了解什么樣的維數(shù)在壓縮中的作用更加關鍵，進而對未來的數(shù)據(jù)特征的采集當作指導和參考，同時也可以進一步加深人們對數(shù)據(jù)的更深層次的理解。一方面可以對關鍵特征進行少量的收集，降低工作難度及強度；此外還能對算法的時間以及空間效應進行提升。也就是在這一應用背景下，提取樣本稀疏特征，正確方式是模式的識別舞臺。[1]對系數(shù)特征進行提取，在一定基礎上引入L0和L1范數(shù)同時對其實現(xiàn)優(yōu)化，其中的一部分表征變量權重系數(shù)將0作為目的。0元素對應的變量在特征提取中未做到貢獻，因此，稀疏特征就提取本質上可看作特征選擇。相關投影分析

2.1 典型相關分析的基本理論和研究

典型相關分析屬于經典的多元統(tǒng)計方法，該方法的首次提出者是Hotelling，CCA在很多的領域中都被進行了應用，除了應用價值，在理論上也存在著較為深刻的意義，因而被研究學者所重視，多元回歸分析在某種意義上，可以判別分析等數(shù)據(jù)，被看作歸結典型分析的特例。

典型相關分析主要是研究兩組的隨機矢量數(shù)據(jù)相關性問題，具體來講，已經存在的兩個已被去掉的均值隨機矢量樣本X=[x1，x2，…，xn]∈Rp×N和Y=[y1，y2，…，yn]∈Rp×N，CCA的目的是要找出一對投影的方向w和u，對投影后的樣本特征進行滿足后，z1=wTX和z2=uT之間是存在最大相關性的。通常情況下，投影方可以在最大化準則下將得到函數(shù)：

2.2 偏最小二乘基本理論

偏最小二乘的回歸分析是在應用領域中對新型多元數(shù)據(jù)分析法來提取，該理論是Word等人在1983年提出的。近20年后，PLS通過方法、理論、應用取得了十分快速的發(fā)展。PLS模型的魯棒性使得其出現(xiàn)了回歸性的分析以及維數(shù)壓縮分類中的有力工具，在最近幾年被廣泛應用在了程序控制、圖像處理等領域內。

偏最小二乘的基本思想是對兩個去掉均值的隨機樣本X=[x1，x2，x3，…，xN]∈Rp×N和Y=[y1，y2，y3，…，yN]∈Rq×N，找出一對投影方向上w和u，對于投影后樣本特征z1=wTX與Z2=uTY相互的最大協(xié)方差系數(shù)。在投影的方向選擇中，可以在最優(yōu)化情況獲得最優(yōu)的目標函數(shù)：

JPLS（w，u）=Cov（z1，z2）=wTSxyu

上式中的約束條件為：wTw=uTu=1，Sxy表示的為兩組特征相互間的協(xié)方差矩陣。對函數(shù)極值準則進行優(yōu)化，轉為兩組特征矩陣下SxyTSxy和SxySxyT最大本征值同本征向量的求解相關問題。[3]

圖像識別中的應用

3.1 人臉識別

人臉識別是在計算機作為輔助手段下，對靜態(tài)人臉圖像以及動態(tài)序列圖像實現(xiàn)各種人臉圖像的匹配和分類。人臉識別技術可以被看做是模式識別研究中的重點研究內容，這是圖像處理、模式識別和計算機視覺較差影響的最為積極的研究方向。人臉識別中的關鍵性問題是如何在人臉圖像中抽取穩(wěn)定有效的個體特征，并且使其可以和其他個體之間進行區(qū)別。這一方式存在多種運用優(yōu)勢。

無侵犯性是人臉識別技術中最大的優(yōu)點，該技術可在不被識別察覺中實行，基本上不需要被識別者進行合作，更不會造成反感情緒，進而被廣泛的運用在安全監(jiān)控和嫌疑人認定等場景內。

較為自然，人臉識別方式和人類識別特征相互之間有著較高相似度。日常生活中人們相互間的身份識別最直接且對常用的手段就是人臉識別。因此對于其他的生物特征，該方式更易被人接受。

性價比高，在人臉識別中運用的硬件設備十分簡單，基本上只需要對普通攝像頭進行使用就可以，并且可以利用人臉識別的數(shù)據(jù)庫資源，這種情況下引起的系統(tǒng)成本往往比較低。

交互性強，就人臉識別來看，授權用戶交互和配合可有效提升系統(tǒng)可靠性與可用性，就虹膜和指紋等識別系統(tǒng)而言，一般的用戶識別并不會發(fā)揮正常的作用。

3.2 手寫字體識別

在獲得字符的特征表示之后，我們可以對投影分析實行二次特征抽取和分類，通過這一方式可以消除原始特征變量的相關性，隨后降低特征空間的維數(shù)，并且在識別的過程中可以在低維特征空間內實施，進而提升識別的速度。

3.3 圖像集的匹配和分類

匯總識別圖像的過程，就單復圖像的目標可能會遭遇各種問題引起的結果不穩(wěn)定情況，并且圖像會受到光照、視覺以及姿態(tài)和距離等多種因素的影響，進而出現(xiàn)鑒別信息不穩(wěn)定的情況，或是在出現(xiàn)突發(fā)事件后造成目標特征不顯著的問題。在現(xiàn)實的生活中總是會出現(xiàn)大量的圖像資源，并且多數(shù)場合是在視頻序列下通過多模態(tài)的形式而出現(xiàn)的，常見的有多方位以及全天候的視頻監(jiān)控，就相同的監(jiān)控以及考察對象而言，其中是會存在各種不同的視角以及多個成像方式的問題的。[4]傳統(tǒng)的識別方法是在多個圖像資源中選取比較高的成像質量，且目標十分明確的一張或者是多個圖片，實現(xiàn)分別判斷。小結

文章在投影特征的分析基礎上開展深入的研究與分析，同時對圖像識別在一般情況下的運用進行了詳細的介紹，希望可以為相關工作者和研究者提供一定的參考。

參 考 文 獻

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