益生菌是一类对人体有益的细菌,服用含有益生菌的食品,可以帮助人体维持肠道菌丛的平衡,保持人体的健康。益生菌的应用,取得了很好的医疗和保健效果,帮助人们获得了经济和社会效益,促进了人类自身健康的发展。为了更好地应用益生菌造福人类,需要从多方面研究益生菌。国外已有关于细菌荧光光谱的报道,多集中在低浓度溶液下的荧光光谱,并结合主成分分析方法对不同菌种的光谱进行分类识别。国内尚未开展有关益生菌荧光光谱的研究,本文将荧光分析技术与导数光谱、偏振光谱、小波分析、神经网络等方法结合,研究益生菌的荧光光谱,填补了这一部分的空白。将荧光分析法用于益生菌的研究,从一个新的角度研究益生菌的特性,揭示益生菌的特征,为益生菌的研究提供更多的参考价值。本学位论文分别研究了植物乳杆菌、嗜热链球菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和变异链球菌的荧光光谱,其中运用二维荧光光谱和三维荧光光谱技术对植物乳杆菌溶液的荧光进行表征,并定量检测了不同浓度植物乳杆菌溶液的荧光峰值强度,同时运用荧光偏振技术对植物乳杆菌进行了研究;对比分析了干酪乳杆菌和嗜热链球菌的荧光发射光谱以及二阶导数荧光光谱特征,给出了两者之间的差异;结合径向基函数神经网络算法对嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和变异链球菌的光谱进行了识别。本文所做的研究为在益生菌领域中运用荧光分析技术定性、定量的研究提供了参考。最后对光镊在益生菌荧光光谱中的应用作了介绍。鉴于目前实验条件限制,此部分实验将在下一步工作中实现。通过对植物乳杆菌的吸收和荧光光谱特性进行分析、研究发现:植物乳杆菌对紫外波段的光有明显的吸收,峰值位于215nm,在280nm附近有一个对吸收光谱产生扰动的肩峰。通过对植物乳杆菌的荧光光谱检测,发现该菌种在吸收紫外光后发射荧光。在300nm—650nm波段范围内,植物乳杆菌菌液的荧光光谱有四个峰值,分别位于338nm,387nm,465nm,538nm附近,这四个峰值分别对应细胞中主要荧光物质的荧光峰值,提供了细胞内部的相关信息。对荧光强度和菌液浓度关系的进一步研究,给出了峰值强度随浓度变化的规律,并根据其变化规律进行数据拟合,给出相应的函数表达式。此外我们还对植物乳杆菌溶液的激发光谱以及300nm-430nm波段的静态偏振光谱作了研究,实验结果显示前两个峰值的偏振度分别为0.4485和0.0921,第一个峰值体现了一定的偏振性,但是第二个峰值的偏振度很低,文中运用不同荧光团中能量转移机制作了分析,解释第二个峰值的偏振度小的原因。通过对干酪乳杆菌和嗜热链球菌荧光光谱以及导数光谱的研究发现:两种菌的荧光光谱相似,从光谱上很难直接进行区分。导数光谱能够减少干扰,增强特征光谱精细结构的分辨能力,区分光谱的细微变化,使得两种菌荧光光谱间的区别明显。实验结果显示了在285nm以及340nm波长的光激发下,两种菌的导数光谱有明显差异。可以用来区分这两种益生菌。采用小波变换和径向基函数神经网络方法对实验数据进行处理,进行三种菌的识别。小波变换对数据压缩,既减少了数据量,保持了光谱的峰值特征,又节约了神经网络的处理时间。应用神经网络方法对压缩后的数据处理,进行光谱的预测和识别,可以实现计算机化和自动化,数据处理的结果显示此方法对益生菌的识别准确。最后对光镊的原理和应用作了介绍,简述了光镊技术在益生菌单细胞研究中的应用,并用光镊捕获嗜酸乳杆菌的细胞,实现细胞的捕获和移动。此外我们还对光镊在单细胞荧光中的应用作了展望,将光镊与荧光分析法结合,可以固定细胞,减少细胞运动对实验的影响,而且光镊产生的力不会伤害细胞,能够在自然的状态下研究单个细胞,从而得到单个生命个体的组成和细胞内部生化变化的信息。本论文的研究丰富了荧光光谱技术的应用领域,并结合三维技术、偏振技术、导数荧光、小波分析、径向基函数神经网络算法等技术,使得荧光分析技术在益生菌研究领域中有了方法上的改进和提高,为进一步对益生菌的研究,提供了依据;为荧光光谱技术益生菌研究领域的广泛应用提供了有意义的参考。