夏季遮荫改善大田牡丹叶片光合功能的研究

利用气体交换和叶绿素荧光分析技术,研究大田牡丹叶片在自然光照和夏季遮荫处理下光合作用日变化.结果表明:自然光下夏季牡丹叶片的净光合速率(Pn)明显低于春季,2个生长季节Pn日变化差异明显,即春季的Pn日变化呈"单峰型"曲线,夏季的Pn日变化为"双峰型"曲线,有明显的光合"午休";羧化效率(CE)变化趋势与Pn相似;表观量子效率(AQY)中午降低,下午逐渐回升;光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率Fv/Fm和最大荧光Fm日变化为倒"单峰型"曲线,中午明显降低;与夏季自然光下相比,夏季遮荫处理(遮光50%)的牡丹叶片Pn、AQY、CE升高;气孔限制值(Ls)和叶温(t1)降低;Fv/Fm和Fm中午下降幅度显著减小.这些结果说明:夏季晴天中午高温、强光下,牡丹叶片PSⅡ反应中心发生了可逆失活,PSⅡ功能下调,光合作用的光抑制明显发生,遮荫可减轻光抑制,改善光合功能以增加光合产物积累.     

Simultaneous measurements of quantum yield and CO2 uptake for the assessment of non-assimilative electron flow in tree leaves

Using attached and detached leaves ofAcer palmatum Thunb. andRhaphiolepsis umbellata Makino, pulse-modulated chlorophyll fluorescence and CO₂ exchange were measured. Quantum yield of photosynthesis was determined from the fluorescence parameter(Fm′−Fs)/Fm′, where (Fm′−Fs) was defined as the difference between steady state chlorophyll fluorescence (Fs) and maximum fluorescence (Fm′) elicited by a saturating light pulse. The rate of electron transport through photosystem II (total electron flow) was calculated from the product of quantum yield andA (PFD), whereA is the rate of absorbed photons as given by leaf absorptance, and PFD is the photon flux density at the leaf surface. The rate of electron transport dependant on CO₂ uptake (assimilative electron flow) was calculated from the gross photosynthetic rate in a leaf. The difference between the rates of total and assimilative electron transport was denoted as the rate of non-assimilative electron transport which depends on photorespiration and oxygen reduction. Available data provided quantitative information on the rate of non-assimilative electron flow in intact leaves. When leaf photosynthesis ofA. palmatum was measured under sunlight, the rates of total and assimilative electron transport were determined to be approximately 900 and 150 μmol equiv. e/mg Chl·h, respectively. The difference (750 μmol equiv. e/mg Chl·h) was attributed to the activity of non-assimilative electron flow. The ratio of total to assimilative electron flow was found to increase gradually with rising in irradiance. The results suggest that non-assimilative electron flow occurred at much higher rate than assimilative electron flow at high irradiance. Implications of the results are briefly discussed in relation to photosynthesis limitation in tree leaves.     

Effects of pre- and post-planting shading on growth of container Norway spruce seedlings

Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) is shade-tolerant and sensitive to high irradiance, summer frosts and winter desiccation, which can impair its reforestation success. In this study, artificial pre- and post-planting shading was examined to determine their effects on post-planting shoot and root growth as well as the vigor of one- and two-year-old Norway spruce seedlings. Three planting experiments were carried out on open nursery fields (Exp. 1, 2) and on a mounded forest clearcut in central Finland (Exp. 3). Before planting, the seedlings were stored over winter either in a freezer or on open fields under snow cover. For two weeks prior to planting, half of the seedlings were placed in the open and the other half under a horizontal shade netting (light transmittance 56 %) (Exp. 1, 2). All seedlings were planted with or without a vertical post-planting shade, which was located on the southern side. Post-planting shading enhanced shoot growth and reduced damage (better visual vigor and needle color and less pine-weevil damage) on Norway spruce seedlings for at least two years after planting (Exp. 2, 3). Those seedlings, that had been stored over winter in the open and kept in shade prior to planting seemed to benefit most from post-planting shading (Exp. 2). However, post-planting shading may give variable results, depending on the seedling quality and weather conditions after planting, and may even reduce shoot growth if no pre-planting shading is used (Exp. 1). Shoot growth may also be improved at the expense of root growth (Exp. 3). The costs of manufacturing and installing post-planting shades may limit their use in practice, for example, to selected regeneration sites where there is high risk of frost damage but where no alternative silvicultural procedure (shelterwood or nurse crop) has been used.     

新型漆酚铁树脂修饰的固体传感器的制备及应用

研究了一种用漆酚铁树脂进行化学修饰的固体传感器的制备方法,并初步探讨了其提高金属离子测定灵敏度的机理。在HOAc+NaOAc和KNO3混合介质中,该传感器测定铜离子的线性范围为4×10-9mol/L至2.5×10-7mol/L之间,富集20min后铜离子的检出限为8×10-11mol/L。用于实际水样的测定,平均回收率可达99.10%,结果满意。     

遮荫处理对铁尾矿基质臭柏实生苗快速叶绿素荧光特性的影响

【目的】通过比较分析铁尾矿基质下不同遮荫处理间臭柏实生苗叶片原初光化学反应的差异,揭示臭柏在不同光照条件下的光保护机制,从理论上解释其天然更新过程,为臭柏光胁迫的研究提供理论依据,也为臭柏在铁尾矿废弃地造林提供技术依据。【方法】以唐山迁安铁尾矿为基质,通过盆栽遮荫试验,利用快速叶绿荧光诱导动力学测定与 JIP-test数据分析方法,分别测定0,25%,50%,75%和90%5个遮荫处理下臭柏叶绿素8项荧光参数。【结果】1)全光照条件下Fo 增大,Fm 减小,而叶片光合系统量子产额和能量分配比率(φPo,Ψo和φEo)、单位面积光合机构的比活性参数(Fm,ETo/CSm和 TRo/CSm)和单位面积内反应中心的数量(RC/CSm)均最小,且各个遮荫处理组间差异均达到显著(P＜0.05)或极显著水平(P＜0.01),表明全光照条件下臭柏实生苗反应中心失活,受到光抑制,而全光照下快速叶绿素荧光诱导动力学曲线中 K 点与 J 点明显高于其他遮荫处理,而且光抑制对臭柏叶片PSⅡ的供体侧(OEC)有伤害,造成PSⅡ受体侧(Q －A )的大量积累,阻碍电子传递链向Q －A 下游传递。2)全光照条件下叶片热耗散的量子比率(φDo )和单位面积光合机构的比活性参数( DIo/CSm )均最大,且与其他遮荫处理组间差异也均达到显著(P＜0.05)或极显著水平(P＜0.01),表明全光照条件下臭柏在遭受光抑制后,通过增加天线色素的热耗散,增加非辐射能量耗散等一系列机制来保护光合机构免受过量光能的危害。3)随着遮荫率增加,φPo ,Ψo和φEo,Fm(ABS/CSm),ETo/CSm和TRo/CSm,RC/CSm随之上升,而φDo和Fo(ABS/CSo),DIo/CSm随之下降,90%遮荫处理表现出明显的光捕捉特征,50%遮荫处理 Fm ,PIABS的平均值最大,说明该遮荫条件下臭柏叶片光抑制最小,光合能力最强,其他参数在不同遮荫处理组间无明显差异( P＜0.05)。【结论】臭柏幼苗若无遮荫措施,受到光胁迫,而其通过增加非辐射能量耗散途径达到光抑制防御的机制。因此臭柏天然更新从乌柳灌丛下开始,逐渐脱离乌柳灌丛的保护,完全暴露在全光照条件下,进而实现自身的不断生长、壮大,但在废弃地上植苗造林初期尚需采取一定的遮荫措施,以提高造林成活率。     

荒漠植物白刺对模拟增雨的光合响应机制

【目的】研究不同增雨条件下白刺叶片的光合作用和叶绿素荧光特性,从光合生理角度探讨白刺对增雨的响应机制。【方法】以乌兰布和沙漠东缘地区典型荒漠植物白刺为研究对象,设置不同的增雨梯度(增加年均降水量的0,25%,50%,75%和100%),对自然生长的白刺沙包进行人工模拟增雨,利用 Li－6400xt便携式光合测定系统分析仪(USA,LI-COR)测定不同增雨条件下白刺叶片净光合速率(Pn)日动态变化、光响应曲线、CO2响应曲线以及叶绿素荧光参数,并根据 Pn 日变化曲线和响应曲线计算叶片日光合总量(∑Pn )以及各光合生理参数。【结果】1)75%和100%增雨对日均 Pn 和∑Pn 影响显著,日均 Pn 比 CK分别高32.74%和37.64%,∑Pn 比 CK 分别高32.01%和38.43%,说明增雨使白刺光合能力增强,日光合产物的积累增加。2)增雨使白刺表观量子效率( AQY)和光饱和点( LSP)升高,25%,50%,75%和100%增雨的 AQY 比 CK 分别高17.24%,31.03%,37.93%和24.14%,LSP比 CK分别高14.6%,6.0%,3.0%,26.1%,说明白刺叶片利用弱光的能力增强,对强光的利用范围增加,光能转化效率提高,有利于光合作用的高效进行。3)随着增雨量的增加,羧化效率(CE)呈现出逐渐增加的趋势,其中,100%增雨的 CE比 CK高5.73%;增雨使 CO2饱和点( CSP)升高,50%,75%和100%增雨的 CSP 显著高于 CK,分别比 CK高23.67%,28.35%和29.13%,说明白刺叶片 RuBP羧化酶和光合碳循环酶的活性增强,对高CO2浓度的利用范围增加。4)增雨使白刺叶片的原初光化学量子效率( Fv/Fm )、实际光化学量子效率(ФPSⅡ)、电子传递速率( ETR)和光化学猝灭系数( qP )提高,说明增雨有利于白刺叶片PSⅡ反应中心活性增强、开放比例提高,有利于叶片把所捕获的光能转化为生物化学能,并将更多的光能用于推动光合电子传递。【结论】白刺能够调节光合机构的功能、改变自身生理特性、增强对环境资源的利用能力来适应增雨的变化。     

花生油中黄曲霉毒素B1含量的荧光光谱表征

花生油在生产过程中极易受到黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1, AFB1)的污染。针对AFB1的传统检测方法操作繁琐、时效性差等问题,利用荧光光谱技术快速检测花生油中AFB1含量。首先通过三维荧光光谱确定最佳激发波长,使用K-means和自组织映射(Self organizing map, SOM)聚类算法对花生油中AFB1含量进行超标与否的定性鉴别,准确率均达95%以上;其次使用2种预处理算法和2种降维算法,选出竞争自适应重加权采样(Competitive adaptive reweighted sampling, CARS)为最佳的波长选择方法;随后将回声状态网络(Echo state network, ESN)用于AFB1的定量建模,同时与其他模型作比较,结果显示CARS-ESN模型获得了最佳AFB1含量预测效果;最后将麻雀搜索算法(Sparrow search algorithm, SSA)用于对ESN参数进行寻优,最终预测集决定系数达0.984,均方根误差达2.13μg/kg。结果表明了荧光光谱技术结合ESN预测花生油中AFB1含量的可行性,为在线检测食用油中真菌毒素含...     

基于视触觉与深度学习的猕猴桃无损硬度检测方法

硬度是确定猕猴桃成熟度的重要指标之一,对其贮藏周期与销售节点均具有重要指导意义。针对现阶段缺乏使用简易、成本低且精度高的猕猴桃无损硬度检测方法的问题,提出了一种基于视触觉与深度学习的猕猴桃硬度检测方法,通过分析柔性触觉传感层与猕猴桃接触时的形变,获取猕猴桃的动态触觉信息,并据此推断其硬度。以树莓派开发板为机电控制平台,制作了猕猴桃视触觉序列图像采集装置,并对装置按压猕猴桃间隔3h后接触面果肉与非接触面果肉的CIELAB颜色分量平均数进行差异显著性检验,随后采集了猕猴桃视触觉序列图像数据集600组,分别搭建了CNN网络、CNN-LSTM迁移学习网络、CNN-LSTM联合学习网络对视触觉序列图像进行分析及硬度预测。研究结果表明,接触面果肉与非接触面果肉颜色L*、a*、b*三通道分量下平均值无显著差异;深度学习模型LSTM引入长时和短时信息可以动态关联CNN提取的单帧图像特征,从而有效推断猕猴桃硬度,其中CNN-LSTM联合学习模型预测效果最优,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数R2分别为 1.611N、1.360N、0.856,优于现阶段光谱技术检测猕猴桃硬度的结果,随后将模型嵌入树莓派中制作了猕猴桃硬度自动检测装置,可实现短时间内猕猴桃硬度的较为准确检测。因此,结合视触觉传感方法与联合学习模型可以实现对单个猕猴桃硬度的准确无损测量。     

基于EDEM小麦收获机清选损失监测试验装置设计

针对小麦损失监测传感器结构复杂、成本较高的问题,对收获机清选排杂口不同物料运动特性进行研究,揭示小麦与秸秆撞击敏感板的作用规律,从清选抛出物冲击敏感板的力学特性出发,设计一种小麦收获机清选损失监测试验装置。通过离散元分析软件EDEM分析小麦籽粒、50 mm秸秆、100 mm秸秆撞击敏感板产生的作用力,分析接触力变化曲线,证明可通过判断物料撞击敏感板产生的信号进行损失监测。为增强信号采集准确率,采用两片压电传感器串联的方式,增大损失信号。设计损失监测试验台机械结构及控制系统,使监测装置模拟收获机清选排杂过程且可以实时监测信号,有效提高监测效率。最后,通过不同高度物料运动损失监测试验,得出300 mm高度下传感器识别较为精准,对小麦籽粒的识别率达到98.4%,整体监测误差小于5%,损失监测试验装置能够达到设计目的和要求。     

基于GC-MS和电子鼻的面粉中粮虫快速检测方法

储粮害虫会降低粮食及其产品的重量、品质和营养健康指数,并且我国粮虫检测方式仍然以人工检测为主。为满足储粮害虫快速检测的需求,采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）获得了赤拟谷盗（Tribolium castaneum（Herbst））的主要特定挥发性有机化合物（VOCs）,根据这些化合物的性质筛选出多个金属氧化物气敏传感器,并以传感器阵列为核心开发了储粮害虫电子鼻检测装置。该装置采集了赤拟谷盗、被赤拟谷盗侵染的面粉、被长头谷盗（Latheticus oryzae Waterhouse）侵染的面粉3种实验对象的气味信息,提取每条响应曲线的相对变化值和相对积分值作为原始特征矩阵（10×2）,使用主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归算法（PLSR）对原始特征矩阵进行分析,并通过建立回归预测模型,实现了对面粉中赤拟谷盗和长头谷盗虫口密度的预测。优化后的传感器数量由10个减少至8个,赤拟谷盗样品的两个主成分累计的贡献率为79.4%。基于PLSR的预测模型对面粉中赤拟谷盗的数量有很好的预测效果（校正集：相关系数r=0.88,均方根误差为8.09;验证集：r=0.89,均方根误差为7.75）;该预测模型对面粉中长头谷盗的数量也有很好的预测效果（校正集：r=0.94,均方根误差为5.85;验证集：r=0.94,均方根误差为6.08）。研究结果表明：该装置能够满足判别储粮中不同虫口密度样本的基本需要,并且具有可靠的稳定性。