基于叶绿素荧光光谱的生菜硝酸盐含量检测

为了寻求生菜叶片硝酸盐含量的快速无损检测方法,该文利用叶绿素荧光光谱分析技术对生菜(Lactuca sativa L.)叶片硝酸盐含量进行检测研究。对比及分析500~550、650~715和715~800 nm 3个波段的叶绿素荧光光谱特征参数与生菜叶片硝酸盐含量的关系,得出650~715 nm波段的叶绿素荧光光谱特征参数与生菜叶片硝酸盐含量之间线性关系显著,决定系数R2为0.816,标准误差为0.147,以此建立的回归模型能够很好地反映生菜叶片硝酸盐含量与叶绿素荧光光谱特征参数的关系;将同批进行试验的30个样本作为回归方程的校验集,进行模型验证,预测值与实测值之间决定系数R2为0.752,表明回归模型对生菜叶片硝酸盐含量有良好的预测效果。研究结果为生菜叶片硝酸盐含量的快速无损检测提供参考。     

激光诱导荧光水体叶绿素a浓度监测仪器研制

叶绿素a浓度是反映水质的重要参数之一，常作为水产养殖、渔场预测、环境保护等领域的重要评价指标。针对现有叶绿素a监测仪器实时性差、自动化程度低、环境干扰严重等问题，该研究以实时监测叶绿素a浓度为主要目标，提出了环境光校正算法和数据处理算法，设计了一种基于激光诱导荧光技术的水体叶绿素a浓度监测装置。该装置可向水体发射波长440 nm的激光，诱导激发叶绿素a产生中心波长680 nm的荧光，利用可见光传感器获取叶绿素a受激产生的680 nm荧光强度，即可实现对叶绿素a浓度的监测。以绿藻门小球藻和蓝藻门铜绿微囊藻为对象，利用680 nm荧光值和叶绿素a浓度的线性关系建立拟合模型，模型决定系数R²为0.99；基于统计分析法设计的数据处理可有效剔除误差数据，提高测量结果的稳定性；利用环境光校正算法可有效降低环境光对测量结果的干扰。在仪器稳定性试验中，通过测量激光模块的供电电流和光谱模块的440 nm通道光强值，4 min后两者的标准差系数均为0.001，皮尔逊相关系数为0.84，表明可通过控制电流强度控制激光输出。在性能验证试验中，2组不同光照强度和6组不同藻种的待测水样的平均测量误差在5.48%以内。研究结果可为水质监测领域提供设备支持。     

基于高光谱图像的黄瓜叶片叶绿素含量分布检测

植物叶片叶绿素含量及分布是植物营养信息表达的重要指标。为了给大棚黄瓜营养元素的控制提供理论依据,该研究利用高光谱图像建立简单实用的光谱值和叶绿素含量关系的模型,从而实时、无损地检测叶片的叶绿素分布。选取黄瓜叶片的高光谱图像数据块中450~850 nm波段作为研究波段。选取8个具有代表性的植被指数,建立特征波长λ下相应的光谱反射值Rλ与黄瓜叶片叶绿素含量之间的关系模型。结果显示,基于最优指数(R695–705)-1-(R750–800)-1的模型可以很好地预测黄瓜叶片叶绿素的含量,校正集和预测集相关系数r分别为0.8410和0.8286,最小均方根误差RMSE分别为0.2045和0.2190 mg/g。最后根据最优模型预测叶片上任意位置叶绿素的含量,并通过伪彩手段描述叶绿素含量的分布。研究结果表明,利用高光谱图像技术分析黄瓜叶片叶绿素含量及其在叶面上的分布是可行的。另外,该研究确定的最优植被指数所包含的695~705和750~800 nm 2个波段可用于搭建更加简便实用的快速检测叶片叶绿素的便携式多光谱设备。     

不同营养液浓度对温室黄瓜叶片光合特性的影响

为了探究不同电导率（electrical conductivity,EC）的营养液对温室黄瓜叶片光合特性的影响,该文于2009年10月至2010年7月在江苏大学Venlo型温室中进行试验,采用4种EC值的营养液浇灌黄瓜,对4种EC值条件下温室黄瓜叶片的光合速率、叶绿素荧光、叶绿素含量及产量进行了测定,并对EC对黄瓜叶片叶绿素仪读数、光合速率和最大电子传递速率的影响及其之间的关系进行了分析。研究结果表明,营养液的电导率值对温室黄瓜下部叶片的叶绿素仪读数值、最大光合速率、光能初始利用率和电子传递速率有较大的影响,中部叶、上部叶片的叶绿素仪读数值、最大光合速率、光能初始利用率、电子传递速率和产量在不同处理间无论是秋冬茬还是早春茬均表现为：营养液的电导率为2.5 dS/m和营养液的电导率为2.2 dS/m差异不显著,但显著大于营养液的电导率为1.5 dS/m和营养液的电导率为0.036 dS/m;构建了最大光合速率与叶片叶绿素仪读数值、光能初始利用率与叶片叶绿素仪读数值的关系模型;光合速率与电子传递速率之间呈幂指数函数关系。该研究为通过叶片光合速率进行营养液管理提供了理论依据。     

被动荧光探测水分胁迫对玉米叶片影响的初步研究

利用叶绿素荧光被动探测方法初步探讨了水分胁迫对玉米叶片生理机能的影响。水分胁迫梯度通过将离体叶片放在干燥器时间不同而获得。室内采用积分球耦合ASD光谱仪，结合加/不加滤光片照明的方法得到反射率差值光谱，即代表叶绿素荧光光谱。结果表明随着叶片含水率的降低，叶绿素荧光发射峰的位置几乎没有变化，峰高在686 nm处有先上升后逐渐降低的趋势，在740 nm处则缓慢下降。双峰比值Dif₆₈₆/Dif₇₄₀与叶片含水率呈负相关关系(R²=0.3850，n=21)，不同水分胁迫程度下利用调制式荧光仪测定的荧光参数Fv/Fm与740 nm荧光光谱峰值线性正相关，与双峰比值有负相关趋势。表明该被动方法可以探测水分胁迫引起的叶片光系统受胁状况，为田间被动遥感探测植物叶绿素荧光和生理状态提供参考。     

病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响

研究病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响,以期为利用光谱和叶绿素荧光技术监测棉花黄萎病提供新的技术和方法.通过田间黄篓病接种处理,诱导发病后测定病害棉叶理化参数,光谱及叶绿素荧光参数,并对三者进行分析.结果表明,随着病害严重度增加,棉叶叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、叶片含水率、叶片全氮质量分数均减少,类胡...     

叶绿素荧光成像技术下的柑橘黄龙病快速诊断

柑橘黄龙病被称为柑橘的"癌症",具有极强的传染性,造成柑橘产业巨大的经济损失。为探究病原菌对宿主光合作用进程中对光能吸收、分配和利用的影响,并实现柑橘黄龙病的快速诊断,该研究利用叶绿素荧光成像技术对感染黄龙病不同程度柑橘叶片的叶绿素荧光特性和相应淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量进行研究,分析了叶片的叶绿素荧光图像与淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量之间的关系,并构建了柑橘黄龙病快速诊断模型。结果表明,染病叶片中的淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖出现异常累积,糖代谢异常与病原菌的侵染有关;宿主的叶绿体光系统Ⅱ(Photosystem Ⅱ, PSⅡ)反应中心遭受破坏,导致最小荧光产量上升,PSⅡ的最大光量子效率下降及PSⅡ中有活性的光反应中心数量减少,染病叶片的光化学反应的能力降低,激发能被转换成不可调制荧光淬灭的比例上升;叶绿素荧光参数能够精确地反演出叶片的淀粉、蔗糖、葡萄糖和果糖含量,两者具有很强的相关性。利用叶绿素荧光参数构建的随机森林模型对柑橘黄龙病诊断的总体识别正确率为97.50%。采用叶绿素荧光成像技术能够实现柑橘黄龙病快速无损检测,可为柑橘黄龙病的早期预警提供新方法。     

外源NO对铜胁迫下番茄光合、生物发光特性及矿质元素吸收的影响

采用营养液培养,研究了外源一氧化氮（NO）供体硝普钠(Sodium nitroprusside, SNP)对50 μmol/L铜（Cu）胁迫下番茄叶片叶绿素含量、光合特性、生物发光强度和矿质营养元素的影响。结果表明,在Cu胁迫下,外施100 μmol/L SNP显著提高番茄叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量、叶绿素a/b比值、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和叶片中Cu、Ca、Fe、Zn、Mn以及根系中Cu、K、Fe、Zn的含量; 显著降低叶片超微弱发光强度、荧光强度、磷光强度、胞间CO2浓度(Ci)和根系中Ca的含量。然而,SNP对Cu胁迫下的缓解效应可被NO的清除剂血红蛋白所抑制。在Cu处理液中加入100 μmol/L NO-x（NO的分解产物）或100 μmol/L亚铁氰化钠（SNP的相似物或分解产物）,与Cu胁迫处理差异不显著。表明外源NO可以通过改善Cu胁迫下番茄叶片光合特性,降低超微弱发光、荧光、磷光强度,维持矿质营养元素平衡,缓解Cu胁迫对番茄的抑制作用。     

基于特征荧光信号的去囊衣带芯橘瓣分选

为实现去囊衣带芯橘瓣的机器视觉分选,给去囊衣带芯橘瓣的机器识别提供直接、准确的判别信号,采用荧光分光光度计对50颗去囊衣带芯橘瓣的橘芯和砂囊分别进行三维荧光光谱扫描,通过对橘芯、砂囊平均三维荧光光谱分析,确定了橘芯相对砂囊的特征荧光信号,据此对带芯橘瓣荧光图像识别的可行性进行了验证。检测发现,在370~390 nm紫外光激发下,橘芯和砂囊在440 nm处的荧光强度差异较大;橘芯与砂囊在370 nm紫外光激发下,440 nm处荧光强度分布的箱线图表明两者荧光强度分布存在明显差异,且以橘芯在440 nm处荧光强度的下四分位数(Q1)与砂囊在440 nm处荧光强度的上四分位数(Q3)的平均值作为分类标准,去囊衣带芯橘瓣检出准确率可达85%。对(370±2)nm激发下得到的单色(440±5)nm荧光图像进行二值化及形态学处理后,可在以砂囊为背景的橘瓣图形中显现橘芯亮斑。利用橘芯与砂囊的荧光特性差异进行机器视觉成像分析,可作为识别去囊衣带芯橘瓣的一种有效方法。     

铜胁迫对嫁接和自根黄瓜幼苗光合作用及营养元素吸收的影响

以"新泰密刺"黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗和"新泰密剌"自根苗为材料,采用日光温室水培的方法研究了铜胁迫下嫁接对黄瓜幼苗光合作用和营养元素吸收的影响.结果表明,铜(Cu2+)胁迫6 d后,嫁接和自根黄瓜幼苗叶片叶绿素含量和类胡萝卜素含量显著降低;净光合速率和气孔导度显著下降,胞闻CO2浓度随Cu2+离子浓度的增加而降低,但各浓度处理间差异并不显著;电解质渗漏率明显升高,细胞膜透性发生改变;根系和叶片中的营养元素(N、K、Ca、Mg)含量明显降低.嫁接黄瓜幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量、净光合速率、营养元素含量显著高于自根黄瓜,电解质渗漏率显著低于自根黄瓜.嫁接黄瓜幼苗叶片中Cu2+含量显著低于自根黄瓜,表明嫁接能够明显减少Cu2+向叶片的运输,缓解Cu2+毒害作用.     

基于光谱特征参数的温室番茄叶片叶绿素含量预测

为了快速、准确估测温室番茄叶片叶绿素含量,提升作物精细管理水平,利用光谱分析技术研究了温室番茄不同生长阶段叶绿素含量和响应光谱的相关性,在幼苗营养生长阶段叶片叶绿素含量呈增长趋势,到移植50天前后达到最大值,在此期间反射光谱的红边会向红外方向（长波）偏移,同时绿峰向蓝光（短波）方向偏移,绿峰幅值减小。从结果期开始叶绿素含量呈下降趋势,而红边、绿峰及绿峰幅值向相反方向变化。为了定量分析叶绿素含量和叶片反射光谱间的关系,从自定义的68个光谱特征参数中提取了7个能反映叶绿素含量变化的最优参量,并使用逐步回归、岭回归、主成分分量回归和偏最小二乘回归消除了最优参量的多重共线性,建立了叶绿素含量预测模型,其中岭回归模型精度最佳,均方根误差（RMSE）为0.406,决定系数(R2)为0.839。     

微分光谱遥感及其在水稻农学参数测定上的应用研究

通过不同氮素营养水平的水稻田间试验,解析了水稻冠层微分光谱对消除背景(湿土、水面)信息的影响,证实微分光谱在消除背景信息的影响方面起到了很好的作用。用微分光谱确定出最优的波段宽度应小于10nm;将微分光谱应用于农学参数测定,存在红边位移现象,在孕穗期之前,红边随施氮量增加向长波方向移动“红移”;孕穗期之后“红移”现象基本消失,而发生“蓝移”。红边参数(红边、红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值、红边峰值面积)与上层叶片的叶绿素含量、LAI有着密切的关系,而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素之间相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简捷方法。从而证实了利用微分光谱测定一些农学参数的可行性     

Partial Least Square Regression Method for the Detection of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Soil Environment Using Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are currently of great concern due to their potential carcinogenicity. The standard methods of identification and quantification of PAHs are costly and time–consuming. Laser–induced fluorescence (LIF) spectroscopy can overcome these limitations and make it possible to simultaneously identify and quantify several PAHs without the aid of chemical pre-processing steps. LIF system and multivariate chemometric analysis, especially the partial least square (PLS) regression method, have been employed to investigate the potential correlations between LIF data and soil properties, especially their physical composition and moisture content, and confirm the capability for the detection of PAHs in soils, using the soil samples artificially comprised of sand and silt/clay. Phenanthrene and pyrene were selected as representative PAHs. The diffuse reflectance has also been recorded to investigate the capability to normalize the LIF data. Data analysis, through a multivariate chemometric analysis, showed significant statistical correlations between the LIF intensity and the PAH concentrations in soil samples. The LIF intensity has been shown to depend on the sample properties, with the diffuse reflectance at 532 nm also depending on these factors. It has been demonstrated that the errors induced by the physical composition could be reduced by dividing the LIF intensity by the diffuse reflectance at 532 nm. The LIF concentration data were compared with those measured by high performance liquid chromatography (HPLC), with values of correlation coefficient (R) of 0.96 and 0.90 for phenanthrene and pyrene, respectively. The results obtained through a data analysis algorithm, based on the linear mixture model and the normalization by diffuse reflectance, demonstrated that the PAHs in artificial soil samples could be discriminated and quantified by LIF spectroscopy.     

用于污染黄曲霉毒素花生分选的荧光信号研究

为在加工前将黄曲霉毒素超限的带衣花生米从原料中剔除,参照已有的色选系统,提出一种依据黄曲霉毒素含量超限带衣花生米的专属荧光信号进行逐粒分选的技术构想。采用Cary Eclipse荧光分光光度计测定100粒外观具有代表性的带衣花生米表面的紫外-荧光规律,通过与免疫亲和层析净化荧光光度法(GB/T18979-2003)检测结果对比,判定了黄曲霉毒素超限带衣花生米的荧光光谱特征;通过绘制450/490、460/490荧光强度比值的箱线图,评估了表面荧光法判断黄曲霉毒素超限带衣花生米的准确率;在搭建的荧光成像系统上,对黄曲霉毒素超限带衣花生米进行了荧光成像。检测发现,在365 nm波长激发下,黄曲霉毒素超限带衣花生米在420~460 nm处有荧光峰;以450/490荧光强度比值为依据剔除超限值带衣花生米的判断准确率为81%;a.u.40的带衣花生米可在图像中呈现亮蓝荧光光斑。表明表面荧光信号可作为带衣花生米在线、无损、逐粒分选的专属光学信号,用于黄曲霉毒素超限带衣花生米的剔除。     

水稻生物化学参数与高光谱遥感特征参数的相关分析

通过不同氮素营养水平的水稻田间试验，研究稻叶生物化学成份(叶绿素、类胡萝卜素、蛋白质、纤维素、淀粉含量) 与水稻冠层高光谱遥感特征参数之间的关系，结果表明，随着叶位的下移，叶片叶绿素含量与光谱特征变量之间的相关性明显减弱，绿峰反射率、红谷反射率、红边波长、蓝边面积和“三边”面积构成的植被指数等变量与上叶叶绿素含量、类胡萝卜素、纤维素、叶鞘淀粉含量之间有较好的相关性，而蛋白质含量与各种变量的相关系数均非常低。兰边面积、兰边面积和红边面积构成的植被植数与上叶叶绿素含量之间，红边面积 、绿反射峰与红反射峰构成的植被指数与叶鞘淀粉含量之间的相关系数都达到了0.01极显著检验水平，因此，可利用这些变量建立上叶叶绿素a、纤维素和叶鞘淀粉含量的估测模型。     

近红外反射土壤含水率测量仪设计

水资源是制约中国农业生产最重要的因素之一,土壤含水率的检测对农业生产实践具有至关重要的指导意义。该文根据土壤水分对不同光谱的吸收和反射特性,以发光二极管作为测量仪器光源,中心波长为1 940 nm的光为测量光,1 800 nm为参考光设计了专用的测量电路和相应的软件程序来测量土壤含水率。系统光源发出的光照射到土壤表面,经反射后光电转换器,再送至放大电路、模数转换器、显示和存储。试验表明:土壤含水率与相对吸收深度之间存在正比例关系,线性回归的确定系数为0.86。为了证明测量仪器的测量进度,将实际土壤含水率与仪器的测量结果进行比较修正,结果表明:烘干法与本仪器测量的土壤含水率的结果的均方根误差均为3.9%。因此,本次设计的测量仪器可满足对土壤含水率的测量要求,研究结果在指导农业生产,水资源合理利用,精细灌溉的实时监测中具有良好的应用前景。     

Wavelength dependence of light-induced lipid oxidation and naturally occurring photosensitizers in cheese

Degradation of the potential photosensitizers, riboflavin, chlorophyll, and porphyrin, in Danbo cheese by monochromatic light of wavelength 366, 436, or 546 nm was studied. Three cheeses were investigated, two conventional (16% fat and 25% fat) and one "organic" (25% fat). The effect of illumination was measured by fluorescence spectroscopy and analyzed using multiway and multivariate data analysis. Riboflavin was found to degrade only by 436 nm light, whereas chlorophylls and porphyrins also were influenced by 436 and 546 nm light. The organic cheese had the largest chlorophyll content both before and after similar light exposure, and no change in chlorophyll of this cheese was observed for any of the illumination wavelengths. Upon light exposure of the cheeses, volatile compounds were formed, as analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The relative concentrations of methyl butanoate, 1-pentanol, benzaldehyde, 2-butanone, 2-heptanone, and butyl acetate were found to weakly correlate with the surface fluorescence intensity. 1-Pentanol and the ketones are secondary lipid oxidation products, consistent with a chemical coupling between photosensitizer degradation and formation of volatile lipid oxidation products.