玉米叶绿素含量的高光谱估算模型研究

随着高光谱遥感技术的发展,用高光谱技术监测植被生物物理、生物化学指标和农学参数的文献大量出现.早在1983年Horler等人[1]就建议用高光谱分辨率的遥感数据来估算植被的叶绿素浓度.国外利用野外或空载高光谱传感器进行植被的叶绿素研究已有十几年的历史,在这期间,许多学者试图从遥感的角度来探测植物叶片叶绿素的含量, 基于大量实验数据在模型建立与敏感波段的选取方面取得了一系列成果[2,3], 在研究的过程中开发了许多对叶绿素敏感的高光谱植被指数[4,5].     

盐胁迫下诱抗剂对水稻P450基因差异表达的分析

以盐胁迫为对照,诱抗剂处理水稻R6幼苗根系后,采用Oligo芯片技术筛选和分析了P450基因的差异表达;进一步以H2O和盐胁迫为对照,诱抗剂处理水稻R6幼苗根系后,利用半定量RT-PCR检测P450基因的差异表达,结果表明,P450基因OsHI-1在盐胁迫下特异表达,在诱抗剂HI的作用下增强表达。     

一个水稻P450基因的cDNA扩增多态性分析

在盐胁迫下,经不同药物处理的水稻R6幼苗,提取RNA并反转录为cDNA后,对水稻P450基因cDNA序列扩增多态性进行分析.结果表明,不同药物处理的水稻R6幼苗形态特征明显;药物环孢素(CsA)处理的水稻细胞色素P450基因CYP709(NM-001066006)缺失430 bp条带,可能是NM-001066006基因与NM-001066009基因的外显子选择性剪接所致,从而表现出功能基因扩增多态性.     

基于光谱指数和偏最小二乘的棉花类胡萝卜素/叶绿素a比值估算

类胡萝卜素(Car)与叶绿素a含量比值(Car/Chla)的变化与植被生长发育变化、环境胁迫及叶片衰老特征等密切相关,可作为植被生理生态及物候的监测指标。不同植被类型和植被品种其色素变化随植被生长发育呈现出不同的变化特征。为了探究适用于干旱区棉花Car/Chla比值估算的光谱指数和估算方法,本研究通过2011年和2012年连续2年的大面积田间试验,获取了棉花不同生育期的叶片及冠层尺度光谱反射率及色素含量信息,对多种光谱指数及偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression, PLSR)用于Car/Chla比值和Car估算进行了探讨。对比表明,基于光化学指数(PhotochemicalReflectanceIndex,PRI)的线性和一元二次模型对Car/Chla比值和Car的估算精度最高,由PRI-Car/Chla线性模型得到的叶片和冠层尺度的Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R2大于0.6, PRI-Car的R2大于0.36;基于PLSR模型得到的Car/Chla比值估算值与实测值之间的拟合关系略优于基于PRI的估算模型,由其得到的叶片及冠层尺度Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R2大于0.80,Car估算值与实测值之间R2大于0.73;不论基于PRI还是基于PLSR方法,对Car/Chla比值的估算精度均高于Car含量,该结论进一步证实了Car/Chla比值遥感监测的可行性,丰富了对棉花生长高温胁迫、养分胁迫等环境胁迫及病虫害等遥感监测的依据指标。     

番茄幼苗叶绿素荧光参数对水分胁迫的响应

以5叶1心期番茄品种‘辽园多丽’为试材,研究番茄幼苗叶绿素荧光特性、叶绿素含量以及叶片相对含水量对水分胁迫的生理响应。结果表明,水分胁迫导致叶绿素荧光参数Fv/Fm、qL、ETR下降,NPQ上升;在轻度水分胁迫下,叶绿素荧光各参数值均有突跃现象。在整个水分胁迫过程中番茄幼苗叶片相对含水量及叶绿素含量均呈下降趋势。NPQ与基质含水量的变化密切相关,相关系数为-0.83,表明荧光参数NPQ可以作为指导灌溉的一个指标。当NPQ为2.0975时,基质含水量降到31.2%,番茄幼苗生长受到水分胁迫的影响,应及时灌溉。     

干旱胁迫对两种药用植物光合特性的影响

以2年生白及(Bletilla striata)和华重楼(Paris polyphylla Smith var. chinensis Hara)为试验材料,研究自然干旱胁迫对其光合特性及叶绿素荧光参数的影响,以期为其产业化推广和应用提供理论依据。结果表明：随着干旱程度加剧,两种植物表观量子效率(AQY)、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)及光合性能指数(PIABS)呈下降趋势,中度干旱时华重楼光合能力明显降低;两种植物叶绿素含量、荧光量子产额参数ψO、φEO均呈下降趋势,中度干旱时OJIP曲线明显形变,K、J点升高,P点降低,表明干旱胁迫破坏电子传递链途径及放氧复合体;天线热耗散(D)随干旱程度加剧先升后降,白及、华重楼D值分别在轻度、中度干旱时达到峰值,过剩激发能(E)趋势相反,两种植物均通过增加天线热耗散来释放过剩光能。所有测量参数中,PIABS对干旱胁迫的加剧最为敏感,可用于评判干旱胁迫下植株受害程度。综上,中度、重度干旱胁迫会对白及和华重楼的光合系统造成破坏,导致光合性能下降,白及的抗旱能力强于华重楼,生产中在轻中度干旱应及时进行补水。     

应用数字图像技术对不同株型夏玉米进行高温胁迫诊断

以受高温胁迫程度不同的夏玉米为研究对象,利用数码相机获取玉米吐丝-授粉期冠层的数字图像,同时利用叶绿素荧光仪探测植株受胁迫的程度,研究利用数码相机的可见光光谱进行夏玉米受逆境胁迫程度诊断的可行性。结果表明,红光标准化值与叶片叶绿素荧光值(Fv/Fm)成负相关关系(r=-0.35),而绿光标准化值、蓝光标准化值均与Fv/Fm成正相关关系,其相关系数r分别为0.57、0.70。由此可以得出,绿光标准化值、蓝光标准化值能反映夏玉米受胁迫程度,其中蓝光标准化值是能够较好地反映夏玉米受高温胁迫程度的光谱参数。     

基于高光谱遥感的小麦条锈病胁迫下的产量损失估计

为利用高光谱遥感监测小麦条锈病,并对小麦条锈病胁迫下的产量损失进行估计,通过分析发生条锈病后的小麦冠层光谱及一阶微分的特征,分析病情指数对产量及产量构成因素的影响,分析产量和不同生育时期的光谱反射率及一阶微分光谱的相关关系,从中提取相关性高的植被指数和一阶微分参数建立产量模拟方程。结果表明,在一定范围内,产量损失随着病情指数的增大而增大,光谱反射率与产量在各个生育期都表现出稳定的显著正相关关系,从中提取相关性高的植被指数(NDVI和RVI)和一阶微分参数(SDr),利用植被指数(NDVI和RVI)建立的多时相产量模拟方程,其模拟效果较好;利用一阶微分参数(SDr)建立的不同生育时期产量回归方程,模拟的精度较高。研究结果对利用高光谱遥感监测作物病害胁迫下产量具有实际应用价值。     

持续干旱对油棕幼苗叶绿素荧光动力学参数的影响

为研究持续干旱对油棕叶绿素荧光动力学参数的影响,以油棕2 年生幼苗为试验材料,采用盆栽方式模拟自然持续干旱,测定叶绿素荧光参数及叶绿素含量,并运用隶属函数法对其抗旱性进行综合分析。结果表明：干旱胁迫下,油棕叶片叶绿素含量、可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、可变荧光与最大荧光比(Fv/Fm)均降低;初始荧光(F0)和非光化学淬灭系数(NPQ)则升高,说明干旱胁迫伤害了光系统Ⅱ(PSⅡ),使得PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)降低,光合电子传递、光合原初反应过程受到抑制,起光保护作用的热耗散(NPQ)提高。4 个品种的叶绿素荧光参数和叶绿素含量的变化存在品种间差异,整个处理过中对干旱的适应性‘热油6号’＞‘热油8号’＞‘热油2号’＞‘热油4号’,因此,叶绿素荧光参数和叶绿素含量可作为抗旱性强弱的诊断指标用于油棕抗旱育种及相关研究。     

基于高光谱数据提取作物冠层特征信息的研究进展

高光谱(Hyperspectral)遥感是指光谱分辨率在10-2λ的遥感信息,其特点是光谱分辨率高(5~10nm)、波段连续性强(在0.4~2.5μm范围内有几百个波段)。高光谱遥感器既能对目标成像(有时也称成像光谱遥感)、又能测量目标物的波谱特性,因此,它不仅可以用来提高对农作物和植被类型的识别能力,而且还可以用来监测农作物长势和反演农作物的理化特性。绿色植物具有独特的光谱曲线特征,而作物具有绿色植物典型的光谱特征曲线,基于作物的光谱特征研究与其生理生化特性之间的关系,高光谱遥感数据在提取作物生理生化特征、提取作物冠层信息、估产以及预测病虫害等许多方面都表现出巨大的应用潜力。本文概述了利用高光谱数据提取作物冠层信息的研究现状、展望及其在新疆棉花生产中的应用和前景。     

MDBPSO算法优化的全波段光谱数据协同冠层SIF监测小麦条锈病

为了从全波段光谱数据中提取对小麦条锈病敏感的特征参量,提高小麦条锈病遥感探测模型的运行效率和精度,本文首先从惯性权重和粒子更新方式两个方面对传统离散粒子群算法(discretebinaryparticleswarmoptimization, DBPSO)进行改进,利用改进离散粒子群算法(modified discrete binary particle swarm optimization, MDBPSO)从全波段光谱数据中优选遥感探测小麦条锈病严重度的特征变量,然后与冠层日光诱导叶绿素荧光(solar-inducedchlorophyllfluorescence,SIF)数据相结合作为自变量分别利用随机森林(randomforest,RF)和后向传播(backpropagation,BP)神经网络算法构建小麦条锈病遥感探测模型,并将其与相关系数(correlationcoefficient,CC)分析法和DBPSO算法提取特征参量构建模型的精度进行对比分析。结果表明:(1) MDBPSO算法比传统DBPSO算法具有更快的收敛速度和更高的寻优精度,改进前后其迭代次数从395次减少到156次,最优适应度函数(optimumfitnessvalue,OFV)值从0.145减小到0.127。(2)采用MDBPSO算法选择特征变量时,RF和BP神经网络两种方法构建的模型精度均高于CC分析法和DBPSO算法,其中RF算法预测病情指数(diseaseindex,DI)值和实测DI值间的检验集决定系数(validation set determination coefficient, R2V)比CC分析法和DBPSO算法分别提高了9%和3%,均方根误差(validation set root mean square error, RMSEV)分别降低了28%和11%, BP神经网络算法预测DI值和实测DI值间的R2V比CC分析法和DBPSO算法分别提高了13%和6%,RMSEV分别降低了21%和10%,利用MDBPSO算法优选特征参量能够提高小麦条锈病的遥感探测精度。(3)在MDBPSO、DBPSO和CC分析法3种特征选择算法中,RF算法构建的模型精度均高于BP神经网络算法,其中RF模型预测DI值和实测DI值间的R2V比BP神经网络算法至少提高了7%,平均提高了9%,RMSEV至少降低了15%,平均降低了20%。以MDBPSO算法优选的特征参量为自变量利用RF方法构建的小麦条锈病遥感探测的MDBPSO-RF模型是小麦条锈病遥感探测适宜模型,该研究结果为进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测提供了新的思路。     

基于叶绿素荧光的小麦越冬期冻害评价

低温冻害是小麦生产中常见的自然灾害,目前小麦低温抗性的无损评价方法还非常有限。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线包含了丰富的光合作用相关信息,是研究植物逆境胁迫的常用方法。通过筛选合适的叶绿素荧光参数来评价小麦的抗寒性,为小麦抗寒机理、越冬期管理和抗寒育种提供技术支持。通过调查越冬期冻害发生年份34个常用的叶绿素荧光诱导动力学参数与33个小麦品种冻害程度的相关性,筛选出与小麦冻害发生程度呈显著正相关的指标TR_o/CS_m,相关系数达到了0.636,相关性大于前人所用叶绿素荧光指标F_v/F_m。表明叶绿素荧光参数TR_o/CS_m可以用来评价小麦的抗寒性,该结果为冬小麦越冬期管理和抗寒育种提供了有力支持。     

植物氮素营养诊断的进展与展望

根据植物氮素营养诊断的发展脉络,总结了化学诊断和无损测试技术的主要内容,重点阐述了植株硝酸盐快速诊断、叶绿素仪和遥感技术在作物氮素营养诊断及氮肥推荐中的应用原理、优缺点以及发展现状,提出可将叶绿素仪和遥感技术结合使用、利用叶绿素荧光技术诊断植物氮素营养以及将植物氮素营养诊断技术应用于森林生态系统健康和生态系统服务功能的评估。     

NaCl胁迫对2个网纹甜瓜幼苗生长量及叶绿素荧光参数特性的影响

摘要：本试验比较了两个网纹甜瓜（‘春丽’和‘阿鲁斯春’）幼苗在不同浓度NaCl（0、50、100、150和200 mmol?L-1）胁迫下幼苗生长量、叶绿素含量和叶绿素荧光参数的变化。结果表明: 低浓度NaCl(50 mmol/ L)处理后,两个甜瓜幼苗的生长量、Fv/Fm、ETR、ФPSⅡ和qP值与对照比有所上升,随着盐浓度的增加,这些指标开始下降。相同浓度的NaCl处理对‘春丽’幼苗生长和叶绿素荧光参数的变化影响小于‘阿鲁斯春’。在0-200mmol?L-1NaCl胁迫下‘春丽’Pc平均值比“阿鲁斯春”高,Hd所占比例低于‘阿鲁斯春’,两个品种Ex平均值比较接近,这些数值的变化与甜瓜品种的耐盐性有关。     

干旱胁迫对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响

为了研究干旱胁迫对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响,以黄瓜幼苗为试材,采用盆栽试验,研究PEG模拟干旱对黄瓜幼苗叶绿素含量和光合特性的影响。结果表明,随着干旱胁迫浓度的提高和胁迫时间的延长,黄瓜幼苗的叶绿素含量、气体交换参数和叶绿素荧光的降幅增大。干旱胁迫1天,5%PEG与对照(CK)之间叶绿素总含量差异不显著,10%、20%PEG处理叶绿素总含量较CK分别降低5.2%、16.3%,干旱胁迫2天,5%、10%、20%PEG处理叶绿素总含量较CK分别降低8.6%、12.0%、37.2%。干旱胁迫1天,CK和5%PEG处理之间Pn、E、Gs差异不显著,CK、5%、10%、20%PEG处理之间Ci差异显著,干旱胁迫2天,CK、5%、10%、20%PEG处理之间Pn、E、Ci差异显著。干旱胁迫2天,5%、10%、20%PEG处理的YIELD较CK分别降低2.4%、8.7%和13.2%,ETR较CK分别降低8.5%、17.6%和40.2%,qP较CK分别降低4.6%、9.3%和12.7%,qN较CK分别降低8.7%、18.1%和66.6%。     

两种不同耐热性菜豆品种在高温胁迫下叶绿素a荧光参数的差异

以两个耐热性不同的菜豆品种85-CT（耐热）和BBL-47（热敏感）为试材,研究其在不同高温胁迫强度下叶绿素a荧光参数的差异,结果表明：两个品种的叶绿素荧光Fv/Fm及Fv/Fo、电子传递速率（ETR）、均随高温胁迫时间延长呈下降趋势,但耐热品种85-CT下降幅度较热敏感品种BBL-47平缓,BBL-47随高温胁迫时间延长,其叶绿素a荧光诱导动力学曲线中的第二峰（M峰）消失。     

棉花叶绿素荧光诱导动力学参数遗传特性的初步研究

本文对10个棉花杂交种F1及其亲本叶绿素荧光诱导动力学参数遗传特性进行了研究，结果表明Fv／Fo的杂种优势较为普遍，而且超亲优势明显；Fv／Fm及量子产量杂种优势不普遍，超亲优势不明显。     

盐胁迫下水稻叶绿素荧光特性与离子积累的相关性分析

以4个北方常规粳稻品种为材料,于孕穗期施加80 mmol/L的NaCl胁迫测定了水稻叶片叶绿素荧光参数及体内离子含量的变化,以揭示盐胁迫下水稻离子积累与叶绿素荧光特性的相关性。结果表明盐胁迫下水稻叶片最大荧光(Fm)、最大光化学量子效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ的实际光合效率(PhiPSⅡ)、表观光合量子传递效率(ETR)和光化学猝灭(qP)均呈下降趋势最小初始荧光(Fo)和非光化学猝灭(qN)呈升高趋势。盐胁迫导致水稻体内Na⁺、Cl^-积累显著增加,K+积累显著下降,SO₄^2-、PO₄^3-和NO3-含量较对照差异不显著。盐胁迫下水稻叶绿素荧光参数与Na⁺、Cl^-和SO₄^2-含量呈显著负相关,与K+和PO₄^3-含量呈显著正相关,与NO3-含量相关性不显著。以上结果表明水稻体内有害离子在盐胁迫下会过量积累这是导致水稻叶片光合结构破坏和光合作用效率下降的重要原因。