基于日光诱导叶绿素荧光的陆地总初级生产力估算

陆地总初级生产力(GPP)是全球碳循环和全球变化研究的关键参数,基于遥感方式是目前陆地生态系统GPP估算的主流方法。为了准确估算全球和区域尺度的陆地GPP,本文通过分析叶绿素荧光与光合作用关系的理论,在GPP-SIF经验线性估算模型的基础上,引入影响植被光合能力和影响冠层SIF发射的因素,构建了适用于未出现严重长期外界胁迫的基于近红外荧光的GPP估算理论模型。结合GOME-2 SIF产品、FLUXNET2015数据集中实测GPP和MODIS相关产品,在不同类型植被进行了验证分析。结果表明：该模型在所有植被类型上的估算精度较经验线性估算模型都有很大的提高,同时本文模型能较好地体现出不同植被类型GPP的季节性变化特征,在全球尺度上的应用也取得了较好的效果。     

基于夫琅和费暗线原理的太阳诱导叶绿素荧光

叶绿素荧光技术是探知植物生理状态及其与环境关系的理想方法.太阳诱导叶绿素荧光可以利用夫琅和费暗线原理进行提取.阐述了夫琅和费暗线探测自然光条件下光合作用荧光的基本原理和方法,以及波长760nm叶绿素荧光探测仪的光学系统、仪器硬件组成及其各部分功能、仪器的软件设计.通过与ASD地物光谱仪器的对比试验表明,研制的太阳诱导叶绿素荧光测量的数据与地物光谱仪测量的数据相关系数都大于0.9.基于夫琅和费暗线原理的太阳诱导叶绿素荧光探测仪器提供了一种低成本、实时测量作物冠层太阳诱导叶绿素荧光的方法和仪器.     

玉米叶绿素荧光参数的测定与分析

光合作用是决定玉米产量的一个重要因素,明确光合作用与产量之间的关系,发现光合作用系统的控制基因,不仅能揭示光合器官高效吸能、传能和转能过程的机理,还能为大幅度提高农作物光能利用率、进而提高产量提供理论依据。依靠分子标记技术和常规育种技术相结合,是进一步提高玉米产量的前提。     

基于叶绿素荧光光谱分析的光能利用效率研究

以水稻为研究对象,利用叶绿素荧光光谱对水稻叶片的光能利用效率进行分析。研究中,采集水稻叶片的叶绿素荧光光谱,同步测定净光合速率和光合有效辐射,并进行光能利用效率的计算。以红光区F685和远红光区F732为光谱特征参数的分析显示,F685、F732及参数组合F685/F732与光能利用效率显著线性相关,因此分别以F685、F732和以F685/F732为模型输入建立了光能利用效率预测模型并进行对比,发现基于F685/F732的预测模型精度更高。由于CO2的同化过程受气孔导度的影响,而叶片温度是气孔导度的信号,且光能利用效率受叶片温度影响显著,为提高模型预测精度,也将叶片温度作为模型输入,建立了基于F685/F732和叶片温度的光能利用效率预测模型,决定系数为0.885。     

基于激光诱导荧光光谱分析的黄瓜叶片叶绿素含量检测

利用反射式激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术对黄瓜活体叶片叶绿素含量进行检测实验研究。通过对中心波长为473nm和660nm 2种激发光的4种激发强度(2.5、5.0、7.5、10.0mW)条件下荧光光谱的分析,结果显示:在强度7.5 mW、波长473 nm的光源下激发产生的荧光光谱具有很好的准确性和稳定性;在此条件下,荧光参数F_(732)/F_(685)与植物活体叶片内叶绿素含量成极显著线性关系,并以此为基础建立了数学回归模型(R~2>0.93,p<0.001),模型回归系数显著,模型可靠性极好,准确地反映了荧光参数与叶绿素含量的关系。     

应用于植物生理状态检测的低成本叶绿素荧光成像系统

[目的/意义]植物光合作用过程中释放的叶绿素荧光与光化学反应紧密耦合,其荧光信号采集是光合作用效率、植物生理及环境胁迫等无损的测试手段。作为获取该信号的叶绿素荧光成像系统通常价格昂贵,针对此问题,本文提出一种低成本叶绿素荧光成像系统设计方案。[方法]叶绿素荧光成像系统主要由激发光灯组、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机及其控制电路和智能手机上位机三部分组成。激光发灯组采用LED面光源和碗状结构,通过对光场的仿真分析保证光照强度和均匀性;采用微型CMOS相机进行荧光图像采集,利用智能手机作为上位机完成激发光控制,并将数据回传至手机或服务器进行分析、处理、存储及显示。[结果和讨论]基于该方案,制造了一款仪器样机,其激发光强最大为6250μmol/(m²·s),光场整体变化幅度偏差为2%,光谱范围为400～1000 nm,稳定的采集频率最高可达42 f/s,具备连续光激发和调制脉冲激发功能。[结论]通过叶绿素荧光图像采集实验验证了本仪器的有效性。该仪器结构简单、造价成本低,在植物生理状态检测领域有着很好的应用价...     

基于LED激发光源的叶绿素荧光强度检测与分析

采用了650nm红色发光二极管(LED)的矩阵(6×8)作为激发光源,构建了一种基于MINI-PAM荧光仪的调制脉冲式在线检测叶绿素荧光系统。利用该系统分别对番茄苗期、花期、果期活体叶片的荧光强度与激发光源(LED)光强关系进行试验研究。通过对可编程电源来调节LED光强(在0～1 700μmol/m2.s之间),以50mA为步进值依次增加,并利用Excel软件对测得的荧光值F进行分析。结果显示:电流值在3 700mA以下,每一时期植株叶片的荧光强度与恒流源输出电流强度具有显著的线性关系,决定系数R2>0.97。以此研究为基础,建立了荧光强度与激发光强度的关系模型,模型可靠性高,能够比较真切地反映出荧光强度与激发光强之间的关系。     

3FLD和反射率荧光指数估测小麦条锈病病情严重度的对比分析

为研究小麦条锈病病情严重度和日光诱导叶绿素荧光强度的关系,确定适合于探测小麦条锈病病情严重度的叶绿素荧光因子。本文分别利用3FLD(three bands Fraunhofer Line Discrimination)和反射率指数2种方法提取了日光诱导叶绿素荧光强度,对比分析了这2种方法估测的日光诱导叶绿素荧光强度在小麦条锈病病情严重度遥感探测中的应用潜力。利用3FLD方法计算的O2-A和O2-B波段叶绿素荧光强度与小麦条锈病病情严重度均达到了极显著相关,复相关系数分别为0.677 2和0.492 4。基于反射率指数估测日光诱导叶绿素荧光时,叶绿素荧光反射率比值指数R_(740)/R_(720)、R_(440)/R_(690)、R_(740)/R_(800)以及叶绿素荧光一阶导数光谱指数D_(705)/D_(722)、D_(730)/D_(706)与小麦条锈病病情严重度均达到了极显著相关,尤其是比值指数R_(440)/R_(690)与小麦条锈病病情指数的相关性最高,复相关系数达到了0.718 7。基于辐亮度的3FLD算法和基于反射率的叶绿素荧光比值指数2种方法提取的叶绿素荧光强度均能够实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测,但利用反射率方法提取的日光诱导叶绿素荧光强度构建的小麦条锈病病情严重度估测模型优于3FLD算法,更适合小麦条锈病病情严重度的遥感探测。论文的研究结果为基于卫星平台的叶绿素荧光遥感探测小麦条锈病提供了重要的理论依据。     

基于叶绿素荧光参数的LED动态补光方法的研究

通过分析现有的自动调光方式,研究一种新的补光方法—双线间接调光法,并以完成此方法为基础设计了动态补光系统。该系统分上下两个控制系统:下级以单片机为核心,PWM为控制方法,通过传感器测量光照强度直接调节LED输出光强;上级以上位机为控制核心,通过MINI-PAM测量植物的叶绿素荧光参数来调节下级单片机中的光照阈值,从而间接控制LED输出光强。应用该系统对番茄苗期的生长状态进行测试和对照实验,取得了良好的效果。     

结合图像的叶绿素荧光动力学植物水分胁迫探测方法

为了准确、直观探测植物水分胁迫及生长状态信息,融合了叶绿素荧光动力学参数及荧光图像对不同干旱胁迫条件下的植物进行了实验观测。以460 nm蓝色LED作为激发光源,EMCCD加装690 nm带通滤光片进行荧光图像采集,对4种不同采样周期下的各1 000幅图像求每幅图的像素平均值,按时间序列绘制荧光强度,可得到信息更全面的叶绿素荧光动力学曲线,并计算得出各个动力学参数。同时,对不同时间产生的荧光图像进行降噪、乘除等运算,并用伪彩色显示,可直观分析各类因素导致的荧光分布不均匀性。对易失水叶片和非易失水叶片分别进行快速水分胁迫和缓慢水分胁迫实验,结果表明,荧光比Rfd及动力学曲线上次峰值出现的时间随着胁迫的加剧均发生相应变化,且与叶片含水率之间具有较高的拟合决定系数。因此,将叶绿素荧光动力学特征和图像信息相结合,可提高植物干旱胁迫早期预测的准确度和直观性,为现场连续无损地监测植物生长状态、各类胁迫信息、病虫害检测等提供了一种快速的遥测手段。     

基于快速叶绿素荧光技术的油菜冠层生化参数垂直异质性分析

准确获取作物冠层生化信息对监测作物生长和指导精准施肥具有重要意义.现有的作物生化参数的垂直分布研究以高光谱遥感反演为主,缺乏与光合生理的联系.本研究主要探究了不同氮素处理水平下油菜苗期冠层内的叶绿素、类胡萝卜素、干物质和水分等生化参数的垂直分布变化特性,同时利用快速叶绿素荧光技术测定了叶片的光合性能,并通过线性回归分析...     

基于高光谱图像的叶绿素荧光Fv/Fm图像预测方法

叶绿素荧光参数Fv/Fm在植物逆境胁迫研究中具有重要意义,当前获取方法需要对植物进行暗适应处理,难以实现实时测量。为实现Fv/Fm的实时获取,本文以4种水分胁迫水平下的辣椒为研究对象,基于高光谱成像及特征波段筛选方法对Fv/Fm进行预测。采用中值滤波对Fv/Fm图像去噪,并基于二维坐标变换实现高光谱图像与叶绿素荧光图像的匹配。对比标准正态变换(SNV)、多元散射校正(MSC)和Savitzky-Golay卷积平滑(SG)3种光谱预处理算法,并基于连续投影(SPA)算法筛选特征波长。基于效果最优的SG预处理算法,分别以偏最小二乘回归(PLSR)、分析误差反向传播(BP)神经网络、径向基函数(RBF)神经网络对比建模精度,其中BP算法建立的模型精度相对较高,其测试集决定系数为0.918、均方根误差为0.011。研究表明,SG-SPA-BP的建模方法在实现预测精度的同时降低了模型复杂度,为基于高光谱图像对Fv/Fm图像的实时准确预测提供了方法。     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶绿素荧光特性的调控效应

【目的】明确腐植酸(HA)对干旱胁迫下燕麦叶片叶绿素荧光特性的调控效应。【方法】采用盆栽试验,研究了在正常供水(75%田间持水率)、中度干旱胁迫(60%田间持水率)、重度干旱胁迫(45%田间持水率)3个水分条件下喷施HA对燕麦叶片叶绿素量及荧光参数的影响。【结果】①水分胁迫导致Chla+Chlb、Chla/Chlb、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo和qP显著降低,而Fo和NPQ显著升高;②与CK相比,干旱胁迫下HA处理Chla+Chlb提高0.6%~40.82%、Chla/Chlb提高1.13%~30.09%、Fm提高0.7%~121.19%、Fv提高1.0%~171.79%、Fv/Fm提高0.2%~83.89%、Fv/Fo提高1.9%~211.56%、qP提高0.1%~68.30%、NPQ提高6.02%~73.36%、而Fo降低0.70%~14.06%,其中在重度干旱胁迫下均达到显著差异。【结论】干旱胁迫对燕麦PSⅡ光反应系统产生明显伤害,喷施腐植酸可缓解其影响,且在重度干旱胁迫条件下效果最明显。     

不同灌溉模式对水稻抽穗后叶绿素荧光特征及产量的影响

以"南粳44"为试验品种,设置浅水勤灌(FSI)、湿润灌溉(WI)、控制灌溉(CI)和蓄水-控灌(RC-CI)4种灌溉模式,通过小区试验,研究不同灌溉模式下水稻抽穗后叶绿素荧光特征的差异及其与产量之间的相关关系。结果表明,抽穗开花期不同灌溉模式下水稻叶片叶绿素量(SPAD值)及荧光参数(最大光化学量子产量Fv/Fm、实际量子产量ΦPSⅡ、光化学淬变qP和非光化学淬变qN)无明显差异。随着生育期推进,SPAD值、Fv/Fm、ΦPSⅡ和q P不断下降,不同灌溉模式降幅表现为FSI处理WI处理CI处理RC-CI处理,同时qN不断上升,不同灌溉模式增幅表现为RC-CI处理CI处理WI处理FSI处理;与FSI处理相比,WI、CI和RC-CI处理水稻结实率分别增加4.45%、5.95%和6.77%,千粒质量分别增加1.86%、3.49%和6.08%,每穴产量分别增加8.81%、13.78%和16.44%。相关分析表明,乳熟期和黄熟期叶片SPAD值、荧光参数(Fv/Fm、Φ_(PSⅡ)、qP和qN)与结实率、千粒质量、每穴产量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)正相关关系。合理水分调控能延缓水稻生育后期叶绿素分解,提高叶片PSⅡ反应中心的光能转换效率、开放比例、潜在活性和稳定性,有利于提高结实率和千粒质量,可使水稻增产。     

高压静电场对黄瓜幼苗叶绿素荧光的影响

以萌发30天的黄瓜幼苗为实验材料,研究不同强度的高压静电场(HVEF)对叶绿素荧光参数的影响。研究发现,较低强度的外加电场可显著降低NPQ与qN,提高ETR与qP,有利于黄瓜幼苗将光能转化为化学能。其中,以1.0kV/cm强度电场的促进作用最为显著;过强的外加电场则会破坏PSⅡ反应中心,不利于黄瓜幼苗进行光合作用。