一種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種植物葉片的色素及光譜信息提取方法，具體的說一種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法。在植物栽培過程中通過O3進(jìn)行脅迫處理，于植物生長季節(jié)，按不同植物生育期測定植物光譜信息，同時采用直接浸提法（免研磨）測定不同植物生育期生理指標(biāo)；之后將測定的植物光譜信息轉(zhuǎn)化為光譜參數(shù)，通過SPSS軟件將光譜參數(shù)與對應(yīng)的葉片生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，其中與葉片生理指標(biāo)呈顯著相關(guān)的光譜參數(shù)，即作為表征植物臭氧脅迫的光譜特征因子提取光譜信息。與傳統(tǒng)方法相比，色素含量提取方法操作簡便，有效的避免了操作過程中因光照分解、色素殘留、植物組織殘存所帶來的測定誤差。光譜信息提取方法應(yīng)用廣泛，可用于多種植物臭氧脅迫的早期識別，可以為植物臭氧脅迫的遙感監(jiān)測提供理論基礎(chǔ)。
【專利說明】一種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種植物葉片的色素及光譜信息提取方法，具體的說一種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對流層大氣中的臭氧(O3)是主要的二次空氣污染物，是由排入大氣的氮氧化物等一次性污染物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成的，是影響近地層氣溫的溫室氣體和光化學(xué)煙霧的主要成分。近年來，汽車尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)等人為原因?qū)е陆孛鍻3濃度日益增高，預(yù)計2015年至2050年對流層中的O3濃度將增加20% - 25%，2100年將增加40% - 60%。對流層中O3增加到一定程度不僅會對人類健康造成傷害，而且對作物生長發(fā)育也產(chǎn)生深刻影響。它能引起作物氣孔關(guān)閉，光合組織結(jié)構(gòu)和功能的破壞，抑制光合系統(tǒng)電子傳遞，改變色素含量和組成，降低核酮糖-1，5- 二磷酸羧化酶/加氧酶的含量和活性，導(dǎo)致光合能力下降，并進(jìn)一步降低作物生物量和產(chǎn)量。
[0003]植物葉片色素種類及含量是影響葉片可見波段光譜信息的重要因素，因此在提取葉片光譜信息的過程中，有必要對葉片色素含量進(jìn)行提取測定且對測定結(jié)果精確度要求較高。傳統(tǒng)的葉片色素測定方法主要采用研磨-比色法，在操作過程中常出現(xiàn)以下問題:(1)研磨過濾過程中有部分色素因光照而分解，同時研缽、濾紙上也會殘留少量色素，這些均會導(dǎo)致測定結(jié)果偏低；(2)研磨過濾后殘存在浸提液中的植物組織會使液體混濁，影響測定結(jié)果。
[0004]植物的O3脅迫開展早期識別是對其進(jìn)行防治的重要環(huán)節(jié)，而基于植物光譜技術(shù)的監(jiān)測方法具有視野寬、信息廣、實時動態(tài)等諸多優(yōu)點，在污染監(jiān)測方面具有常規(guī)方法不可比擬的優(yōu)越性。植物在O3脅迫下的生長發(fā)育過程中生理生態(tài)會發(fā)生復(fù)雜的變化，這些會在光譜上有所反映。因此，結(jié)合不同植物類型的實際情況，準(zhǔn)確評估植物葉片光譜在不同波段對O3脅迫的響應(yīng)，進(jìn)而選擇特異性光譜指數(shù)，有效提取特征光譜信息，對植物O3脅迫的早期識別和防治都具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用廣泛、易于推廣的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，在植物栽培過程中通過O3進(jìn)行脅迫處理，于植物生長季節(jié)，按不同植物生育期測定植物光譜信息，同時采用直接浸提法(免研磨)測定不同植物生育期生理指標(biāo)；之后將測定的植物光譜信息轉(zhuǎn)化為光譜參數(shù)，通過SPSS軟件將光譜參數(shù)與對應(yīng)的葉片生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，其中與葉片生理指標(biāo)呈顯著相關(guān)的光譜參數(shù)，即作為表征植物臭氧脅迫的光譜特征因子提取光譜信息。
[0008]植物栽培在開頂氣室(OTC)內(nèi)進(jìn)行，植物栽培過程中向OTC氣室設(shè)置的處理室通Λ O3,每天通氣7-8小時。
[0009]所述開頂氣室(OTC)內(nèi)分別設(shè)對照組和O3進(jìn)行脅迫、組；對照中自然臭氧濃度約40nmol.moF1, O3濃度升高處理中臭氧濃度可控制在60_110nmol.mol-1。
[0010]在植物生長季節(jié)，按不同植物生育期采用分光輻射光譜儀測定植株葉片在可見-近紅外波段的光譜信息，不同植物生育期每一測定點位連續(xù)測定5-10次。
[0011]將光譜信息轉(zhuǎn)化為光譜特征參數(shù)，光譜特征參數(shù)分別為:歸一化植被指數(shù)NDV1、紅邊位參數(shù)REP、結(jié)構(gòu)相關(guān)色素指數(shù)SIP1、近紅外波段光譜反射率變化積分值Α、水分指數(shù)WI，計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:在植物栽培過程中通過O3進(jìn)行脅迫處理，于植物生長季節(jié)，按不同植物生育期測定植物光譜信息，同時采用直接浸提法(免研磨)測定不同植物生育期生理指標(biāo)；之后將測定的植物光譜信息轉(zhuǎn)化為光譜參數(shù)，通過SPSS軟件將光譜參數(shù)與對應(yīng)的葉片生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，其中與葉片生理指標(biāo)呈顯著相關(guān)的光譜參數(shù)，即作為表征植物臭氧脅迫的光譜特征因子提取光譜信息。
2.按權(quán)利要求1所述的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:植物栽培在開頂氣室(OTC)內(nèi)進(jìn)行，植物栽培過程中向OTC氣室設(shè)置的處理室通入03，每天通氣7-8小時。
3.按權(quán)利要求2所述的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:所述開頂氣室(OTC)內(nèi)分別設(shè)對照組和O3進(jìn)行脅迫、組；對照中自然臭氧濃度約40nmol.moF1, O3濃度升高處理中臭氧濃度可控制在60_110nmol.πιο1。
4.按權(quán)利要求1所述的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:在植物生長季節(jié)，按不同植物生育期采用分光輻射光譜儀測定植株葉片在可見-近紅外波段的光譜信息，不同植物生育期每一測定點位連續(xù)測定5-10次。
5.按權(quán)利要求1所述的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:將光譜信息轉(zhuǎn)化為光譜特征參數(shù)，光譜特征參數(shù)分別為:歸一化植被指數(shù)NDV1、紅邊位參數(shù)REP、結(jié)構(gòu)相關(guān)色素指數(shù)SIP1、近紅外波段光譜反射率變化積分值Α、水分指數(shù)WI，計算公式如下:
6.按權(quán)利要求1所述的臭氧脅迫植物葉片色素及光譜信息的提取方法，其特征在于:所述采用直接浸提法(免研磨)測定不同植物生育期生理指標(biāo)，首先稱取植物葉片鮮樣.0.2-0.5g，剪成寬度小于Icm的小條，放入IOml具塞試管中，加入10ml80%丙酮溶液，蓋上試管塞，用錫紙將試管包裹嚴(yán)密以免透光，試管于暗處放置24小時后，直接進(jìn)行比色，測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量。
【文檔編號】G01N21/31GK103900976SQ201210590049
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】遲光宇, 馬建, 陳欣, 史奕 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所