促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,大力發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)是我國(guó)面臨的重要任務(wù)與挑戰(zhàn)。提高農(nóng)業(yè)信息化水平,尤其是準(zhǔn)確獲取植物對(duì)水分、養(yǎng)料的需求量以及對(duì)植物病害的早期監(jiān)測(cè)和預(yù)防是非常必要的。葉綠素?zé)晒獗蛔u(yù)為植物無(wú)損檢測(cè)的探針,與植物的光合作用PS Ⅱ密切相關(guān),參與植物體內(nèi)能量的競(jìng)爭(zhēng)與分配。當(dāng)植物受到脅迫時(shí),其葉片葉綠素分子的數(shù)量及結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大的變化,這種變化可以通過(guò)葉綠素?zé)晒?在植物的脅迫癥狀顯現(xiàn)前靈敏地反映出來(lái)。相比較透射光,利用葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)植物葉綠素含量的變化,可以有效避免因葉片厚度不同帶來(lái)的測(cè)量誤差,因此,近年來(lái),葉綠素?zé)晒獗粡V泛地用于探測(cè)植物的各類生物及非生物脅迫。本文利用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)成像技術(shù)對(duì)植物的干旱脅迫、水肥耦合、病害脅迫等進(jìn)行研究。根據(jù)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線的變化特點(diǎn),提出并設(shè)計(jì)了一套葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)成像系統(tǒng),包括 460nm LED 光源、EMCCD（Electron-Multiplying CCD）探測(cè)器、濾光片、鏡頭、可升降平臺(tái)等,可實(shí)現(xiàn)對(duì)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線上快速上升部分和緩慢下降部分的動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及不同時(shí)刻的葉綠素?zé)晒鈭D像的檢測(cè)。該系統(tǒng)可對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行直觀的二維... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：129 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

葉綠素分子結(jié)構(gòu)圖

⑷酰?虼耍?剮璞Ｖぬ講餛骶哂幸歡ǖ?微弱信號(hào)采集能力。綜合以上要求，本文選擇了EMCCD作為葉綠素?zé)晒庑盘?hào)的采集設(shè)備。EMCCD(Electron-MultiplyingCCD),即電子倍增CCD，是一種高靈敏度的光電探測(cè)產(chǎn)品，也是一種全新的微弱光信號(hào)增強(qiáng)探測(cè)技術(shù)。在光子探測(cè)、極微弱細(xì)胞產(chǎn)生的熒光進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其高增益可顯著地改善微弱信號(hào)探測(cè)的信噪比，可以實(shí)現(xiàn)更快的采樣和更短的曝光時(shí)間。該技術(shù)由AndorTechnologyLtd首先應(yīng)用于iXon系列高端超靈敏相機(jī)上。本研究采用的是Andor_iXonUltra897，圖2-10是其實(shí)物圖。圖2-10EMCCD實(shí)物圖Fig.2-10Andor_iXonUltra897.其性能參數(shù)如表2-3所示，具有低的輸出噪聲、寬范圍、采集幀率可調(diào)等特點(diǎn)。該EMCCD的分辨率為512pixel×512pixel，像元尺寸為16×16m，采用USB2.0接口（480Mbits/sec)，可以滿足本研究中對(duì)葉綠素?zé)晒庑盘?hào)快速上升部分和緩慢下降部分的采樣，也可進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈭D像采集。表2-3EMCCD參數(shù)列表Tab.2-3ParameterlistoftheEMCCD.ParametersDescriptionUnitActivepixels512×512Framerate11.074-56fpsPixelsize(W×H)16×16mMaximumreadoutrate17MHzDigitlizationbitReadnoise<1e-withEMgainTimestampaccuracy10ns

2葉綠素?zé)晒獾睦碚摶A(chǔ)及成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25對(duì)△Z的取值從100mm-200mm以內(nèi)，以10mm作為步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行逐一仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)△Z=150mm時(shí)，可以得到相對(duì)均勻性較好的區(qū)域。如圖2-13為當(dāng)△Z=150mm時(shí)的仿真結(jié)果圖。圖2-13光源均勻性仿真圖Fig.2-13Simulationdiagramoflightsourceuniformity.從圖2-13中可以看出，在水平方向上的均勻區(qū)域大約在±100mm范圍以內(nèi)，在垂直方向上的均勻區(qū)域大約在±50mm范圍內(nèi)，因此，鏡頭和樣本之間的最佳距離為250mm，最佳探測(cè)區(qū)域?yàn)?00×50mm的長(zhǎng)方形內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)中，將樣本放置在最佳探測(cè)面和最佳探測(cè)范圍內(nèi)。2.4本章小結(jié)本章首先闡述了物質(zhì)受激發(fā)射熒光及熒光強(qiáng)度與樣品中分析元素的原子強(qiáng)度之間的關(guān)系，通過(guò)研究葉綠素的結(jié)構(gòu)和其光學(xué)特性，分析了葉綠素發(fā)射熒光以及熒光與植物光合性能關(guān)系之間的機(jī)理，并給出了葉綠素的吸收光譜和葉綠素?zé)晒獍l(fā)射光譜。同時(shí)，分析了常用的三種葉綠素?zé)晒庋芯糠椒皯?yīng)用場(chǎng)合，并確立了本文的研究方法。根據(jù)以上的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)成像系統(tǒng)，首先對(duì)系統(tǒng)中重要的兩個(gè)組成部分（激發(fā)光源和熒光探測(cè)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)和選擇進(jìn)行了分析與探討，再對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和工作原理進(jìn)行闡述，并針對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)部件的最佳幾何位置進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本章內(nèi)容為葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)在植物生物及非生物脅迫領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，也為后續(xù)章節(jié)中植物水分脅迫、水肥耦合狀態(tài)、病害脅迫的研究提供技術(shù)手段，為植物生長(zhǎng)過(guò)程中，水、肥、病害等因子之間相互影響、相互作用，并對(duì)植物光合生理造成影響的機(jī)理研究提供幫助。


本文編號(hào)：3089461