激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的研究

摘要

生态环境日趋成为全球关注的焦点问题，为了更好地改善环境条件，近些年，各个国家和政府逐渐对环境监测及环境保护加大了力度。植物的叶绿素在光合作用过程中起着举足轻重的作用，对植物的生长变化有着巨大的影响。叶绿素能在一定条件和一定光激发条件下产生荧光，荧光信号具有反应灵敏，测定快速、简便和对样品无破坏性等优点，理论上，通过测量叶绿素荧光，并利用叶绿素荧光所具备的优点，进而能够获取植物的生长信息。
　　通过激光诱导叶绿素可以获得叶绿素荧光强度图像，但荧光强度易受外界干扰，噪声较大，不能真实反映植物叶片的生长状况。为了解决这一问题，利用荧光寿命是植物叶绿素的本征参量这一特征，采用激光诱导植物叶绿素产生荧光，基于时间分辨荧光技术的荧光寿命成像技术，使用增强型CCD图像传感器(Intensified Charge Coupled。Device，ICCD)对植物叶片叶绿素荧光进行连续采集，模拟了实现较远距离测量的方法并证明可行，研究了归一化算法、解卷积算法、图像分割、图像增强、图像降噪等内容，在Matlab环境下拟合出真实的荧光衰减曲线，求出具备良好稳定性和精度的荧光寿命值，合成植物叶片的荧光寿命分布图；对荧光寿命值与叶绿素溶液浓度值进行了标定，验证了荧光寿命值与叶绿素含量有一定相关性，研究了植物叶片在缺水情况下的荧光寿命及叶绿素含量的变化情况，并总结出叶绿素荧光寿命与植物生长变化的相关规律，同时还对植物的病虫害和硫酸胁迫情况进行了分析讨论。
　　结果证明叶绿素荧光寿命不仅可以反映植物叶片的叶绿素含量，还可以反映叶绿素含量的空间分布情况。将激光诱导荧光寿命成像技术应用于实时监测植物的生长状况，能对植被遥感、植物生理学、生态学和农业科学等方面的研究做出贡献。

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1 绪论

1.1引言

1.2国内外研究进展

1.3荧光检测及荧光寿命成像技术

1.4课题研究概要

1.5本章小结

2 叶绿素荧光及荧光寿命成像技术

2.1叶绿素分子结构

2.2荧光的产生和激发

2.3荧光寿命的定义

2.4荧光寿命成像技术

2.5荧光寿命成像技术的比较

2.6荧光寿命成像技术方法的选用

2.7本章小结

3 叶绿素荧光检测系统的构建

3.1实验主要设备的选择

3.2荧光寿命检测系统平台的搭建

3.3荧光寿命数据采集的操作及实现

3.4本章小结

4 荧光寿命反演算法

4.1实验数据的函数模型

4.2解卷积算法

4.3荧光寿命成像的图像处理

4.4本章小结

5 植物叶片荧光寿命成像技术的实验分析

5.1植物叶片的选用

5.2植物叶片的荧光分析

5.3植物叶片的荧光寿命分布及荧光寿命与叶绿素含量的标定

5.4植物叶片在缺水情况下的荧光寿命变化情况

5.5植物叶片病虫害与叶绿素荧光寿命的关系

5.6植物叶片叶绿素荧光寿命与硫酸胁迫的关系

5.7本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文