基于主动诱导叶绿素荧光的光谱分析方法的研究

摘要

近年来，随着科学技术不断进步、世界经济迅猛发展、人类社会发生巨大变化，但同时也产生了许多环境问题，因此对环境的监测和保护就成了一项迫切而紧要的任务。叶绿素作为植物生长状况和水体营养的跟踪指示器，可通过测量其荧光达到快速、无损地检测出叶绿素浓度，从而监测植物生长、水质等被测环境的目的。
　　文中介绍了荧光产生的机理和光谱特性，结合叶绿素荧光分析法，通过对光源、滤光片的选择，搭建了叶绿素荧光光谱采集的硬件系统，同时通过实验比较了不同中心波长的LED光源对叶绿素荧光光谱的影响，以及同一光源、不同照射方向下采集到的叶绿素荧光光谱之间的差异。
　　通过对叶绿素荧光光谱的分析，提出了用荧光峰值强度比F685/F735和相对荧光峰值强度F675这两个荧光参数分别衡量植物叶片和水体中的叶绿素含量，选取不同的实验样本，分别建立了这两个参数与叶绿素含量的回归模型，并对模型进行了预测和验证，实验结果表明水体中的模型在叶绿素浓度低于10mg/L时，具有很好的预测精度，而植物叶片的模型对于同种类的叶片具有较好的预测精度，但对于不同种类的叶片要建立不同的模型。
　　为进一步研究环境状态改变对植物生长的影响，给植物施加水分胁迫和不同浓度的酸雨胁迫，通过实验发现，植物缺水时，荧光参数F685/F735随天数的增加先增加后减少，且缺水对处于生长旺盛期的叶片影响较大，对顶部新生叶片影响较小。在植物受到酸雨胁迫时，其荧光参数F685/F735随着胁迫天数的增加逐渐减小，且PH＜3.0的酸雨对叶绿素荧光参数影响较大。
　　上述实验结果表明，基于光谱分析技术的荧光采集系统可实现叶绿素含量的相关检测，且操作简单、准确度好，具有较强的实用性，为进一步研究环境状况对叶绿素含量的影响提供建立数学模型的基本信息。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 主动诱导荧光技术

1．2．2 叶绿素荧光分析法

1．2．3 荧光光谱分析法

1．3 课题特点和意义

1．4 课题研究的目的和内容

2 叶绿素荧光与光谱分析的理论基础

2．1 叶绿素的组成及特点

2．2 传统的叶绿素含量检测方法

2．3 荧光及叶绿素荧光的产生

2．3．1 荧光的概念

2．3．2 叶绿素荧光的产生

2．4 荧光分析方法

2．4．1 常规荧光分析法

2．4．2 荧光光谱分析

2．5 影响荧光强度的主要因素

2．6 叶绿素荧光分析法

2．6．1 荧光诱导动力学曲线

2．6．2 叶绿素荧光光谱分析法

2．7 本章小结

3 硬件系统设计

3．1 光源

3．1．1 光源的种类

3．1．2 光源的选取

3．2 滤光片的选择

3．3 光谱仪

3．4 本章小结

4 光谱数据处理

4．1 光谱的预处理

4．1．1 噪声和信噪比

4．1．2 光谱平滑

4．1．3 数据归一化

4．2 光谱建模方法

4．2．1 相关分析

4．2．2 回归分析

4．3 本章小结

5 叶绿素荧光光谱数据的采集和处理

5．1 叶绿素含量的标定

5．2 溶液中叶绿素浓度与其荧光强度的关系研究

5．2．1 光源摆放位置对荧光强度的影响

5．2．2 不同LED光源的比较

5．2．3 溶液中叶绿素浓度及其荧光光谱数据的采集

5．2．4 数据处理与分析

5．3 植物叶片叶绿素含量与其荧光强度的关系研究

5．3．1 不同LED光源的比较

5．3．2 透射光谱与反射光谱的比较

5．3．3 叶片中叶绿素含量及其荧光光谱数据的采集

5．3．4 数据处理与分析

5．4 本章小结

6 不同胁迫对叶绿素含量的影响

6．1 水分胁迫对叶绿素荧光的影响

6．1．1 实验材料

6．1．2 实验数据采集与分析

6．2 酸雨胁迫对叶绿素荧光的影响

6．2．1 实验材料

6．2．2 实验数据采集与分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 本文研究工作结论

7．2 展望

致谢

参考文献