基于红外光谱的苹果叶病害的快速诊断

基于傅里叶变换红外光谱技术,利用光谱检索的方法对苹果叶病害进行病害类型的鉴别研究。测试了正常苹果叶片和4种病害叶片共75份样本的红外光谱,光谱显示,各类样品的红外光谱非常相似,主要由纤维素、木质素、蛋白质和脂类的吸收带组成。利用omnic8.5软件依次建立了由每类样品的平均红外光谱、一阶导数光谱和二阶导数光谱组成的光谱库Lib1、Lib2、Lib3。各样品红外光谱分别与光谱库Lib1进行专家检索和绝对微分差算法检索,专家检索的正确率为80%,绝对微分差检索的正确率为82.7%。各样品红外光谱的一阶导数光谱和二阶导数光谱分别与光谱库Lib2、Lib3在全谱范围进行绝对微分差检索,基于一阶导数光谱的检索正确率为93.3%,二阶导数光谱的检索正确率为82.7%。结果表明:基于一阶导数红外光谱的绝对微分差算法的检索更适合于苹果叶病害的鉴别。基于红外光谱技术的光谱检索的方法能较好地鉴别苹果叶病害,有望成为简便、快捷、低成本的植物病害的鉴别方法。     

聚乙烯微塑料对青稞幼苗生长影响的FTIR光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合二阶导数红外光谱(SD-IR)对在富含聚乙烯微塑料环境下生长的青稞幼苗进行研究。结果显示,青稞幼苗的一维原始光谱整体相似,主要由蛋白质、糖类和脂质的吸收峰组成。在二阶导数红外光谱中,不同条件下生长的青稞幼苗在1 800～800 cm^-1范围内的吸收峰强度和形状展现出差异。结果显示,与对照组相比,在富含聚乙烯微塑料环境下生长的青稞幼苗的多糖、蛋白质和脂质含量发生了变化。结果表明,傅里叶变换红外光谱结合二阶导数光谱能够有效监测微塑料对青稞幼苗生长的影响。     

基于傅里叶变换红外光谱的黄瓜褐斑病早期检测

利用傅里叶变换红外光谱技术对黄瓜叶片进行褐斑病菌还未在叶片表面形成症状时病害的早期检测,确定了1 735,1 545和1 240 cm-1三个识别黄瓜褐斑病的敏感谱带,结合敏感谱带的峰面积值和系统聚类分析,可以把正常黄瓜叶片和褐斑病叶片区分开来.结果表明傅里叶变换红外光谱在鉴别病害黄瓜叶片方面具有方便、快速等优点,可以在病症还未表现时进行检测,为病害的早期诊断提供了新的途径.     

蚕豆病害叶的FTIR研究

用傅里叶变换红外光谱技术结合统计分析对蚕豆锈病、茎基腐病、轮纹病、黄化卷叶病和正常叶片进行鉴别研究。结果显示病害叶片和正常叶片的红外图谱相似,仅有几个吸收强度比存在差异;对光谱进行二阶导数分析发现,病害叶片和正常叶片的二阶导数光谱在1 200～700cm-1范围差异明显,对该区域内的光谱数据进行相关分析、主成分分析和聚类分析,结果显示,正常叶片之间、同种病害样品之间相关系数都在0.928以上,而病害叶片和正常叶片以及不同病害样品之间的相关系数降低;45个样品聚类分析和主成分分析正确率分别为73.3%和82.2%。傅里叶变换红外光谱技术具有快速、无损、准确等优点,有望为蚕豆病虫害诊断提供新的方法与途径。     

FTIR光谱结合系统聚类分析的甜橙树苗鉴别研究

利用傅里叶变换红外光谱技术研究了7个不同甜橙树苗春梢叶片样品的红外光谱特征,结果表明,7个甜橙品种叶片样品的傅里叶变换红外光谱主要由纤维素和多糖的吸收带组成,其特征吸收峰频率位置基本一致,但在峰形、峰相对吸收强度上存在一定差异,尤其在1500～700 cm-1范围内的差异较为明显.通过对1500～700 cm-1范围内的二阶导数光谱进行系统聚类分析,结果显示系统聚类分析能把不同甜橙品种按亲缘关系远近进行聚类,实现对甜橙品种的快速鉴别与分类.因此,利用傅里叶变换红外光谱技术结合系统聚类分析对柑橘品种快速鉴别与分类具有一定的可行性,可作为甜橙苗早期品种鉴别的一种扩展手段.     

叶片衰老影响木兰科植物聚类的FTIR研究

傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合聚类分析技术应用于木兰科植物不同亚族分类,研究了叶片衰老对聚类分析效果的影响。测试了木兰科三个亚族14种植物的幼叶、成叶、老黄叶红外光谱,结果显示三个亚族植物叶片红外光谱差异不大;同种植物叶片不同生长期的红外光谱吸收峰位置基本一致,但一些特征峰的峰强有变化;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱结合聚类分析,发现成叶二阶导数光谱聚类分析能够正确对样品分类,幼叶和老黄叶二阶导数谱聚类分析效果不如成叶,说明叶片衰老过程化学成分变化影响聚类分析效果,聚类分析时取成叶样品为好。     

一种新型硅基3C-SiC的生长方法及光谱学表征

采用LPCVD技术, 以CH4和H2混合气体为反应源气, 在n-Si（111）衬底上生长3C-SiC晶体薄膜。H2在反应过程中作为稀释气体和运输气体, CH4作为碳源, 硅源有衬底硅来提供。利用X射线衍射分析仪、场发射扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱分别研究3C-SiC薄膜的晶相结构、表面形貌及其光谱性质。结果表明此生长方法可以成功的成长出3C-SiC薄膜。     

基于高光谱分析的玉米叶片氮含量分层诊断研究

为了明确不同生育时期进行玉米氮素营养诊断的叶片层位,建立准确稳健的玉米氮素营养诊断模型,以达到合理追施氮肥,提高氮肥利用率的目的。试验采用单因素盆栽试验设计,以玉米（郑单958）为研究对象,应用高光谱技术,分析了不同氮营养水平下不同生育时期不同层位玉米叶片的氮含量分布和变化规律及光谱响应特征;并依据叶片氮含量与光谱反射率的相关关系,叶片氮含量与全波段(400～2 000 nm)任意两两波段组合构建的比值光谱指数(RSI)的回归关系,初步确定了不同生育时期进行氮素营养高光谱诊断的目标叶片,筛选出最优的比值光谱指数,建立了叶片氮素含量估算模型。结果表明：玉米叶片氮含量：上层>中层>下层;随着玉米的生长,在低氮条件下上层叶片氮含量呈先减少后增加（追肥）再减少趋势,在高氮条件下呈减少趋势,中下层叶片氮含量呈递减趋势。六叶期下层玉米叶片光谱反射率敏感范围较大,相关性较强;九叶期和灌浆期上层玉米叶片的光谱反射率敏感范围较广,相关性较强;开花吐丝期中层叶片的光谱反射率敏感范围较大,相关性较强。六叶期选取下层叶作为诊断目标叶,选取最佳比值光谱指数RSI(1 811, 1 842)建立线性估算模型,九叶期和灌浆期选取上层叶片作为诊断目标叶,选取的最佳比值光谱指数分别为RSI(720, 557),RSI(600, 511)建立线性估算模型,开花吐丝期选取中层叶片作为诊断目标叶,选取比值光谱指数RSI(688, 644)建立线性估算模型。研究结果可为快速准确地利用光谱技术进行玉米叶片氮素营养诊断提供理论依据。     

FTIR结合生理特性研究铅胁迫对小麦幼苗的影响

采用土培的方法系统研究了铅胁迫下小麦幼苗叶片的抗氧化酶活性及傅里叶红外光谱的变化。结果表明,随着Pb²⁺浓度的升高,抗氧化酶SOD、CAT活性出现先升高后降低的趋势,POD活性呈下降趋势。同时铅胁迫影响着小麦叶片的傅里叶红外光谱,高浓度的铅胁迫能使FTIR谱特征峰出现较明显的位移,代表着有机物质的转变。     

农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中,不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在,严重影响产品品质及食用安全,快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异,蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698,0.624和0.616,A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665,0.638和0.552;玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813,0.696,0.691,A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552,0.478和0.465,A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574,0.467和0.469;葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843,0.821和0.704,A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707,0.680和0.489;以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示,正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰,2组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现5个强自动峰,4组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰,5组强正交叉峰;蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强,而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰,12组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现11个强自动峰,3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,3组强正交叉峰;蒜正常叶出现9个强自动峰,8组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰,10组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,1组强正交叉峰;玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰,5组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现8个强自动峰,3组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现3个强自动峰,无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明,利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶,有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

FTIR研究南方锈病侵染对玉米叶片中蛋白质和碳水化合物的影响

为深入研究南方锈病侵染玉米叶片时叶片的生化指标变化,使用傅里叶变换红外光谱仪分别获取感染和未感染玉米叶片的光谱,选用光谱中的特征区和指纹区吸收带分析玉米叶片中蛋白质和碳水化合物的变化情况.玉米叶片被感染后,其光谱的酰胺带发生变化,碳水化合物的主要吸收带变化不明显.通过对波数范围在1 800~1 480内的吸收带进行曲线拟合分析,发现感染后的叶片中折叠和螺旋结构在蛋白质二级结构中的含量比例降低;感染前期蛋白质二级结构中转角结构含量比例增大;感染后期玉米叶片中蛋白质二级结构的自由卷曲结构含量比例急剧增大,该结构在感染前期和健康叶片中均未出现.研究表明傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用于探索玉米叶片被南方锈病侵染时所含化学物质的变化,为玉米抗病性研究提供重要依据.     

基于LIBS结合傅里叶变换NIR技术的油茶炭疽病等级研究

油茶(Camellia oleifera)炭疽病是油茶产业普遍发生的一种破坏性极强的病害,严重制约了油茶产业的发展,油茶患炭疽病初期只需及时修除树上的患病部位,随着病情的加重需铲除患病枝干,患病严重的病株要及时砍伐。针对目前检测油茶炭疽病等级的实验复杂、判定精度不高等问题,提出采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合傅里叶变换近红外光谱检测油茶叶片炭疽病等级判定的方法,以实现油茶炭疽病等级的快速、高效和高精度判定。健康和感染不同程度炭疽病油茶叶片的LIBS光谱中Fe、Ca、Mn、CaⅡ等元素健康油茶叶片与患病油茶叶片存在显著差异,且随着患病程度的增加元素的特征峰强度逐渐降低,主要原因是这几类元素都是油茶生长所必需的元素;健康油茶叶片与患不同程度炭疽病油茶叶片的傅里叶变换近红外光谱的吸光度也存在差异,随着油茶叶片炭疽病等级的加重傅里叶变换近红外光谱的吸光度逐渐降低,主要是由于傅里叶变换近红外光谱能够反映样品的物理特性。分别采用归一化(Normalization)、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)预处理方法结合竞争自适应重加权采样(CARS)、连续投影算法(SPA)变量筛选方法建...     

几种花粉的傅里叶变换红外光谱研究

本文利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)对7种植物[玉兰、香水百合、天竺葵(粉红,红色)、兰花、菊花、马蹄莲]花粉进行了研究。结果显示,花粉样品的红外光谱主要由蛋白质、多糖、脂类物质的特征吸收峰组成。不同种花粉的红外光谱的差异表现为脂类物质的特征吸收峰强度的变化,多糖特征吸收峰峰形的区别,以及蛋白质和多糖的特征峰强度比的不同。不同颜色的天竺葵光谱差异较小,仅脂类特征吸收峰略有差异。研究表明,利用红外光谱建立数据库,有可能依据花粉的傅里叶变换红外光谱鉴别植物。     

FTIR结合主成分分析对棕榈科植物鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)对棕榈科植物2个亚科4个族的植物叶片进行了光谱研究。结果显示,棕榈科同族不同种和同科不同族的植物在红外光谱上表现出差异。用二阶导数光谱进行主成分分析,显示可以将样品进行正确分类。研究表明傅里叶变换红外光谱在鉴别分类植物方面具有应用潜力。     

不同海拔保山小粒咖啡的红外光谱鉴别研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和二维相关红外光谱(2D-IR)对云南保山四种不同海拔的小粒咖啡进行分析,结果显示咖啡的主要由为脂质、蛋白质、多糖和咖啡因的峰组成。不同海拔咖啡样品的FTIR光谱在整体上无明显差异,二维相关红外光谱在2 800～3 800 cm^-1范围内自动峰的数量和强度存在明显差异,高海拔咖啡自动峰数量比低海拔咖啡的要多。研究表明傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能够快速、有效地鉴别不同海拔小粒咖啡。     

红外光谱图像技术及其在生物学研究中的应用

文章介绍了红外光谱图像技术;介绍了用焦平面阵列检测器、步进扫描傅里叶变换光谱仪、红外显微镜、分束器构成的红外光谱图像硬件系统及信息提取的软件方法;给出了用红外光谱图像分析猴脑组织中蛋白质和磷左异、残留在人胸部组织中的硅酮、水稻叶片等３个在生物学研究中的应用实例;指出了经外光谱图像技术进一步的发展方向是采用同步辐射作为光源、依靠数学算法提高分辨率和发展空间化学计量学来提取空间信息。     

几种常见树种叶片光谱秋季变化特征分析

叶片随着时间生长产生变化,其光谱特征也会发生变化。研究相同树种叶片不同时间条件下的光谱变化规律以及不同树种叶片相同时间条件下的光谱特征,不仅为植被叶片光谱随时间变化的规律研究提供理论基础,也是高光谱遥感精确识别植被信息的关键。选取北京市10种常见树种,利用地物光谱仪观测各树种不同时间叶片光谱,同时将观测的光谱进行一阶微分处理和典型波段分析,对比相同时间不同树种叶片光谱的差异,分析相同树种不同时间的光谱变化规律,探索不同时相条件下高光谱遥感识别树种的有效波段。结果表明：不同树种叶片光谱均随时间的改变而产生显著变化,但差异规律各不相同;不同树种相同时间叶片光谱在部分波段存在显著差异,为高精度树种识别提供了理论依据和叶片基础光谱数据。     

萌发油菜种子的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱对不同萌发天数的油菜种子进行研究。结果显示,油菜种子的一维原始光谱主要由脂质峰、蛋白质峰、糖类峰组成;与对照组(未做萌发处理)相比,萌发油菜的脂质、糖类和蛋白质的含量发生明显变化。在对1 700～1 000 cm^-1光谱范围内的二维相关红外光谱分析中得出,对照组与萌发油菜的自动峰数量、强度、位置均发生明显变化。结果表明傅里叶变换红外光谱是研究萌发油菜种子的一种快速、简便的方法。     

自然老化谷类种子的二维红外光谱研究

种粮老化影响种子活力及粮食品质。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二阶导数红外光谱(SD-IR)和二维相关红外光谱(2D-IR)方法对不同储藏年份的大麦,小麦,稻谷,玉米和高粱种子进行区分研究。结果显示,原始光谱中几个峰强比有差异;在二阶导数红外光谱中,不同储藏年份种子在1 800～800 cm-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。二维相关红外光谱结果显示：大麦在1 350～1 800 cm-1,小麦,稻谷,玉米和高粱在860～1 690 cm-1范围内有明显差异,随储藏年份增加,自动峰和交叉峰的数目减少,强度减弱。结果表明,应用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能有效快速地区分不同储藏年份的谷类种子。     

基于太赫兹技术的植物叶片水分检测初步研究

叶片含水量是植物健康状况的重要衡量指标之一。太赫兹波处于红外和微波之间,对样品水分变化非常敏感,当太赫兹光谱穿透含水丰富的叶片时,叶片中水分等物质能对太赫兹光谱产生强烈的吸收,根据叶片不同位置处水分含量的不同,能利用太赫兹光谱技术对植物叶片进行成像。本研究利用太赫兹技术检测植物叶片的水分含量,初步探讨植物叶片中水分和太赫兹成像的相关关系。实验采集离体绿萝叶片,每隔一定时间通过太赫兹光谱仪对叶片逐点扫描,获取叶片每一点的太赫兹时域光谱数据,经过傅里叶变换得到对应频域光谱,提取时域幅值的光谱参数以及特定频域光谱,对植物叶片图像进行重构,获取植物叶片的二维图像。结果表明,不同频率下,绿萝离体叶片的太赫兹二维图像呈现明显差异,叶肉与叶脉中水分含量不同,对太赫兹波的吸收也不同,根据图像,能清晰显示植物叶片叶肉与叶脉部位的水分含量差异。通过叶片时域幅值的平均值、叶片频域平均值与叶片水分含量建立相应的回归模型,时域最小幅值光谱与水分含量建立的最佳模型预测相关性达0.989 1,预测均方根误差为0.024 4 g。研究表明太赫兹技术用于植物叶片的水分含量检测具有较好的研究潜力。