不同发光二极管单色光质对三角褐指藻中岩藻黄素含量及相关基因表达的影响

研究了发光二极管(LED)单色光质对三角褐指藻细胞生长、岩藻黄素含量及岩藻黄素生物合成相关基因表达的影响。实验结果表明:红光、绿光、紫光可以促进三角褐指藻的生长,在红光处理下,第6天的藻细胞数与对照组相比极显著上升(P0.01),增加了12.44%;黄光、蓝光对三角褐指藻的生长均有抑制作用;经绿光、紫光处理后,藻细胞的衰老速度比对照组快;用红光、紫光处理三角褐指藻,其岩藻黄素含量有所增加,与对照组相比分别增加了16.61%和26.78%;蓝光、绿光处理后的岩藻黄素含量与对照组相比极显著降低(P0.01),这与光合作用相关的色素指标——叶绿素a的含量变化基本一致。岩藻黄素生物合成相关基因表达的结果表明:在玉米黄素环氧酶基因(zep)、八氢番茄红素合成酶基因(psy)、ξ-胡萝卜素脱氢酶基因(zds)、番茄红素β-环化酶基因(lcyb)、胡萝卜素异构酶基因(crtiso)和八氢番茄红素脱氢酶基因(pds)这6个基因中,关键基因psy的表达量与岩藻黄素含量的变化基本一致;在红光处理下,pds、lcyb的表达量显著上调。在不同光质处理下,三角褐指藻中岩藻黄素的生物合成可以由岩藻黄素生物合成相关基因表达来实现,而且还可能与光合作用有关。     

不同LED光质对人参种苗叶片生理特性和超微结构的影响

主要针对不同光质对人参种苗叶片生长影响的研究,从而探究人参工厂化育苗的优良光质,为提高种苗质量提供基础依据。试验设置六组处理,分别为白光（W,作为对照）、蓝光（B,450～470 nm）、红光（R,625～655 nm） 、绿光(G, 510～530 nm)、黄光(Y, 585～605 nm)、红蓝光(RB, R/B=4∶1),白光作为对照光源。试验结果表明,不同光质下生长的人参种苗叶片在外观形态、生理特性和细胞结构上都显现明显的差异。在叶面积的生长过程中,红蓝光和白光下的叶面积较大,红光次之,蓝光下最小;在叶绿素含量的分布中,添加蓝光的处理组明显高于对照组,说明蓝光对叶绿素的合成有关键作用,红光下叶绿素含量最低,表明红光不利于叶绿素的合成。蓝光、黄光和白光下叶绿素荧光电子效率较高,而在气孔特性上,绿光、红光和白光的气孔数量较多,单个气孔面积蓝光和红蓝光下较大。通过电镜下叶片超微结构的观察发现,不同光质对叶片的细胞结构产生了明显的影响,主要表现在线粒体和叶绿体的分布以及叶绿体的结构上,其中白光和蓝光照射下的线粒体和叶绿体数量较多,叶绿体片层结构垛叠数上也更紧凑丰富。另外,不同光质下生长的幼苗叶片衰老进程也产生了明显的差异,蓝光、红蓝光照射下衰老速度较快。综上所述,不同光质对于人参种苗叶片生长的影响各不相同,蓝光和红蓝复合光照射具有较多的优良性状和较好的生理参数,因此在应用和实践上还需要根据具体的需求制定相应的光质配比策略,以达到壮苗丰产的目的。     

不同光照强度和光质对铁线莲品种繁星(Clematis‘nelly moser’)不定芽诱导和生长的影响

以铁线莲品种繁星(Clematis' nelly moser’)的带节茎段为材料,研究不同光照强度和光质对铁线莲不定芽繁殖的影响.以MS为基本培养基(含有0.2 mg/L 1-萘乙酸和2 mg/L 6-苄氨基腺嘌呤),设置光照强度梯度为0、500、2 000、3 000和4 000 Lux的白光光照;用透明玻璃纸得到蓝(440 nm)、绿(560 nm)、红(650 nm)3种光质,以白光为对照组,强度均为3 000 Lux.结果表明:在光照强度为3 000 Lux的白光光照下,不定芽的诱导效果最好,其诱导频率和每个外植体上不定芽的数量分别为100％和4.4,每个外植体上不定芽的平均高度为5.66cm,平均节数为4.6个;蓝光能够显著提高不定芽的诱导数量,是相同光强白光诱导数量的1.27倍,蓝光下不定芽SOD和CAT的最大值显著高于其它光质下的数值,且叶绿素a和b的比值最大.     

不同光质对人参愈伤组织生长及皂苷含量的影响

人参主要依靠大田栽培,耗时长,利用植物组织培养技术不仅可以缩短育种年限,还可以用来生产次生代谢产物。在组织培养中,光质对于药用植物次生代谢产物的影响受到了人们广泛关注。以人参愈伤组织为试材,采用超高效液相色谱法,研究了不同光质（包括红光、红蓝光、蓝光、绿光、黄绿光）对人参愈伤组织生长状态、总皂苷及9种皂苷单体Rg1,Re,Rf,Ro,Rb1,Rc,Rb2,Rb3,Rd含量的影响。结果表明：绿光加速人参愈伤组织老化,促进次生代谢产物的积累,而蓝光对人参愈伤组织生长有促进作用;红光和绿光对总皂苷作用不明显,且蓝光、红蓝光（1∶1）、黄绿光（1∶1）对人参皂苷转化与合成起到明显的抑制作用;与对照组相比,绿光处理后Rg1、Rf含量均偏高,其含量分别为4.063和1.194 mg·g-1,对Rg1、Rf人参皂苷单体含量有促进作用。表明不同光质对人参愈伤组织生长及皂苷含量有不同的影响,可以通过绿光处理来获得人参单体皂苷Rg1和Rf。该研究旨在探究光质对人参愈伤组织生理生化的影响,提高人参皂苷含量,为工业化生产提供理论依据。     

壳聚糖絮凝澄清蛇足石杉提取液的工艺研究

采用正交试验设计法考察了壳聚糖对蛇足石杉提取液的絮凝澄清效果。优选出的最佳工艺条件为:料液比(g/mL)为1:10,pH为5,反应温度50℃,壳聚糖浓度0.5g/L,反应时间60min,搅拌速度100r/min。在此条件下透光率可达81.6%。壳聚糖用于蛇足石杉提取液的絮凝澄清切实可行,并为后续的工艺改进提供了科学依据。     

基于LSD分析LED多重光质配比对芦荟生长的影响

利用LED精量调制光源,设置红光、蓝光、红蓝1∶1、红蓝7∶1共4个不同光质配比的LED植物补光灯实验组,以室内自然光(CK)为空白对照组,对芦荟盆栽进行补光处理,基于SPSS软件对实验数据进行LSD多重方差分析,研究不同光质配比对芦荟生长的影响。实验结果表明:红光能促进芦荟叶片的伸长,蓝光有利于促进芦荟叶片厚度的增加,红蓝7∶1光处理下的芦荟生长效果最好,是本次实验中的最佳光质配比。     

LED红蓝光连续光照及其光强对生菜生长及矿质元素吸收的影响

红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要光谱,且红蓝LED是植物工厂光源的发展趋势。因此为实现连续光照在植物工厂中的应用,植物对红蓝光谱连续光照的响应特征及其机理亟待探究。在环境可控的植物工厂内,应用ICP-AES技术,研究了红蓝光谱下连续光照及其光强对生菜生长和矿质元素吸收的影响。该研究共包含两个试验,试验一设置了常规光照（12 h/12 h）和连续光照（24 h/0 h）2个光照处理及5个生菜品种,试验二设置了5个连续光照光强处理（80,120,160,200和240 μmol·m-2·s-1）。结果表明,连续光照30 d内生菜的干重和干物质含量能够持续显著提高,且表现为随连续光照光强增加而升高的趋势。但地上部鲜重仅在连续光照的前15 d得到显著提高,并随光强增加而升高。而连续光照30天时,连续光照对生菜地上部鲜重无显著促进作用,甚至显著降低意大利生菜的地上部鲜重。相比常规光照,连续光照30 d显著降低了生菜的Ca,Mg,Fe,Mn,Cu和Zn含量,但这些元素积累量均有所增加。不同光强下,生菜Ca,Fe,Cu和Zn的含量随光强增加而降低,其中Ca和Fe积累量随光强增强而升高,Cu和Zn积累量不受光强影响。Mg元素含量和积累量均随光强增强先升高后降低。Mn元素含量受光强影响不显著,但积累量随光强增大而升高。此外,连续光照30 d生菜叶片出现褪绿萎黄的伤害症状,且伤害症状随光强增加而逐渐加重,说明矿质元素含量的降低在一定程度上加剧了连续光照伤害。综上所述,15 d连续光照能够显著提高生菜产量。全生长期（30 d）连续光照虽能促进生菜干物质累积,但对产量无显著促进作用,同时还会导致生菜矿质元素含量的降低及叶片伤害。相对而言,低光强（80和120 μmol·m-2·s-1）连续光照对生菜无明显伤害作用,且矿质元素含量相对较高,但不能提高产量。研究结果表明短期红蓝光连续光照更适宜应用于在植物工厂生菜栽培,能够获得相比能量投入更高的产量。矿质元素含量的降低可能是长期连续光照伤害的机制之一。     

基于加权平均法的活体藻类三维荧光标准光谱构建

针对活体荧光光谱不稳定引起的蓝藻门活体藻类定量误差问题,以实验室培养的4种类6个生长期的48个蓝藻样品为研究对象,通过测量样品叶绿素a和藻蓝蛋白的含量,结合藻类活体三维荧光光谱,研究了不同藻种种类、生长期和生长环境下蓝藻细胞色素组成和色素荧光效率的差异;定量分析不同条件对藻类活体荧光光谱不稳定性的影响,获得了不同条件下的光谱不稳定性权重谱;在此基础上,构建基于加权平均方法的蓝藻门活体藻类加权荧光光谱;比较了加权荧光光谱与不同条件下归一化荧光光谱对样品集的测量结果。结果表明:加权荧光光谱能有效降低荧光测量法对藻种种类、生长期、生长环境的依赖性,提高蓝藻门叶绿素浓度的测量准确性;测量结果的相对误差为0.1%~30.4%,平均相对误差为12.8%,相对误差最大可降低104.1%。     

细菌视紫红质的动态透射特性及其应用

细菌视紫红质 (Bacteriorhodopsin,简称 b R)是由嗜盐菌中提取出的一种光敏蛋白质 ,它是一种新型的生物光子学材料。我们测量的 b R膜在黄光和蓝光束分别照射下的非线性透射特性表明 ,在光照开始阶段 ,光的透过率随时间延长而增加 ,然后逐渐达到一个稳定值。黄光和蓝光的透过特性的不同是蓝光达到最大透过率的时间比黄光短。 b R膜在黄光和蓝光双光束同时照射下的非线性透射特性的计算结果表明 ,在某一固定蓝光光强 ,蓝光的透过光强随黄光强度的增加而减小 ,甚至变为零。这说明黄光对蓝光有抑制作用 ,即黄光可以调控蓝光的透过率。这一奇异的透射特性可以用做新出现事物滤波器     

应用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断

传统的作物氮营养诊断需要大量的实验室分析和破坏性取样,时效性和便捷性不足。高光谱技术被逐渐应用到作物氮营养监测当中,但由于仪器昂贵并需要专业的软件进行处理,在一定程度上限制了这一技术的应用。文章通过田间试验研究了采用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断的可行性,并试图寻找适宜的表征作物氮营养的可见光光谱参数。研究结果表明,绿光值、蓝光值、红光标准化值、绿光标准化值和蓝光标准化值等多个图像参数均与夏玉米的植株全氮含量、叶片SPAD值有着显著的线性相关关系。在低施氮条件下, 叶脉硝酸盐浓度低于2 000 mg·L-1时,绿光值、蓝光值、绿光标准化值和蓝光标准化值与叶脉硝酸盐浓度有着显著的线性相关关系。而在高施氮条件下,叶脉硝酸盐浓度高于2 000 mg·L-1时,随着叶脉硝酸盐浓度的升高,图像参数呈平台反应,不再增加。综合比较来说,以绿光标准化值和蓝光标准化值为最好,与各常规的氮营养诊断指标的相关系数介于0.45～0.66之间。     

LED单色红光对西兰花采后黄化抑制效果的影响

光照是影响植物生长发育的重要因子,在植物生长过程中,对植物的生理代谢、光合特性、品质及衰老均有广泛的调节作用。然而国内外对于采后光照是否仍然可以提高果蔬品质,延长贮藏保鲜期的研究少见报道。采用红、蓝、绿三种单色光照射处理西兰花,红光对采后西兰花花球黄化具有抑制作用,蓝光抑制作用不明显,而绿光则加速了西兰花黄化,因此本文将重点研究LED单色红光对西兰花采后黄化抑制效果。采用波长为625±5 nm,光照强度(100±5)Lx的LED单色红光持续照射西兰花花球,以避光处理为对照。结果表明：LED单色红光能够抑制西兰花花球表面色差L值升高,保持色差-a/b值,延缓叶绿素降解;同时能够降低西兰花呼吸强度,推迟呼吸高峰,降低乙烯生成速率,有效保持了西兰花的商品性。相关性分析表明,采用LED单色红光处理后,乙烯生成速率与黄化指数之间达到极显著正相关水平(p<0.01)。与常规无光处理相比,LED单色红光处理延长了西兰花保鲜期5 d左右,为西兰花的贮藏保鲜提供理论依据。本文创新点在于首次将无化学污染、环境友好特性的LED单色光引入西兰花采后贮藏保鲜过程中,重点研究了LED单色红光对西兰花采后颜色变化的影响,明确了LED单色红光对西兰花采后黄化具有抑制作用。     

红蓝复合光谱对两个生态型羊草光合生理特性的影响

采用LED红蓝光源激发产生不同比例、不同强度红蓝复合光,对实验控制培养的两个生态型羊草光合生理特性进行研究。两个生态型羊草在红蓝复合光低于50 μmol·m-2·s-1时光合作用不能进行,红蓝复合光强高于50 μmol·m-2·s-1后,光合速率、气孔限制值和蒸腾速率不断上升,但灰绿型羊草在红蓝复合光达到1 150 μmol·m-2·s-1、黄绿型羊草在红蓝复合光达到907 μmol·m-2·s-1后,光合速率不再增加,出现光饱和现象,同时气孔限制值增加以减少水分过多的消耗,蒸腾速率下降。植物在各个生理指标之间进行权衡,保证在生理损伤最小的情况下获得最大生产能力。在高光条件时,蓝光对光合的作用已逐渐消弱,红光对光合生理的作用逐步增强。在同样的红蓝复合光源照射条件下,灰绿型羊草在保持较低的气孔限制和较高水平水分消耗时,依旧能有较高的光合速率,表明灰绿型羊草光合生产能力和生理的适应性强于黄绿型羊草。对两个生态型羊草光合生理特性产生影响的主要因素就是红蓝复合模拟光谱。     

不同LED光质对枳壳幼苗生长发育的影响

重庆是全国唯一的柑橘黄龙病非疫区及首创“柑橘良种无病毒三级繁育体系”的产区。但是,由于重庆年均日照时数少且年内分配不均,使其柑橘育苗周期显著长于其他产区,严重制约了重庆柑橘苗木产业的发展速度。利用新型节能光源发光二极管(LED)进行秋冬季补光,可缩短柑橘育苗周期,加快优质无毒柑橘新品苗木的繁育。为了阐明不同LED光质及配比对枳壳幼苗生长发育的影响,以砂培枳壳幼苗为试验材料,采用6种LED光处理(红光、蓝光、红蓝1∶1、红蓝4∶1、红黄蓝4∶1∶1 和白光),统计、测定了植株的表型和生物量指标, 为缩短柑橘砧木及新品种苗木繁育周期提供理论和实验依据。结果表明：与荧光灯相比较,不同的LED复合光均显著促进了根伸长、茎增粗(除红蓝1∶1外)、叶变窄;LED红蓝1∶1和红蓝4∶1复合光抑制茎伸长、叶片数形成,促进叶增厚,且后者的叶长被促进、叶面积增大;而红黄蓝4∶1∶1复合光促进茎伸长、叶形成、叶伸长、叶变薄和叶面积增大。相对于单色光来说LED白光及高比例红光的复合光更有利于枳壳幼苗物质合成以及其地上、地下物质分配量;且LED红黄蓝4∶1∶1复合光下枳壳幼苗地上部分的生物量最大,而根冠比最小。因此,LED红黄蓝4∶1∶1复合光最适宜于枳壳幼苗的物质合成与地上部分生长,可为光照不足季节或地区(特别是重庆地区)柑橘苗木的LED精准补光技术构建提供理论依据。     

可见-近红外光谱的螺旋藻生长品质指标快速无损检测

为了实现微藻生长过程品质指标的快速无损检测，提出了可见-近红外光谱技术检测不同红蓝光源组合培养条件下螺旋藻中叶绿素a和蛋白质的含量。采集不同含量红光和蓝光组合下螺旋藻在325～1 075 nm波段范围内的光谱信息，其中红光与蓝光的含量组合分别是(100%，0%)，(90%, 10%)，(70%，30%)，(50%, 50%)。同时测量叶绿素a和蛋白质的含量，建立偏最小二乘(PLS)预测模型。分别基于连续投影算法(SPA)选择了用于叶绿素a和蛋白质预测的特征波长，分别得到5个(404，440，518，662和875 nm)和4个(411，531，602和1 047 nm)特征波长。基于特征波长建立了PLS和多元线性回归(MLR)预测模型，SPA-MLR模型中叶绿素a和蛋白质预测集相关系数(correlation coefficient, R_p)分别是0.949和0.974，均方根误差(RMSEP)分别是0.018 8和0.006 74。结果表明：可见-近红外光谱检测螺旋藻藻体中叶绿素a和蛋白质含量是可行的，通过测量螺旋藻的光谱结合化学计量学方法可以实现对螺旋藻生长状况的检测。     

利用高光谱遥感监测紫外辐射对亚热带树木的影响

研究了中国亚热带地区常见的三种常绿阔叶树种在不同强度的UVB(L-UVB,CK和UVB)作用下,其叶片的叶绿素相对含量及可见光部分的光谱反射率的变化特征。实验结果显示:不同受试树种对UVB敏感不同,叶绿素含量因树种不同变化很大,同一树种在叶绿素含量上过滤UVB处理显著高于加强UVB处理;在可见光部分的光谱反射率,加强UVB的处理则普遍高于L-UVB的处理;树种间对不同胁迫程度的适应存在差异。在不同强度UVB作用后,各树种叶片在可见光部分的光谱反射率的差异主要集中在绿光及红光。本文的研究结果表明亚热带常绿阔叶树种对UVB具有较强的敏感性,不同树种对UVB处理的反应不同。     

应用数码相机进行绿肥翻压后春玉米氮素营养诊断和产量预测

在绿肥翻压条件下,常规的玉米氮素营养诊断技术存在耗时、费力和可靠性差的缺点。基于数码相机的可见光光谱技术已被广泛应用于大田作物的氮素营养诊断,但尚未见应用于绿肥翻压后的玉米氮素营养诊断。为评价利用图像处理技术进行绿肥翻压后玉米氮素营养诊断和玉米产量预测的可行性,设置了不同施氮水平下的绿肥翻压试验,利用数码相机获取不同生育期玉米冠层数字图像,分析了玉米冠层图像色彩参数与氮素营养诊断指标和成熟期籽粒产量之间的关系。结果表明,绿肥翻压显著改善了玉米的氮素营养,不同生育期的玉米叶绿素含量(SPAD值)、地上部生物量和吸氮量均高于单施化肥处理;绿肥翻压处理下,玉米冠层光谱指数与氮素营养指标间的相关性较单施化肥处理低,且其相关性在不同的生育期有较大变异,其中,12叶期(V12)的蓝光标准化值(B/(R+G+B))与灌浆期(R4)的红光标准化值(R/(R+G+B))与植株氮营养指标相关性较好,二者均与玉米产量间呈显著直线回归关系,回归系数分别为45%和46%。因此,数字图像技术在进行绿肥翻压后玉米氮素营养的诊断和产量预测方面具有应用潜力,但应注意诊断时期和关键指标的选择。     

Steady state and time resolved laser-induced fluorescence of garlic plants treated with titanium dioxide nanoparticles

The study involves investigation of the effect of the interaction of titanium dioxide nanoparticles with garlic plant by spectroscopy techniques. For this, garlic plants have been grown in the laboratory under controlled conditions of light flux, temperature, humidity, and nutrient media. The growth and biomass parameters in terms of shoot length, fresh, and dry mass are found to increase upon the treatment of titanium dioxide nanoparticles while a reduction is observed in the root length of the garlic plants. The steady state laser-induced fluorescence, time resolved laser-induced fluorescence, and ultraviolet visible spectra of the control and titanium dioxide nanoparticles-treated plants have been acquired. The curve fitting data reveal that titanium dioxide nanoparticles decrease the intensity and fluorescence intensity ratio of red and far red chlorophyll fluorescence bands indicating increase in the photosynthetic activity and chlorophyll content. The evaluation of life time of the excited chlorophyll molecule shows that life time is effected by the treatment of the titanium dioxide nanoparticles. The results pertaining to ultraviolet visible measurement indicate increase in the concentration of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid, and quercetin in the leaves of garlic plants treated with titanium dioxide nanoparticles.     

Photoluminescence of Cu:ZnS, Ag:ZnS, and Au:ZnS nanoparticles applied in Bio-LED

In this work, transition elements, including Cu²⁺, Ag⁺, and Au³⁺, were used to dope in zinc sulfide (ZnS) by chemical solution synthesis to prepare Cu:ZnS, Ag:ZnS, and Au:ZnS nanoparticles, respectively. Transition elements doping ZnS nanoparticles form the electronic energy level between the conduction band and valance band, which will result in the green light emission. There is a zinc sulfide emission shift from blue (~3.01 eV) to green light (~2.15 eV). We also found that Au:ZnS nanoparticles will emit a green light (~2.3 eV) and a blue light (~2.92 eV) at the same time because the mechanism of blue light emission was not broken after Au element had been doped. Furthermore, we used sodium chlorophyllin copper salt to simulate chlorophyll in biological light emission devices (Bio-LED). We combined copper chlorophyll with Cu:ZnS, Ag:ZnS, and Au:ZnS nanoparticles by a self-assembly method. Then, we measured its photoluminescence spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy to study its emission spectrum and bonding mode. We found that Au:ZnS nanoparticles are able to emit green and blue light to excite the red light emission of copper chlorophyll, which is a potential application of Bio-LED.