钾镁胁迫对橡胶幼苗叶片物质成分影响的FTIR表征

养分亏缺是作物产量和质量提升的重要限制因子。我国砖红壤植胶区钾、镁缺乏及其低的有效性长期制约天然橡胶的产、质量。以“热研7-33-97”橡胶幼苗为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对钾、镁胁迫下橡胶树叶片物质组成特征进行研究,分析不同钾、镁胁迫条件下叶片红外光谱图谱特征峰的变化及其差异,探讨钾、镁胁迫对叶片物质成分和结构的影响,以期为钾镁缺乏影响橡胶树生长与生理代谢的机理研究提供参考。结果表明：（1）缺钾条件下,1 554,1 519和1 075 cm-1处的吸收峰缺失,表明橡胶叶片中蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,并且其他特征峰吸光度与正常处理相比均有不同程度的升高,表明缺钾造成蛋白质、碳水化合物等物质在叶片中大量积累,物质转运效率降低;（2）缺镁条件下,1 554 cm-1处吸收峰向高频方向位移了6 cm-1,说明缺镁造成蛋白质酰胺Ⅱ带的结构发生改变,同时,1 550~1 350 cm-1波数范围内吸收峰相对吸光度明显下降,说明缺镁降低了细胞壁多糖以及含油脂化合物的含量,且该波数范围内的三个吸收峰较其他吸收峰变化敏感,表明该波段可以较好地指示橡胶叶片镁营养状况;（3）钾镁同时缺乏条件下,各吸收峰的相对吸光度和强度明显减弱,1 554,1 519和1 075 cm-1处的吸收峰缺失,说明蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,1 057 cm-1处吸收峰向高频方向位移了11 cm-1,表明橡胶叶片中果胶类多糖分子结构发生了变化。综上所述,缺钾造成橡胶叶片蛋白质、糖类物质的含量的大量积累,缺镁造成叶片细胞壁多糖和油脂化合物下降,而钾镁同时缺乏时蛋白质、脂类、糖类物质等物质含量均明显下降。研究表明,使用FTIR技术对养分缺乏下的橡胶叶片物质成分定性分析具有一定的可行性,同时可为橡胶钾、镁营养生理代谢的机制研究提供新的思路和方法。     

航天诱变育种甜椒品系的红外光谱分析

首次采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对航天诱变育种甜椒品系种子和一般大田生产的甜椒品种种子进行了对比研究,比较了它们红外光谱的异同。甜椒种子的红外光谱主要由蛋白质的吸收带和碳水化合物的吸收带组成。航天育种的两个甜椒品系种子(SP11和SP18)红外光谱的主要吸收峰的峰位、峰形与普通甜椒品系种子相同,表明经航天诱变的甜椒其主要化学成分和基本结构并未发生变化。太空甜椒种子,在2 854,1 652, 1 542以及1 160～1 062 cm-1范围内的吸收都较普通甜椒种子增加。2 855 cm-1峰是CH₂—伸缩振动,1 652 cm-1处的吸收峰为酰胺Ⅰ带,是CO的伸缩振动峰,1 542 cm-1的吸收峰是酰胺Ⅱ带,是N—H的弯曲振动和C—N的伸缩振动,1 160 cm-1处的峰可能为碳水化合物的C—O的伸缩振动引起。表明航天诱变使甜椒种子的蛋白质和碳水化合物含量增加。     

酯化前后酵母菌的红外光谱比较

对啤酒酵母酯化前后的红外光谱进行了分析。啤酒酵母的红外光谱图主要由蛋白质的吸收带、碳水化合物的吸收带组成。1 652 cm-1处的吸收峰为酰胺Ⅰ带,是CO的伸缩振动,1 542 cm-1的吸收峰是酰胺Ⅱ带,振sup>振动和N—H的弯曲振动引起的。1 454 cm-1处的吸收峰为CH₃和CH₂的弯曲振动峰;1 160 cm-1处出现的峰可能为细胞壁的主要成分——碳水化合物中C—O的伸缩振动峰;1 080 cm-1处的吸收峰是由啤酒酵母中的RNA,DNA或细胞壁中存在的碳水化合物或醇中的C—O伸缩振动引起的。用甲醇酯化后在1 744和1 454 cm-1处的吸收峰强度增加,说明酵母菌细胞表面的羧基发生了酯化反应。酯化后细胞的主要成分和结构保持完整。     

硼胁迫下不同柑橘砧木叶片物质组成及结构的FTIR表征

硼作为高等植物必需的微量元素,从缺乏到过量的范围很窄,因此缺硼和硼毒害导致作物产量及品质下降等问题一直是国内外关注的重点。以不同柑橘砧木(枳橙和枳壳)为材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)探讨低硼及高硼胁迫对不同砧木叶片物质组成和结构的影响及其差异。结果表明：(1)低硼及高硼胁迫均抑制了柑橘砧木地上部的生长,高硼时枳壳砧木叶片出现典型的硼中毒现象,而枳橙砧木叶片则无明显的硼毒症状,表明枳橙砧木比枳壳砧木更耐高硼胁迫;(2)低硼胁迫时,枳壳砧木叶片缺失1 153,1 053和1 028 cm-1三个特征峰,而枳橙砧木叶片仅缺失1 055 cm-1一个特征峰,且两种砧木叶片其他特征峰的相对吸光度较正常硼处理整体增加,表明缺硼导致枳壳砧木叶片纤维素糖苷及可溶性糖、核糖的结构发生变化且含量增加,仅改变枳橙砧木叶片可溶性糖的结构。因此,低硼胁迫对枳壳砧木影响大于枳橙砧木;(3)高硼胁迫时,枳壳砧木叶片1 153和1 053 cm-1两个特征峰消失,增加1 622 cm-1处特征峰;枳橙砧木叶片缺失1 024 cm-1处特征峰,且其他特征峰的相对吸光度较正常处理整体降低,表明高硼改变枳壳砧木蛋白质、可溶性糖等碳水化合物的结构且含量减少,而枳橙砧木仅核糖的结构发生变化,说明高硼对枳壳砧木叶片多糖结构的影响大于枳橙砧木。因此,枳橙砧木比枳壳砧木更耐低硼和高硼胁迫,硼对不同砧木物质组成和结构的效应差异是其中一个关键因子。     

梧桐树叶吸附铜离子前后红外光谱分析比较

本文对吸附Cu2 前后梧桐树叶的红外光谱进行了分析比较.梧桐树叶的红外吸收光谱图主要由碳水化合物如木质素、纤维素等吸收带组成.1735cm-1和1615cm-1处的吸收峰是由C=O的伸缩振动引起的;1515cm-1的吸收峰是苯环的骨架振动峰,1243cm-1处是苯羟基中C-O的伸缩振动峰.1447cm-1处的吸收峰为CH3和CH2的不对称弯曲振动峰,1370cm-1处是甲基的弯曲振动峰.吸附Cu2 后,羧基的羰基峰(1735cm-1附近)向低波数移动1-2cm-1,酮羰基峰(1616cm-1附近)向高波数移动2-8cm-1;天然树叶1242cm-1处的吸收峰红移至1238cm-1处.红外光谱比较分析的结果表明吸附Cu2 后树叶的结构仍保持完整.     

农药残留动态的原位衰减全反射红外光谱表征

原位衰减全反射红外光谱用于农药残留动态研究。通过对果蔬(西红柿)表面敌敌畏和乙酰甲胺磷两种农药的原位表征,发现敌敌畏具有显著的挥发性,喷淋20min后降解达80%,同时,表征CO的1 734cm-1吸收峰在20min转为负峰,结合3 073cm-1吸收峰显著减弱,1 277cm-1吸收峰在减弱的同时发生了显著的红移(30cm-1),表明敌敌畏可能存在一定程度的水解;而喷淋乙酰甲胺磷后120min无明显变化,表明乙酰甲胺磷相对稳定。     

原位漫反射红外光谱表征钛硅分子筛TS-1催化苯乙烯氧化反应

采用高温漫反射红外光谱考察了钛硅分子筛TS-1的稳定性,发现960 cm-1吸收峰在673 K时没有变化,表明所表征的骨架钛具有一定的高温稳定性,而表征分子筛骨架振动的两个吸收峰在673 K下向低波数位移了约13 cm-1。探讨了H₂O₂吸附对TS-1分子筛骨架钛的影响,发现960 cm-1处的吸收峰在吸附H₂O₂后强度减弱,并且向高波数位移了11 cm-1;抽真空或加热,吸收峰又复原,表明骨架钛可能存在TiO结构,H₂O₂与分子筛中的TiO作用,使相应的960 cm-1吸收峰向高波数位移。原位漫反射红外光谱考察了TS-1催化苯乙烯氧化反应,谱图分析表明,苯甲醛是主要产物,TS-1催化氧化的关键是H₂O₂吸附在TS-1的骨架钛上形成活性中心。     

FTIR结合统计分析对竹类植物的鉴别分类研究

傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和系统聚类分析用于竹类植物鉴别分类研究。六种竹亚科植物54个竹子叶片的红外光谱测试结果显示竹叶光谱主要由蛋白质、碳水化合物、脂类等吸收带组成,竹叶光谱相似,仅在1 800～700 cm-1范围峰数、峰位、峰强上存在较小的差异。六种竹子叶片红外光谱的二阶导数谱在1 800～700 cm-1范围显示明显差异。用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行主成分分析,在主成分PC1,PC2,PC3三维空间图中,所测试竹叶样本分类正确率达98%;在PC3-PC4二维投影图显示所有竹叶样本正确分成六个区域;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行聚类分析,所测竹叶样本正确聚为六类。表明FTIR结合统计分析能够在种水平对竹亚科植物鉴别分类。     

柠檬酸和乙二胺改性前后麦秸秆的红外光谱分析比较

对天然麦秸秆(NWS)、柠檬酸改性麦秸秆(CWS)、乙二胺改性麦秸秆(EWS)的红外光谱进行了比较分析.NWS的红外吸收光谱主要由碳水化合物如木质素、纤维素等吸收带组成.NWS表面的羟基吸收峰出现在3405.16cm-1、2916.81cm-1处的吸收峰来自亚甲基中C—H的伸缩振动.1736.02cm-1和1602.21cm-1处的吸收峰是由C=O的伸缩振动引起的;苯环的骨架伸缩振动峰出现在1511.33cm-1;1425.47cm-1处的吸收峰是来自羧基的C—O伸缩振动,1376.19cm-1处为CH2的弯曲振动峰.与NWS的红外光谱图相比,CWS的主要变化为1738.13cm-1和1592.06cm-1处C=O吸收峰强度显著增加;EWS的主要变化为3405.16cm-1处的吸收峰蓝移至3417.43cm-1,且强度增加,1736.02cm-1处的吸收峰消失,CH2的C—H伸缩振动峰(2903.49cm-1)和弯曲振动峰(1382.91cm-1)强度显著增加,结果说明改性后分别引入了羧基和胺基.     

钾硼胁迫对棉花功能叶物质成分影响的FTIR表征

钾和硼均是植物必需的营养元素,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。棉花对钾和硼都有较高的需求量,而棉花缺钾或缺硼时有发生。以鄂抗8号品种的棉花作为研究材料,利用傅里叶变换探讨钾硼胁迫对棉花功能叶片物质成分的影响。红外光谱(FTIR)对钾硼胁迫下棉花叶片的物质成分进行研究,分析钾硼缺乏情况下叶片红外光谱的差异。结果表明：(1)缺钾处理时,1 546.86, 1 438.85, 1 153.39和1 024.17 cm-1这4个特征峰消失,且其他特征峰的相对吸光度值与正常处理相比均减小,表明缺钾时棉花功能叶片蛋白质、纤维素、可溶性糖和核糖的结构发生变化且含量降低。(2)缺硼条件下,叶片的特征峰的相对吸光度均有所升高,因而,缺硼则导致蛋白质及可溶性糖、纤维素等碳水化合物等的运输受阻而在叶片中积累。(3)钾硼同时缺乏,棉花功能叶片特征峰的位置和相对吸收强度与正常处理相比有很大差异,表现为棉花功能叶片蛋白质和可溶性糖等碳水化合物的含量升高,而核酸和多糖分子等含量下降。因此缺钾导致棉花功能叶片蛋白质、纤维素、可溶性糖和核糖结构变化的含量降低;缺硼时蛋白质及可溶性糖、纤维素等碳水化合物等在叶片中积累;缺钾缺硼时蛋白质和可溶性糖等碳水化合物含量升高,而核酸和多糖分子等含量下降。     

受污染胁迫玉米叶绿素含量微小变化的高光谱反演模型

通过野外实验测试和室内样品化验,获得3个不同污染状况农田样地自然环境下玉米的高光谱反射率、叶片的叶绿素含量、叶片和土壤的重金属含量等数据。对高光谱数据的可见光波段(400～800 nm)进行导数光谱计算和连续统去除处理,得到吸收谷位置、吸收深度、绿峰位置、绿峰处归一化反射值、红边位置、红边处归一化反射率、红肩位置、吸收宽度、光谱不对称度等光谱特征参数。分析上述参数的物理含义并将其和玉米叶绿素含量变化进行相关分析,选择并确定与玉米污染胁迫叶绿素微小变化有一定关系的参数,作为输入因子,建立BP神经网络模型,逐步增强并提取农田污染胁迫状态下玉米叶绿素含量的微小变化信息。     

利用原子吸收光谱法分析盐胁迫对野生披碱草矿质元素吸收和积累的影响

应用原子吸收光谱法测定了两份耐盐性不同的野生披碱草种质材料在不同盐浓度胁迫条件下根组织和叶组织中的大量元素(Na,K,Ca,Mg)和微量元素(Cu,Fe,Mn,Zn)含量,并对野生披碱草种质材料矿质元素吸收和积累的选择性与耐盐性的关系进行了分析,结果表明：随着盐胁迫浓度的升高,野生披碱草种质材料叶和根组织中Na含量不断增加,耐盐材料HS叶组织中的Na含量显著低于敏盐材料LS(P<0.05);而K和Ca含量呈下降的趋势,在高浓度盐胁迫下,耐盐材料HS中两种元素的含量显著高于敏盐材料LS(P<0.05);微量元素Fe和Zn在野生披碱草材料根、叶组织中的含量升高,Cu在根组织中的含量没有变化,但是在叶组织中升高,而Mn在根、叶组织中的含量都呈下降的趋势,耐盐材料HS叶组织和根组织中Zn和Fe含量低于敏盐材料LS,Mn含量显著高于敏盐材料LS(P<0.05)。     

空气热储存、光合作用和土壤垂直水分运动对黄土高原地表能量平衡的影响

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题. 本文利用黄土高原陆面过程试验(LOPEX)资料, 在将垂直感热平流项引入地表能量平衡方程的基础上, 估算了空气热储存和光合作用储存的大小, 并分别用水分守恒关系和两层土壤温度方法计算了浅层土壤水分垂直通量, 考察了空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对地表能量平衡的影响.结果表明: 黄土高原区自然植被下垫面的空气热储存、光合作用储存和土壤水分垂直运动热量输送平均日变化峰值分别达到1.5, 2.0和7.9 W·m^-2; 在能量平衡方程中引入这三项后, 地表能量闭合度由88.1%提高到89.6%. 空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对于改善黄土高原地表能量不平衡状况有一定作用, 研究区域的半干旱气候背景和植被状况是导致各热储存量与其他试验区存在差异的根本原因.     

叶绿素荧光及其在水分胁迫监测中的研究进展

水分胁迫是一种常见的植被胁迫状态,能够减小细胞水势,引起气孔关闭,破坏光合进程。叶绿素荧光是植物光合作用的探针,可以很好的反应植物生理特征,能够快速、灵敏、无损伤和深层次监测水分胁迫状态。由于叶绿素荧光的影响因素较多,使得水分胁迫与叶绿素荧光的关系比较复杂。从光合作用角度阐述了叶绿素荧光的产生原理,分析了叶绿素、叶片结构、冠层结构和环境因子等对叶绿素荧光的影响,总结了叶绿素荧光在水分胁迫监测中的应用;针对叶绿素荧光复杂的生理基础、影响因素及其在水分胁迫监测中的研究进展,提出了一些科学问题和未来的研究方向,为叶绿素荧光的进一步深入研究提供参考,为叶绿素荧光遥感的进一步应用提供理论支持,为陆地生态系统的准确评估提供借鉴。     

ATR-FTIR和UV-Vis结合数据融合策略鉴别滇黄精产地

黄精药材品质优劣与基原植物产地环境因子密切相关,建立简单、快速且能够准确鉴别药材产地的方法对保证其质量可控及用药安全具有重要的理论意义和应用前景。研究中以云南、四川和广西9个产地的133份滇黄精Polygonatum kingianum coll. et Hemsl根茎为试验材料,采集衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和紫外-可见光光谱（UV-Vis）数据预处理后分别建立单一光谱随机森林（Random forest, RF）模型;将ATR-FTIR与UV-Vis数据直接串联完成低级融合,提取两种光谱的主成分数（PCs）和潜在变量（LVs）以实现中级（中级融合_PCs和中级融合_LVs）和高级数据融合（高级融合_PCs和高级融合_LVs）,基于不同数据融合策略分别建立RF模型;比较不同模型的正确率（ACC）、灵敏度（SEN）和特异性（SPE）,筛选产地鉴别最佳模型。结果显示,不同产地滇黄精ATR-FTIR和UV-Vis峰型相似,吸光度略有差异,ATR-FTIR显示14个共有峰,与糖类、甾体皂苷、黄酮类和生物碱类物质有关,其UV-Vis共有峰主要位于272及327 nm处,与黄酮类物质有关;ATR-FTIR、UV-Vis和低级融合的RF模型,训练集和预测集ACC分别为（76.34%,95.00%）,（80.65%,95.00%）和（83.87%,100.00%）,但SEN和SPE值较低,故不宜采用;中级融合_PCs和中级融合_LVs的RF模型的SEN和SPE分别为大于0.91和0.98,训练集ACC分别为91.40%和97.85%,预测集ACC均为97.50%;高级融合_PCs和高级融合_LVs的RF训练集ACC分别为77.42%和97.85%,预测集ACC均为95.00%,高级融合_PCs的RF模型鉴别效果较差,高级融合_LVs的RF模型存在过拟合现象;模型鉴别能力为中级融合_LVs＞中级融合_PCs＞低级融合＞ UV-Vis＞ATR-FTIR＞高级融合_PCs;提取LVs对产地鉴别的方法优于PCs;中级融合_LVs建立的RF模型鉴别ACC最高,SEN和SPE大于0.98,模型性能最佳。该方法可为黄精药用资源的科学评价提供理论依据和技术支撑。     

LED诱导延迟荧光技术评价脉冲电场对玉米幼苗抗旱性的影响

脉冲电场(pulsed electric field,PEF)对作物抗旱性的影响是电场生物学效应研究的重要课题,作物叶片延迟荧光动力学参数可以从不同角度灵敏地反映叶片细胞光合系统发生的变化。为了从活体细胞角度揭示脉冲电场对作物幼苗抗旱性的影响及其机理,使用频率为1 Hz、场强为200 kV·m-1、脉宽为80 ms的PEF处理萌发玉米种子,再采用渗透势为-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成干旱胁迫,研究了玉米幼苗生长过程中叶片干质量和LED诱导的叶片延迟荧光动力学参数的变化。结果发现,在-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成的干旱胁迫下,玉米幼苗叶片干质量逐渐增加,经过PEF处理的玉米幼苗叶片干质量大于对照,相对增长率在5.8%～18.7%之间(p＜0.05)。叶片延迟荧光动力学分析显示,干旱胁迫下玉米幼苗叶片延迟荧光动力学参数初始光子数I₀、相干时间τ、衰减参数β和延迟荧光积分强度I(T)都发生了波动性的变化,这些变化是叶片细胞对干旱胁迫的适应性反应,PEF处理使玉米幼苗叶片延迟荧光各动力学参数和延迟荧光积分强度均明显大于对照组,表明PEF处理使玉米幼苗叶片细胞的光合潜力、组织序性和功能分子之间的相互作用都有所加强,叶片综合光合能力提高了。研究结果为阐明PEF对作物幼苗抗旱性的影响及其机理提供参考。     

应用FTIR研究模式植物拟南芥和烟草甲醛代谢机理的差异

运用FTIR技术分析模式植物拟南芥和烟草在甲醛胁迫条件下体内各物质含量的变化规律及光谱表征,为推定两种植物甲醛代谢机理的差异提供线索。拟南芥红外光谱中1 376 cm-1的纤维素峰没有出现在烟草样品中。在应对甲醛胁迫时,它的强度值下降趋势比其他吸收峰小,说明拟南芥体内的甲醛主要流向氧化生成甲酸和CO₂的途径。胁迫后期该吸收峰强度值下降,而其他物质的峰持续上升,说明该途径中相关酶基因的表达可能受到甲醛抑制,而其他途径的酶基因表达不受影响。烟草用甲醛处理后红外光谱中各化学成分的含量变化趋势一致,说明甲醛进入各代谢途径的流量差别不大。第4天时烟草红外光谱各吸收峰的强度值再次下降是其甲醛代谢能力较弱结果,表明烟草对甲醛的抗性不如拟南芥强。     

黄铁矿氧化的原位衰减全反射红外光谱表征

黄铁矿是自然界普遍存在的一种矿物,容易发生氧化反应,是酸性矿山废水(AMD)的主要来源。研究黄铁矿氧化有助于揭示其产生污染的机制。通过黄铁矿氧化生成硫酸,硫酸再与黄铁矿中所含碳酸盐(钙)反应生成二氧化碳这一设计实验,实现了黄铁矿在大气环境和水环境中氧化的原位衰减全反射红外光谱表征。通过对反应生成的CO₂进行原位表征,发现黄铁矿在空气和水中均存在明显的氧化作用,二者的氧化速率随时间而下降,差别在于,黄铁矿在水环境中的氧化速率下降较之在大气中显著,表明黄铁矿在水中的氧化较之在大气中要慢。在衰减全反射测量中,2 350 cm-1处表征CO₂的双吸收峰的选择性好,并可实现原位分析。