孟浩峰,韓吉梅,張玉潔,張旺鋒,張亞黎
(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832003)
不同光環(huán)境下棉花葉片色素含量和熒光參數(shù)與光譜參數(shù)的相關(guān)性
孟浩峰,韓吉梅,張玉潔,張旺鋒,張亞黎
(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832003)
【目的】研究不同光環(huán)境下,棉花不同發(fā)育階段葉片色素含量、熒光參數(shù)和光譜參數(shù)之間的關(guān)系,通過(guò)光譜參數(shù)快速無(wú)損估測(cè)葉片光合生理指標(biāo)?!痉椒ā棵藁ㄆ贩N為新陸早45號(hào),對(duì)棉花不同發(fā)育階段葉片進(jìn)行遮蔭處理,分別測(cè)定其色素含量、熒光參數(shù)、光譜反射率,并進(jìn)行相關(guān)性分析。【結(jié)果】與對(duì)照相比,遮蔭后棉花不同發(fā)育階段葉片550 nm處反射率顯著升高,680 nm處反射率差異不顯著,780~1 100 nm間反射率顯著降低。棉花葉片色素含量和熒光參數(shù)與光譜參數(shù)均具有顯著的相關(guān)性?!窘Y(jié)論】RRed/RGreen可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片類胡蘿卜素含量的變化。PSSRa、PSSRb和mSR705均可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片與光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如Y(II)、qP和qL的變化,而PRI可以估測(cè)與非光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如NPQ、qN和Y(NPQ)的變化。
光環(huán)境;棉花;色素;熒光參數(shù);光譜參數(shù)
【研究意義】光譜分析可以對(duì)植物的生理生化及生態(tài)狀況進(jìn)行快速無(wú)損的監(jiān)測(cè)[1-3]。目前,已經(jīng)建立了多種光譜參數(shù),廣泛用于植物色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的估算[4-8]。影響光譜反射率的因素很多,除了光譜儀自身測(cè)定的誤差外,還受到葉片生長(zhǎng)狀態(tài)、測(cè)定環(huán)境等因素的影響。因此,利用光譜參數(shù),快速無(wú)損的估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片的光合生理指標(biāo)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】陳兵等[9]在不同生育期測(cè)定棉花黃萎病脅迫下葉片反射率及其色素含量,發(fā)現(xiàn)葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量與光譜參數(shù)PRI呈極顯著正相關(guān),與SIPI呈極顯著負(fù)相關(guān)。許改平等[10]研究表明,高溫脅迫下毛竹葉片的葉綠素含量與光譜參數(shù)mSR705、PSSRa和PSSRb均呈極顯著正相關(guān)。王銳等[11]研究發(fā)現(xiàn),弱光脅迫下,套作大豆葉片的葉綠素b含量與PSRI呈顯著正相關(guān)。Evain等[12]報(bào)道,葡萄葉片熒光參數(shù)NPQ與光譜參數(shù)PRI具有良好的相關(guān)性。Winkel等[13]研究發(fā)現(xiàn),奎奴亞葵葉片光譜參數(shù)PRI能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)F’m和Fv/Fm。王銳等[11]研究表明,套作遮蔭后,不同生育期大豆葉片的熒光參數(shù)中Fv/Fm與PSRI和SIPI呈正相關(guān),qP和NPQ與PSRI和SIPI呈負(fù)相關(guān)?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前,有關(guān)全光照下棉花冠層葉片色素含量、葉綠素?zé)晒馓匦耘c光譜特征關(guān)系的報(bào)道很多[9, 14-16],但是,葉片發(fā)育過(guò)程中光環(huán)境的變化會(huì)引起色素含量與光譜參數(shù)的關(guān)系發(fā)生改變。而且,葉片熒光和光譜參數(shù)之間的關(guān)系也受其測(cè)定所處的光環(huán)境的影響。對(duì)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片的色素含量、熒光和光譜參數(shù)之間關(guān)系的研究較少。研究不同光環(huán)境下,棉花不同發(fā)育階段葉片色素含量、熒光參數(shù)和光譜參數(shù)之間的關(guān)系?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究通過(guò)室內(nèi)人工遮蔭試驗(yàn),模擬棉株冠層的異質(zhì)性光環(huán)境,測(cè)定棉花不同發(fā)育階段葉片的色素含量、熒光和光譜參數(shù)的變化,揭示不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片的色素含量、熒光和光譜參數(shù)之間的關(guān)系。
1.1 材 料
以棉花品種新陸早45號(hào)為試驗(yàn)材料,在石河子大學(xué)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室BRS-10頂置光照型人工氣候室內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。頂置光照型人工氣候室內(nèi)棉花生長(zhǎng)期間到達(dá)頂部的光強(qiáng)約為1 000 μmol/(m2·s),濕度60%~75%,光照時(shí)間12~14 h/d,晝夜溫度(28±2)℃/(25±2)℃。棉苗培養(yǎng)所用的基質(zhì)為土、蛭石和珍珠巖,以1∶1∶1等體積混合置于塑料盆(18 cm×25 cm)中。種子經(jīng)10%雙氧水消毒10 min,清水漂洗數(shù)次后播種于混合的基質(zhì)中。
出苗期正常澆水,保持基質(zhì)相對(duì)含水量40%。基質(zhì)水分含水量通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)制定,水分測(cè)定采用稱重法?;|(zhì)絕對(duì)含水量=(基質(zhì)鮮重-基質(zhì)干重)/基質(zhì)干重。當(dāng)幼苗長(zhǎng)到三葉期時(shí),每周澆3次營(yíng)養(yǎng)液。當(dāng)棉花生長(zhǎng)至現(xiàn)蕾期,挑選生長(zhǎng)狀態(tài)相對(duì)一致的棉株掛葉標(biāo)記,用遮蔭網(wǎng)進(jìn)行遮蔭處理。
1.2 方 法
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
遮蔭處理分為不遮蔭(CK)和中下部葉片遮蔭(MS)2個(gè)處理,不遮蔭的棉花在正常光照下生長(zhǎng),中下部葉片遮蔭處理的棉花除倒二葉及以上葉片外,其余葉片用遮蔭網(wǎng)遮住。處理2周之后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。除在測(cè)定熒光和光譜相關(guān)參數(shù)時(shí)遮蔭葉片暴露在測(cè)定所需的光強(qiáng)下以外,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中遮蔭葉片均處于遮光60%的環(huán)境中。每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。
1.2.2 光譜參數(shù)測(cè)定
使用Unispec-SC單通道光譜分析儀(美國(guó),PP SYSTEMS)測(cè)定各處理倒二葉和倒六葉的光譜反射率,測(cè)定波長(zhǎng)范圍為310~1 100 nm,光纖的探頭端固定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)葉夾中,與葉片呈60°。測(cè)定前使用儀器配備的白色標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行儀器的校正和參比掃描,然后夾住待測(cè)葉片進(jìn)行反射光譜的測(cè)定,每個(gè)葉片每次掃描的反射光譜為6次測(cè)定的平均值。每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。葉片的光譜反射率數(shù)據(jù)用Multispec 5.1.5軟件進(jìn)行處理后,分別計(jì)算改良紅邊比值(mSR705),mSR705=(R750-R445)/(R705-R445)[4],色素簡(jiǎn)單比值(PSSR),PSSRa=R800/R680、PSSRb=R800/R635[5],結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)(SIPI),SIPI=(R800-R445)/(R800-R680)[6],光化學(xué)反射指數(shù)(PRI),PRI=(R531-R570)/(R531+R570)[7],花青素含量指數(shù)(RRed/RGreen),RRed/RGreen=Sum(R600toR699)/Sum(R500toR599)[8]。
1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定
采用Dual-PAM100熒光儀(WALZ,Germany)對(duì)各處理倒二葉和倒六葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定前對(duì)葉片進(jìn)行30 min的暗適應(yīng)。先測(cè)定初始熒光產(chǎn)量(Fo)和最大熒光產(chǎn)量(Fm),隨后打開(kāi)光化光,光強(qiáng)度為1 052 μmol/(m2·s),待熒光信號(hào)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后(4~5 min)打開(kāi)飽和脈沖光,待曲線穩(wěn)定后,測(cè)定實(shí)際熒光產(chǎn)量(Ft)和光適應(yīng)下的最大熒光產(chǎn)量(Fm′)。由儀器分析計(jì)算得到PS II最大量子產(chǎn)量Fv/Fm、PS II實(shí)際量子產(chǎn)量Y(II)、PS II處調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y(NO)、PS II處非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y(NPQ)、光化學(xué)猝滅系數(shù)qP和qL、非光化學(xué)猝滅NPQ和非光化學(xué)猝滅系數(shù)qN。每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。
1.2.4 色素含量測(cè)定
用一定面積的打孔器,避開(kāi)主葉脈在各處理倒二葉和倒六葉上隨機(jī)打6個(gè)葉圓片,放入25 mL試管中,加80%丙酮溶液約8 mL,用封口膜封好放置在黑暗中浸提,每12 h振蕩1次,48 h后葉圓片呈白色后,振蕩混勻,用紫外分光光度計(jì)(UV-2401,Japan)于663、645、440 nm下測(cè)定OD值,計(jì)算葉綠素和類胡蘿卜素的含量。每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。
2.1 遮蔭后棉花不同發(fā)育階段葉片光譜反射率的變化
研究表明,不同處理棉花葉片的光譜反射率曲線形狀基本相似,具有一般綠色植物的特征,有明顯的綠峰(550 nm)、紅光低谷(680 nm)和近紅外區(qū)的高原區(qū)(780~1 100 nm)。與對(duì)照相比,遮蔭后的上部和中下部葉片550 nm處反射率均顯著升高,680 nm處反射率差異均不顯著,780~1 100 nm間反射率均顯著降低。圖1
注:CK為不遮蔭處理,MS為中下部葉片遮蔭處理
Note:CK is no shading,MS is the lower leaves of shading
圖1 遮蔭后棉花不同部位葉片光譜反射率變化
Fig.1 Changes of reflection spectrum curve in different parts of cotton leaves after shading
2.2 遮蔭后棉花葉片色素含量與光譜參數(shù)的相關(guān)性
研究表明,遮蔭后棉花葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b與PSSRa、PSSRb和mSR705呈極顯著正相關(guān),與PRI和SIPI呈顯著負(fù)相關(guān);類胡蘿卜素、Chl a/Chlb和Car/Chl a + b與PSSRa、PSSRb、mSR705呈顯著負(fù)相關(guān),與PRI、SIPI呈極顯著正相關(guān);類胡蘿卜素和Car/Chl a + b與RRed/RGreen呈顯著正相關(guān)。表1
表1 遮蔭后棉花葉片色素含量與光譜參數(shù)相關(guān)性
Table 1 Correlation analysis of pigment concentration and spectral parameters in cotton leaves after shading

光譜參數(shù)Spectralparameters相關(guān)性Correlation葉綠素aChloroPhylla葉綠素bChloroPhyllb葉綠素a+bChloroPhylla+b類胡蘿卜素Carotenoid葉綠素a/bChla/Chlb類胡蘿卜素/葉綠素a+bCar/Chla+bPSSRa0.952**0.913**0.916**-0.884*-0.912*-0.899*PSSRb0.922**0.945**0.924**-0.878*-0.908*-0.862*mSR7050.933**0.916**0.946**-0.894*-0.920*-0.917*PRI-0.869*-0.851*-0.872*0.911**0.863**0.910**RRed/RGreen-0.374-0.380-0.3830.608*-0.3490.606*SIPI-0.842*-0.824*-0.835*0.930**0.908**0.924**
注:*,**分別表示在0.05 和0.01 水平顯著。下同
Note:*,**mean significant differences at 0.05 and 0.01 level,respectively.The same as below
2.3 遮蔭后棉花葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光譜參數(shù)的相關(guān)性
研究表明,遮蔭后棉花葉片F(xiàn)o和Fm、Fv/Fm和Y(NO)與PRI呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與RRed/RGreen和SIPI呈顯著或極顯著正相關(guān);Y(II)、qP和qL與PSSRa、PSSRb和PRI呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與mSR705、RRed/RGreen和SIPI呈顯著或極顯著正相關(guān);Y(NPQ)、NPQ和qN與PRI呈極顯著正相關(guān),與RRed/RGreen和SIPI呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。表2
表2 遮蔭后棉花葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光譜參數(shù)的相關(guān)性
Table 2 Correlation analysis of chlorophyll fluorescence parameters and spectral parameters in cotton leaves after shading

光譜參數(shù)Spectralparameters相關(guān)性CorrelationFoFmFv/FmY(II)Y(NO)Y(NPQ)qPqLNPQqNPSSRa-0.537-0.612-0.569-0.617*-0.4620.528-0.587*-0.562*0.5530.526PSSRb-0.679-0.545-0.573-0.624*-0.5140.471-0.613*-0.581*0.5380.507mSR7050.6210.7780.7070.733*0.586-0.6230.704*0.679*-0.643-0.611PRI-0.705*-0.830*-0.891*-0.910**-0.882**0.897**-0.911**-0.904**0.915**0.908**RRed/RGreen0.711*0.863*0.832*0.835*0.829*-0.816*0.836*0.819*-0.840*-0.823*SIPI0.836*0.725*0.884*0.899**0.855**-0.874**0.901**0.870**-0.902**-0.885**
3.1 棉花葉片色素含量與光譜參數(shù)的關(guān)系
植物葉片光譜特征與其色素含量密切相關(guān)[17]。其中,在500 nm藍(lán)光處和680 nm的紅光處有兩個(gè)低谷,主要由葉綠素的吸收引起,550 nm附近是葉綠素的強(qiáng)反射峰。700~1 100 nm近紅外區(qū)的反射是植物葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)多次反射、散射的結(jié)果[1]。研究發(fā)現(xiàn),不同光環(huán)境下,棉花不同發(fā)育階段的葉片光譜反射率曲線形狀相似,在550 nm處反射率升高,680 nm處反射率差異不顯著,780~1 100 nm間反射率降低。在弱光環(huán)境下,葉片葉綠素含量會(huì)增加,導(dǎo)致550 nm處葉片反射率升高,葉片厚度會(huì)下降,導(dǎo)致780~1 100 nm間反射率降低。而且上部葉片780~1 100 nm間反射率降低的幅度大于中下部葉片,很可能是因?yàn)椋c已發(fā)育完全的葉片相比,正在發(fā)育過(guò)程中的葉片結(jié)構(gòu)更容易受到外界環(huán)境變化的影響。說(shuō)明光譜反射率可以很好的表征不同光環(huán)境下棉花葉片色素含量和結(jié)構(gòu)的變化。
Blackburn[5]研究表明,利用PSSRa和PSSRb可以估測(cè)葉綠素a和b的含量。研究發(fā)現(xiàn),棉花葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b與PSSRa和PSSRb均呈極顯著正相關(guān)。這與章曼等[18]在水稻上的研究有相似的結(jié)果。但是PSSRa和PSSRb并不能起到區(qū)分葉綠素a和葉綠素b含量的作用。Sims和Gamon[4]研究表明,mSR705廣泛用于多種植物葉綠素含量的估算。研究發(fā)現(xiàn),棉花葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b與mSR705呈極顯著正相關(guān)。這與申曉慧等[19]在大豆上的研究結(jié)果不同。可能的原因是,弱光環(huán)境下,棉花葉片色素各組分含量增加,使得其與mSR705的相關(guān)性和全光照下的變化不一致。Peuelas等[6]研究表明,可以通過(guò)PRI和SIPI來(lái)估計(jì)不同植物葉片中類胡蘿卜素和葉綠素a的相對(duì)變化。研究發(fā)現(xiàn),棉花葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b與PRI和SIPI呈顯著負(fù)相關(guān),類胡蘿卜素和Car/Chl a+b與PRI、SIPI呈極顯著正相關(guān)。這與唐延林等[20]在玉米上的研究結(jié)果一致。證明PRI、SIPI可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花葉片類胡蘿卜素含量和Car/Chl a+b的變化。但是,PRI、SIPI無(wú)法特異性估測(cè)葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量的變化。Gamon和Surfus[8]研究發(fā)現(xiàn),RRed/RGreen能有效地反映葉片花青素和類胡蘿卜素的含量。研究發(fā)現(xiàn),棉花葉片的類胡蘿卜素和Car/Chl a+b與RRed/RGreen呈顯著正相關(guān)。這與前人的研究結(jié)果一致,說(shuō)明可以利用RRed/RGreen估測(cè)不同光環(huán)境下棉花葉片類胡蘿卜素含量的變化。
3.2 棉花葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光譜參數(shù)關(guān)系
植物葉片光譜參數(shù)與其葉綠素?zé)晒鈪?shù)也有著一定的聯(lián)系[21]。研究發(fā)現(xiàn),Y(II)、qP和qL與PSSRa和PSSRb呈顯著負(fù)相關(guān),與mSR705呈顯著或極顯著正相關(guān)。這與胡志輝等[22]在豇豆上的研究不一致。弱光環(huán)境下,棉花葉片Y(II)、qP和qL較低,使得其與PSSRa和PSSRb的相關(guān)性發(fā)生變化。說(shuō)明PSSRa、PSSRb和mSR705均可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片與光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如Y(II)、qP和qL的變化。Stylinski等[23]的研究表明,PRI的大小與PS II的光化學(xué)效率高低有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)o和Fm、Y(II)、Y(NO)、qP和qL與PRI呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與RRed/RGreen和SIPI呈顯著或極顯著正相關(guān)。這與朱艷等[24]在小麥上和陳兵等[25]在棉花上的研究有相似的結(jié)果。表明利用PRI、RRed/RGreen和SIPI中任意2個(gè)光譜參數(shù)可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片的Fo和Fm、Y(II)、Y(NO)、qP和qL的變化,但是無(wú)法通過(guò)單一光譜參數(shù)對(duì)特定熒光參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Gamon等[7]的研究表明,PRI與NPQ具有良好的相關(guān)性,還可以敏感地反映葉黃素循環(huán)組分間的相互轉(zhuǎn)換。研究發(fā)現(xiàn),Y(NPQ)、NPQ和qN與PRI呈極顯著正相關(guān),與RRed-RGreen和SIPI呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。這與王銳等[11]在大豆上的研究結(jié)果一致。結(jié)合PRI與類胡蘿卜素含量的相關(guān)性結(jié)果,表明PRI可以很好的估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片與非光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如NPQ、qN和Y(NPQ)的變化。
遮蔭后棉花葉片的類胡蘿卜素和Car/Chl a+b與RRed/RGreen呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.608和0.606。光譜參數(shù)RRed/RGreen可以快速估測(cè)不同光環(huán)境下棉花葉片類胡蘿卜素含量的變化。遮蔭后棉花葉片的Y(II)、qP和qL與PSSRa呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.617、0.587和0.562;與PSSRb也呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.624、0.613和0.581;與mSR705呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.733、0.704和0.679。PSSRa、PSSRb和mSR705均可以估測(cè)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片與光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如Y(II)、qP和qL的變化。遮蔭后棉花葉片的Y(NPQ)、NPQ和qN與PRI呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.897、0.915和0.908。利用PRI可以對(duì)不同光環(huán)境下棉花不同發(fā)育階段葉片與非光化學(xué)過(guò)程相關(guān)的參數(shù),如NPQ、qN和Y(NPQ)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
References)
[2] Rayapatia, N., Eileenm, P., Francisj, P., & Tefera, M. (2009). The potential of spectral reflectance technique for the detection of grapevine leafroll-associated virus-3 in two red-berried wine grape cultivars.Computers&ElectronicsinAgriculture, 66(1):38-45.
[3] 薛忠財(cái), 高輝遠(yuǎn), 彭濤, 等. 光譜分析在植物生理生態(tài)研究中的應(yīng)用[J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2011, 47(4): 313-320.
XUE Zhong-cai, GAO Hui-yuan, PENG Tao, et al. (2011). Application of spectral reflectance on research of plant eco-physiology [J].PlantPhysiologyJournal, 47(4): 313-320. (in Chinese)
[4] Sims, D. A., & Gamon, J. A. (2002). Relationships between leaf pigment content and spectral reflectance across a wide range of species, leaf structures and developmental stages.RemoteSensingofEnvironment, 81(2-3):337-354.
[5] Blackburn, G. A. (1998). Quantifying chlorophylls and caroteniods at leaf and canopy scales : an evaluation of some hyperspectral approaches.RemoteSensingofEnvironment, 66(3): 273-285.
[6] Penuelas, J., Baret, F., & Filella, I. (1995). Semiempirical indexes to assess carotenoids chlorophyll-a ratio from leaf spectral reflectance.Photosynthetica, 31(2): 221-230.
[7] Gamon, J. A., Pe?uelas, J., & Field, C. B. (1992). A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency.RemoteSensingofEnvironment, 41(1): 35-44.
[8] Gamon, J. A., & Surfus, J. S. (1999). Assessing leaf pigment content and activity with a reflectometer.NewPhytologist, 143(1):105-117.
[9] 陳兵, 李少昆, 王克如, 等. 病害脅迫下棉花葉片色素含量高光譜遙感估測(cè)研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2010, 30(2): 421-425.
CHEN Bing, LI Shao-kun, WANG Ke-ru, et al. (2010). Study on hyperspectral estimation of pigment contents in leaves of cotton under disease stress [J].SpectroscopyandSpectralAnalysis, 30(2): 421-425. (in Chinese)
[10] 許改平, 吳興波, 劉芳, 等. 高溫脅迫下毛竹葉片色素含量與反射光譜的相關(guān)性[J]. 林業(yè)科學(xué), 2014, 50(5): 41-48.
XU Gai-ping, WU Xing-bo, LIU Fang, et al. (2014). The correlation between the pigment content and reflectance spectrum in phyllostachys edulis leaves subjected to high temperature [J].ScientiaSilvaeSinicae, 50(5): 41-48. (in Chinese)
[11] 王銳, 楊峰, 張勇, 等. 套作大豆后期葉片葉綠素?zé)晒馓匦约肮庾V特征分析[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2015, 29(6): 1 182-1 189.
WANG Rui, YANG Feng, ZHANG Yong, et al. (2015). The analysis of chlorophyll fluorescence parameters and hyperspectral characteristics of soybean after maize harvest under relay intercropping systems [J].JournalofNucleareAgriculturaeSciences, 29(6): 1,182-1,189. (in Chinese)
[12] Evain, S., Flexas, J., & Moya, I. (2004). A new instrument for passive remote sensing: 2. measurement of leaf and canopy reflectance changes at 531 nm and their relationship with photosynthesis and chlorophyll fluorescence.RemoteSensingofEnvironment, 91(2):175-185.
[13] Winkel, T., Méthy, M., & Thénot, F. (2002). Radiation use efficiency, chlorophyll fluorescence, and reflectance indices associated with ontogenic changes in water-limited chenopodium quinoa, leaves.Photosynthetica, 40(2): 227-232.
[14] 王登偉, 黃春燕, 張偉, 等. 高光譜數(shù)據(jù)與棉花葉綠素含量和葉綠素密度的相關(guān)分析[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2008, 20(5): 368-371.
WANG Deng-wei, HUANG Chun-yan, ZHANG Wei, et al. (2008). Relationships analysis between cotton chlorophyll content, chlorophyll density and hyperspectral Data [J].CottonScience, 20(5): 368-371. (in Chinese)
[15] 楚萬(wàn)林, 齊雁冰, 常慶瑞, 等. 棉花冠層葉片葉綠素含量與高光譜參數(shù)的相關(guān)性[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 44(9): 65-73.
CHU Wan-lin, QI Yan-bing, CHANG Qing-rui, et al. (2016). Relationship between chlorophyll content and hyperspectral parameters in canopy leaves of cotton [J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEd.) , 44(9): 65-73. (in Chinese)
[16] 陳燕, 黃春燕, 王登偉, 等. 北疆棉花葉綠素密度的高光譜估算研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 43(6): 451-454.
CHEN Yan, HUANG Chun-ya, WANG Deng-wei, et al. (2006). Estimation of cotton chlorophyll density in north Xinjiang by using high spectral data [J].XinjiangAgriculturalSciences, 43(6): 451-454. (in Chinese)
[17] 彭濤, 李鵬民, 賈裕嬌, 等. 介紹兩種無(wú)損傷測(cè)定植物活體葉片色素含量的方法[J]. 植物生理學(xué)通訊, 2006, 42(1): 83-86.
PENG Tao, LI Peng-ming, JIA Yu-jiao, et al. (2006). Two noninvasive methods for determining pigment content in plant leaves [J].PlantPhysiologyCommunications, 42(1): 83-86. (in Chinese)
[18] 章曼, 常慶瑞, 張曉華, 等. 不同施肥條件下水稻冠層光譜特征與葉綠素含量的相關(guān)性[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(11): 49-56.
ZHANG Man, CHANG Qing-rui, ZHANG Xiao-hua, et al. (2015). Correlation between rice canopy spectral reflectance and leaf chlorophyll under different fertilization [J].ActaAgriculturaeBorealioccidentalisSinica, 24(11): 49-56. (in Chinese)
[19] 申曉慧, 姜成, 張敬濤, 等. 不同氮肥水平下大豆葉片光譜反射率與葉綠素含量的相關(guān)性研究[J]. 大豆科學(xué), 2012, 31(1): 73-75.
SHEN Xiao-hui, JIANG Chen, ZHANG Jing-tao, et al. (2012). Correlation between spectrum reflectance and chlorophyll content of soybean leaves under different nitrogen level [J].SoybeanScience, 31(1): 73-75. (in Chinese)
[20] 唐延林, 黃敬峰, 王秀珍, 等. 玉米葉片高光譜特征及與葉綠素、類胡蘿卜素相關(guān)性的研究[J]. 玉米科學(xué), 2008, 16(2): 71-76.
TANG Yan-lin, HUANG Jing-feng, WANG Xiu-zhen, et al. (2008). Study on hyper spectral characteristics of corn leaves and their correlation to chrolophyll and carotenoid [J].JournalofMaizeSciences, 16(2): 71-76. (in Chinese)
[21] 孫山, 張立濤, 高輝遠(yuǎn), 等. 晴天條件下光、溫變化對(duì)蘋(píng)果綠色果皮原初光化學(xué)反應(yīng)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(10): 2 431-2 436.
SUN Shan, ZHANG Li-tao, GAO Hui-yuan, et al. (2009). Responses of primary photochemical reactions in apple fruit peel to the changes of incident pfd and air temperature in sunny days [J].ChineseJournalofAppliedEcology, 20(10): 2,431-2,436. (in Chinese)
[22] 胡志輝, 汪艷杰, 蘭紅, 等. 豇豆葉噴細(xì)胞分裂素后光譜、熒光參數(shù)與葉綠素含量的相關(guān)性分析[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 55(9): 2 290-2 294.
HU Zhi-hui, WANG Yan-jie, LAN Hong, et al. (2016). The correlation analysis of spectrum and fluorescence parameters with chlorophyll content after spraying cytokinin on cowpea leaves [J].HubeiAgriculturalSciences, 55(9): 2,290-2,294. (in Chinese)
[23] Gamon, J. A., & Oechel, W. C. (2002). Seasonal patterns of reflectance indices, carotenoid pigments and photosynthesis of evergreen chaparral species.Oecologia, 131(3):366-374.
[24] 朱艷, 田永超, 馬吉鋒, 等.小麥葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與反射光譜特征的關(guān)系[J]. 作物學(xué)報(bào), 2007, 33(8): 1 286-1 292.
ZHU Yan, TIAN Yong-chao, MA Ji-feng, et al. (2007). Relationship between chlorophyll fluorescence parameters and spectral reflectance characteristics in wheat leaves [J].ActaAgronomicaSinica, 33(8): 1,286-1,292. (in Chinese)
[25] 陳兵, 王克如, 李少昆, 等. 病害脅迫對(duì)棉葉光譜反射率和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(9): 86-93.
CHEN Bing, WANG Ke-ru, LI Shao-kun, et al. (2011). The effects of disease stress on spectra reflectance and chlorophyll fluorescence characteristics of cotton leaves [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering, 27(9): 86-93. (in Chinese)
Correlation between Pigment Content, Fluorescence Parameters and Spectral Parameters of Cotton Leaves in Different Light Environments
MENG Hao-feng, HAN Ji-mei, ZHANG Yu-jie, ZHANG Wang-feng, ZHANG Ya-li
(KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps/CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)
【Objective】 The purpose of this study is to estimate leaf photosynthetic physiological indexes with fast speed and no damage by studying spectral parameters and the relationship between chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters and spectral parameters in different growth stages of cotton in different light environments.【Method】The cotton (Xinluzao No.45) leaves at different developmental stages were treated with shading, the pigment content, fluorescence parameters and spectral reflectance were measured and the correlation analysis was carried out.【Result】Compared with the CK, the reflectance was increased at 550 nm, not significant at 680 nm and decreased at 780-1,100 nm in different growth stages of cotton leaves in different light environments. There were significant correlations between pigment content, fluorescence parameters and spectral parameters of cotton leaves.【Conclusion】RRed/RGreencan be used to estimate the changes of carotenoid content in different growth stages of cotton leaves in different light environments. PSSRa, PSSRb and mSR705 can be used to estimate the changes of the parameters associated with photochemical processes at different growth stages of cotton leaves in different light environments, for exampleY(II),qPandqL, while PRI can be used to estimate the changes of the parameters associated with non photochemical processes, for exampleNPQ,qNandY(NPQ).
light environments; cotton; pigment; fluorescence parameters; spectral parameters
Zhang Ya-li (1983-), male, native place: Shihezi, Xinjiang, Associate Professor, Doctor. research field: Physiology of crop cultivation. (E-mail)zhangyali_cn@foxmail.com
10.6048/j.issn.1001-4330.2017.06.005
2017-03-24
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“干旱適應(yīng)性棉花光合和水分利用效率協(xié)同的作用機(jī)制”(U1303183);霍英東教育基金項(xiàng)目“干旱適應(yīng)提高棉花碳同化的生理機(jī)制及與水分利用效率的關(guān)系”(141023)
孟浩峰(1991-),男,甘肅金昌人,碩士研究生,研究方向?yàn)樽魑镌耘嗌恚?E-mail)519488699@qq.com
張亞黎(1983-),男,新疆石河子人,副教授,博士,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)樽魑镌耘嗌恚?E-mail)zhangyali_cn@foxmail.com
S562
A
1001-4330(2017)06-1014-07
Supported by: National Natural Science Foundation of China "Mechanisms of synergistic effects of drought adaptation on Photosynthesis and water use efficiency in cotton" (U1303183); Huo Yingdong Education Foundation "Physiological mechanisms of carbon assimilation in cotton by drought adaptation and its relationship between water use efficiency" (141023)