科学家利用隐形光监测作物的光合作用和性能

十二英尺高的金属杆伸出长臂，点缀着一块中西部大豆田，监测庄稼发出的无形光线。根据伊利诺伊大学最新发表的研究，这种光可以揭示植物在整个生长季节的光合作用。

“光合性能是监测的一个关键特性，因为它直接转化为产量潜力，”农业，消费者和环境科学学院(ACES)助理教授，该研究的首席研究员Kaiyu Guan说。“这种方法使我们能够以前所未有的速度快速无损地监测植物在各种条件下的表现。”

发表在地球物理研究杂志 - 生物地球科学杂志上的伊利诺伊州团队由ACES的博士后研究员和该论文的第一作者苗国芳领导，报告了第一个使用太阳诱导荧光(SIF)数据的连续田间季节，以确定如何大豆对波动的光照水平和环境压力做出反应。

“自从最近发现使用卫星SIF信号测量光合作用以来，科学家一直在探索将SIF技术应用于更好的农业生态系统的潜力，”研究合作者Carl Bernacchi说道，他是Carl R. Woese研究所的植物科学副教授。基因组生物学(IGB)。“这项研究提高了我们对当地规模的作物生理学和SIF的理解，这将为卫星观测监测植物健康和大面积农田产量铺平道路。”

光合作用是植物将光能转化为糖和其他碳水化合物的过程，最终成为我们的食物或生物燃料。然而，植物吸收的光能的1-2%作为荧光发射，其与光合作用的速率成比例。

研究人员利用高光谱传感器捕捉这一过程，以检测生长季节光合作用的波动。他们设计的这种不断的研究，以更好地理解吸收的光，荧光灯发出的关系光，和光合作用的速率。“我们想知道这种比例关系是否在各种生态系统中保持一致，特别是在作物与森林和稀树草原等野生生态系统之间，”苗说。

“我们还在测试这种技术在作物表型分型中的适用性，将关键性状与其基础基因联系起来，”共同作者，IGB的博士后研究员Katherine Meacham说。

“SIF技术可以帮助我们将表型分析从需要大量研究人员和昂贵设备的手动工作转变为高效，自动化的过程，”共同作者Caitlin Moore说，他也是IGB的博士后研究员。

在美国各地部署了一个SIF传感器网络，用于评估农田和其他自然生态系统。Guan的实验室在内布拉斯加州推出了另外两个长期SIF系统，用于比较玉米 - 大豆轮作中的雨养和灌溉田地。“通过将这项技术应用于不同地区，我们可以确保该工具在无数种植物的无数生长条件下的功效，”弗吉尼亚大学助理教授Xi Yang说，他设计了这项研究的SIF监测系统。

“我们将叶片，树冠和区域尺度上的SIF数据联系起来的能力将有助于改进预测作物产量的模型，”Guan说。“我们的最终目标是监测全球任何油田的光合效率，以评估作物条件并实时预测全球范围内的作物产量。”

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