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光化学反射率指数的变化可用于监测作物状况

2019-10-18 10:02:43 • 来源：

当前，农业仍然是人类活动中劳动强度最高和最重要的部门之一。对于洛巴乔夫斯基大学的科学家来说，提高其效率是他们的研究重点之一，需要开发新的方法和方法，包括对作物进行远程监测的方法。

光化学反射率指数的变化可用于监测作物状况

“特别是，远程监测有助于及早发现应激源引起的对植物的损害和对受灾地区的定位，从而使仅对受灾植物采取保护措施并及时采取措施成为可能。分析植物的状况是在可见光范围内测量反射光，因为植物的反射率与其生理和生化过程密切相关，并且从技术角度来看，反射光的测量相对简单，”联合国大学生物学与生物医学研究所电生理实验室主任弗拉基米尔·苏霍夫(Vladimir Sukhov)说。

应当注意的是，反射光谱的分析是相当困难的任务，其涉及光谱反射率指数的分析的使用。反过来，反射系数通常是两个波长(窄带)的反射差异与其总和的比率。

这样的指标之一是光化学反射率指数(PRI)，它是基于植物在531和570 nm波长处的光反射来计算的。该指数的使用基于当植物暴露于不利因素时在531 nm波长处反射率的相对快速下降;这意味着PRI应该在压力源的影响下降低，并且可以用于执行远程监视。然而，由于光照在不稳定的条件下进行了光化学指数的实地测量，因此在光照的最初几分钟里PRI变化的机制还没有得到充分的研究，其阐明可能具有重要的基础和应用价值。

由Ekaterina Sukhova博士进行的研究目的。UNN生物与生物医学研究所生物物理系的一名学生及其同事将对照明开始后PRI降低的潜在机制进行实验分析。特别是，作者分析了光化学反射率指数的变化与暴露于光下的叶绿体管腔酸化之间的关系。这项研究得到了俄罗斯科学基金会的支持，其结果发表在《生物化学》(莫斯科)杂志上，增刊系列A：膜与细胞生物学。

“这种酸化作用是光合作用以及植物生产过程中的关键步骤。为了评估管腔酸化作用，作者利用了植物叶片在535 nm波长的微小范围内的透光率变化，因为这些变化表明叶绿体管腔的pH发生了变化。” Ekaterina Sukhova解释说。

使用分光计测量光化学反射率指数。为了进行这项研究，选择了豌豆幼苗和天竺葵的成年植物，它们是分析管腔酸化和光化学反射指数变化的方便对象。

研究表明，开灯时，豌豆和天竺葵叶片的PRI降低同时发生叶绿体腔酸化。在照射的前两分钟，两个过程同步发展，这由所研究的两个参数之间的高相关系数所证实。

相反的过程，当关闭灯时，管腔的pH值增加，光化学反射率指数增加。值之间的相关系数仍然很高。

对于较长的时间间隔(最多10分钟)，光化学反射率指数的变化与535 nm波长处的光透射之间的关系变得微弱;这意味着与pH相关的透光率变化是PRI变化的原因。

“总的来说，我们的结果表明，暴露于光下的叶绿体管腔的快速酸化与光化学猝灭指数在几分钟内降低的发展有关。这一结果对于弄清光化学猝灭的机理至关重要。 PRI在不稳定的光照条件下发生变化，特别是表明，光化学反射指数的下降不仅与应激源诱导的光合色素生化变化有关(这种变化需要几分钟到几十分钟)，而且还与导致光合作用过程更快;可能是由于管腔酸化导致叶绿体受压而发生。”弗拉基米尔·苏霍夫(Vladimir Sukhov)对该研究结果发表评论。

从实用的角度来看，获得的结果可用于指定应用光化学反射率指数的条件，以在自然光照不稳定的条件下监视植物的状态，或在温室中生长植物时给定的照明强度变化。将来，该方法可用于改进对田间和温室中作物状态进行远程监控的技术，并可以对压力因素对植物的影响进行早期诊断。

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