НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o549.pdf (974.65Кб)

УДК 504.064.36

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Стрессовые состояния растений могут быть вызваны недостатком питательных веществ; механическими повреждениями; болезнями; низкими или высокими температурами; недостатком освещенности; недостаточной или избыточной влажностью почвы; засолением почвы; загрязнением почвы нефтепродуктами или тяжелыми металлами; повышенной кислотностью почвы; использованием пестицидов, гербицидов, инсектицидов и т.п.
Стрессовые состояния, вызванные неблагоприятными внешними факторами, часто сложно обнаружить на ранних стадиях по внешнему виду растений. Однако, флуоресцентный анализ потенциально позволяет обнаруживать стрессовые состояния растений по искажению спектров лазерно-индуцированной флуоресценции.
В работе проводились экспериментальные исследования возможностей лазерного флуоресцентного метода контроля состояния растений при длине волны возбуждения флуоресценции 532 нм в стрессовых состояниях, вызванных механическим повреждением корневой системы.
Исследования спектров флуоресценции проводились на созданной лабораторной установке. В качестве источника возбуждения излучения флуоресценции использована вторая гармоника YAG:Nd лазера. Подсистема регистрации излучения флуоресценции построена на основе полихроматора и высокочувствительного матричного детектора с усилителем яркости.
Экспериментальные исследования проводились для  газонной травы.
Экспериментальные исследования спектров лазерно-индуцированной флуоресценции растений для длины волны возбуждения 532 нм показывают, что воздействие на растение стрессовых факторов, вызванных механическим повреждением корневой системы, существенно искажает спектр флуоресценции растений. Влияние стрессового фактора проявляется в изменении формы спектра флуоресценции. Идентифицирующим фактором при этом является отношение интенсивностей флуоресценции на двух длинах волн 685 и 740 нм, что может быть положено в основу лазерного метода контроля состояния растений.

1. Panneton B., Guillaume S., Roger J.M., Samson G. Improved Discrimination Between Monocotyledonous and Dicotyledonous Plants for Weed Control Based on the Blue-Green Region of Ultraviolet-Induced Fluorescence Spectra // Applied Spectroscopy. 2010. Vol. 64, no. 1. P. 30-36. DOI: 10.1366/000370210790572106
2. Panneton B., Guillaume S., Roger J.M., Samson G. Discrimination of Corn from Monocotyledonous Weeds with Ultraviolet (UV) Induced Fluorescence // Applied Spectroscopy. 2011. Vol. 65, no. 1. P. 10-19. DOI: 10.1366/10-06100
3. Gouveia-Neto A.S., Silva Jr. E.A., Costa E.B., Bueno L.A., Silva L.M.H., Granja M.M.C., Medeiros M.J.L., Câmara T.J.R., Willadino L.G. Plant abiotic stress diagnostic by laser induced chlorophyll fluorescence spectral analysis of in vivo leaf tissue of biofuel species // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568G. Р . 75680G-1 - 75680G-8. DOI: 10.1117/12.839462
4. Zhi-Qiang C., Wen-Li C. Effects of NaCl on photosynthesis in Arabidopsis and Thellungiella leaves based on the fluorescence spectra, the fast Chlorophyll Fluorescence Induction Dynamics Analysis and the delayed fluorescence technique // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Р. 756822-1 - 756822-8. DOI: 10.1117/12.841257
5. Saito Y., Takahashi K., Nomura E., Mineuchi K., Kawahara T.D., Nomura A., Kobayashi S., Ishi H. Visualization of laser-induced fluorescence of plants influenced by environmental stress with a microfluorescence imaging system and a fluorescence imaging lidar system // Proc. of SPIE. 1997. Vol. 3059. Р . 190-198. DOI:10.1117/12.277614
6. Hristov H.A., Borisova E.G., Avramov L.A., Kolev I.N. Applications of laser-induced fluorescence for remote sensing // Proc. of SPIE. 2001. Vol . 4397. Р. 496 - 500. DOI:10.1117/12.425192
7. Lee K.J., Park Y., Bunkin A., Nunes R., Pershin S., Voliak K. Helicopter-based lidar system for monitoring the upper ocean and terrain surface // Applied Optics. 2002. Vol. 41, no. 3. P. 401-406. DOI: 10.1364/AO.41.000401
8. Corp L.A., McMurtrey J.E., Middleton E.M., Mulchi C.L., Chappelle E.W., Daughtry C.S.T. Fluorescence sensing systems: In vivo detection of biophysical variations in field corn due to nitrogen supply // Remote Sensing of Environment. 2003. Vol. 86, no. 4. Р. 470-479. DOI: 10.1016/S0034-4257(03)00125-1
9. Grishaev M.V., Zuev V.V., Kharchenko O.V. Fluorescent channel of the Siberian Lidar Station // Proc. of SPIE. 2006. Vol. 6580. Р . 65800U-1 - 65800U-6. DOI: 10.1117/12.724940
10. Matvienko G., Timofeev V., Grishin A., Fateyeva N. Fluorescence lidar method for remote monitoring of effects on vegetation // Proc. of SPIE. 2006. Vol. 6367. Р . 63670F-1 - 63670F-8. DOI: 10.1117/12.689612
11. Заворуев В.В., Заворуева Е.Н. Флуоресценция листьев тополей, растущих вблизи автомобильных дорог // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т . 24 , № 5. С . 437 - 440.
12. Belasque J., Gasparoto M.C.G., Marcassa L.G. Detection of mechanical and disease stresses in citrus plants by fluorescence spectroscopy // Applied Optics. 2008. Vol. 47, no. 11. Р. 1922-1926. DOI: 10.1364/AO.47.001922
13. Gouveia-Neto A.S., Silva Jr. E.A., Oliveira R.A., Cunha P.C., Costa E.B., Câmara T.J.R., Willadino L.G. Water deficit and salt stress diagnosis through LED induced chlorophyll fluorescence analysis in Jatropha curcas L. oil plants for biodiesel // Proc. of SPIE. 2011. Vol. 7902. Р . 79020 А -1 - 79020 А -10. DOI: 10.1117/12.872991
14. Maurya R., Prasad S.M., Gopal R. LIF technique offers the potential for the detection of cadmium-induced alteration in photosynthetic activities of Zea Mays L. // Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2008. Vol . 9, no . 1 . P . 29-35. DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2008.03.001
15. Белов М.Л., Булло О.А., Городничев В.А. Лазерный флуоресцентный метод обнаружения стрессовых состояний растений, вызванных недостаточным уровнем питательных веществ или наличия загрязнителей в почве // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. С. 299-318. DOI: 10.7463/1212.0506199
16. Middleton E., McMurtrey J.E., Entcheva Campbell P.K., Corp L.A., Butchera L.M., Chappellea E.W. Optical and fluorescence properties of corn leaves from different nitrogen regimes // Proc. of SPIE. 2003. Vol . 4879. Р. 72-83. DOI : 10.1117/12.463087
17. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Харченко О.В., Тимофееев В.И., Климкин В.М., Соковиков В.Г., Астафурова Т.П., Зотикова А.П. Дистанционная оценка состояния фотосинтетического аппарата в растениях методом индуцированной лазерной флуоресценции // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т . 12, № 4. С . 334 - 337.
18. Lichtenthaler H.K., Rinderle U. The Role of Chlorophyll Fluorescence in the Detection of Stress Conditions in Plants // C R C Critical Reviews in Analytical Chemistry. 1988. Vol. 19, sup. 1. Р. S29-S85. 10.1080/15476510.1988.10401466
19. Matvienko G.G., Grishin A.I., Kharchenko O.V., Romanovskii O.A. Remote sounding of vegetation characteristics by laser induced fluorescence // Proc. of SPIE . 1999. Vol. 3707. Р . 524 - 532. DOI:10.1117/12.351388
20. Федотов Ю.В., Булло О.А., Белов М.Л., Матросова О.А., Городничев В.А. Экспериментальное исследование лазерного флуоресцентного метода контроля состояния растений в стрессовых состояниях, вызванных механическими повреждениями // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. С. 321-334 . DOI: 10.7463/1112.0480063