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叶绿素荧光寿命光谱特性研究

    传统的荧光光谱分析法虽能够方便、准确地分析植物的生理状况,但荧光光谱信息实际由很多不同波长的荧光强度信号构成,而植物荧光强度又容易受背景光及探测器摆放位置等外界因素的干扰,另外植物荧光光谱又是由许多波段的荧光强度组成的,因此这就导致探测器在实际复杂环境中所测荧光光谱信息,不能准确地反映植物发射荧光的能力,也就很难反映植物真实的生理状况。若改用许多光电倍增管同时接收不同波段的植物荧光强度信号,再将这些强度信号按其波长顺序排列起来绘制荧光光谱,虽可实现荧光光谱原位表征,但这样的系统过于复杂,且待测数据量大,很难用于监测。

    植物荧光寿命反映荧光的衰减时间,不受环境光、激发光及荧光散射角度等外界因素的干扰,并且在利用植物荧光寿命分析植物生理状态时,仅需两个波段的荧光寿命即可评估植物的生理状况,因此植物荧光寿命分析法还具备测量数据量小的优点。激光诱导植物荧光寿命测量技术是一种以植物光能合成作用机制为基础,利用植物荧光信号为探针,分析植物内在生理信息的新型植物活体检测术,因为激光本身具有强度高、发散角小、传播距离远等优点,所以这项技术能够实现远距离、大范围植物叶绿素荧光探测。

植物荧光寿命成像技术

    ICCD采集的一组连续植物荧光强度图像被称为连续荧光图像,数据中的每张光强分布图像实际是许多组荧光信号在同一时刻的荧光强度分布图,而整个CFID相当于由大量时间通道组成的3 维像素点阵列,其中单个像素点相当于一个时间通道,每个时间通道记录一组植物荧光信号的强度数据,由于CFID量很大,存储时间较长,故ICCD每次拍摄只能采集到植物某一区域产生的荧光信号在一个时刻的分布图,因此,必须用连续激光脉冲不断照射被测区域,激发被测区域连续产生很多相同的荧光信号,同时使这些激光脉冲在照射被测区域前触发ICCD启动,并利用ICCD的控制软件控制ICCD的启动延迟时间不断增加,这样就能够获得植物被测区域产生的荧光信号在不同时刻的强度分布图谱,所用ICCD的“曝光时间”必须远小于被测植物的荧光信号的持续时间。

    植物荧光寿命成像技术通常利用紫光激光作为激发光源,在激光器出口处对激光扩束,再使其照射活体植物,可使激光在不损伤植物组织的前提下激发植物叶绿素分子产生植物荧光,同时利用增强型电荷耦合器件远距离连续采集植物产生荧光光子信号,再将ICCD获取的荧光数据,存储到计算机,经数据处理,即可绘制被测活体植物的荧光寿命分布图谱,植物荧光光谱数据量大,反映植物生理信息多,但不适合遥感探测。而植物荧光寿命更加适合遥感探测,但植物荧光寿命反映植物生理信息有限.若能构建植物光谱信息、荧光寿命与植物生理信息的关系模型,即可通过遥感探测任意植物的荧光寿命,再利用植物生理的关系模型分析、评估被测植物的内在生理信息,实现远距离、大范围精确测量植物生理状况,采用时间分辨测量法,用连续激光脉冲照射植物产生大量相同的荧光信号,同时不断改变探测器的启动延迟时间,得到完整的荧光信号,解卷积法反演植物荧光寿命。

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