基于宽带信号激发的叶绿素荧光植物干旱感知方法
2026-06-06 16:11:10
浏览：
“
干旱胁迫是限制光合作用及农业产量的重要环境胁迫因子。然而，当前基于光合生理的干旱感知技术仍有待完善。光系统II（PSII）的叶绿素a荧光（ChlF）与光合作用紧
”
干旱胁迫是限制光合作用及农业产量的重要环境胁迫因子。然而，当前基于光合生理的干旱感知技术仍有待完善。光系统II（PSII）的叶绿素a荧光（ChlF）与光合作用紧密关联，有望作为基于光合生理需求的干旱检测指标。传统ChlF测量采用阶跃或脉冲激发方式，难以充分激发复杂的光化学响应，导致干旱条件下的荧光分析结果差异不显著，检测性能受限。
本研究提出一种基于伪随机二进制序列（PRBS）宽带信号激发与小波熵分析的ChlF干旱感知新技术。四个水稻品种在不同干旱时长下的实验结果表明：传统OJIP荧光参数及诱导曲线难以稳定区分不同干旱梯度；相比之下，PRBS激发的ChlF小波熵分析表现出优异的区分性能。这证实了PRBS能够通过更充分地激励光合系统以获取更丰富的荧光信息，同时表明小波熵是ChlF分析的有效工具。本研究为植物非生物胁迫检测及表型组学研究提供了新型的ChlF激发与分析方法。
图1. 叶绿素荧光激发光信号形式：阶跃激励信号（a），PRBS激励信号（b）。
图2. 不同水稻品种的OJIP荧光诱导曲线（阶跃信号激励）：H优518（a），株两优819（b），鑫两优212（c），旱优2号（d）。
图3. 不同水稻品种的PRBS荧光测试曲线（PRBS信号激励）：H优518（a），株两优819（b），鑫两优212（c），旱优2号（d）。
图4. 不同水稻品种不同干旱条件下的OJIP荧光参数：H优518（a），株两优819（b），鑫两优212（c），旱优2号（d）。
图5. 不同水稻品种不同干旱条件下的OJIP诱导曲线的小波熵：H优518（a），株两优819（b），鑫两优212（c），旱优2号（d）。
图6. 不同水稻品种不同干旱条件下的PRBS曲线的小波熵：H优518（a），株两优819（b），鑫两优212（c），旱优2号（d）。
参考文献
[1] Xia, Q., Tang, H., Fu, L., Tan, J., & Guo, Y. (2023). A drought stress-sensing technique based on wavelet entropy of chlorophyll fluorescence excited with pseudo-random binary sequence. Computers and Electronics in Agriculture, 210, 107933.
