Лазерный метод контроля состояния растений

Исследован лазерный флуоресцентный метод контроля состояния растений. Приведены результаты экспериментальных исследований спектров лазерно-индуцированной флуоресценции растений в различных стрессовых состояниях, вызванных наличием в почве загрязнителей, избыточной воды, механическим повреждением растений. Показано, что при длине волны возбуждения флуоресценции 532 нм воздействие различных стрессовых факторов может проявляться в зависимости от вида стресса и вида растения как в увеличении интенсивности лазерно-индуцированной флуоресценции, так и в изменении формы спектра флуоресценции. Идентифицирующим фактором, характеризующим изменение формы спектра лазерно-индуцированной флуоресценции, может быть отношение интенсивностей флуоресценции на двух длинах волн: 680 и 740 нм. Измерение интенсивности и формы спектра лазерно-индуцированной флуоресценции растений может быть положено в основу лазерного метода обнаружения стрессовых состояний растений.

Литература

[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. Р. 30-36.

[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. Р. 10-19.

[3] Plant abiotic stress diagnostic by laser induced chlorophyll fluorescence spectral analysis of in vivo leaf tissue of biofuel species / A.S. Gouveia-Neto, E.A. da Silva, P.C. Cunha, R.A. Oliveira-Filho, L.M.H. Silva, E.B. da Costa, T.J.R. Camara, L.G. Willadino // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Р. 75680G-1-75680G-8.

[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.

[5] Visualization of laser-induced fluorescence of plants influenced by environmental stress with a microfluorescence imaging system and a fluorescence imaging lidar system / Y. Saito, K. Takahashi, E. Nomura, K. Mineuchi, T.D. Kawahara, A. Nomura, S. Kobayashi, H. Ishi // SPIE. 1997. Vol. 3059. Р. 190-198.

[6] Hristov H.A., Borisova E.G., Avramov L.A., Kolev /.^.Applications of laser-induced fluorescence for remote sensing // Proceedings of SPIE. 2001. Vol. 4397. Р. 496-500.

[7] Helicopter-based lidar system for monitoring the upper ocean and terrain surface / K.J. Lee, Y. Park, A. Bunkin, R. Nunes, S. Pershin, K. Voliak // Applied Optics. 2002. Vol. 41. No. 3. Р. 401-406.

[8] Fluorescence sensing systems: In vivo detection of biophysical variations in field corn due to nitrogen supply / L.A. Corp, J.E. McMurtrey, E.M. Middleton, C.L. Mulchi, E.W. Chappelle, C.S.T. Daughtry // Remote Sensing of Environment. 2003. Vol. 86. Р. 470-479.

[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.

[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.

[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 mecanical and disease stresses in citrus plants by fluorescence spectroscopy // Applied Optics. 2008. Vol. 47. No. 11. Р. 1922-1926.

[13] Water deficit and salt stress diagnosis through LED induced chlorophyll fluorescence analysis in Jatropha curcas L. oil plants for biodisiel / A.S. Gouveia-Neto, E.A. Silva, R.A. Oliveira, P.C. Cunha, E.B. Costa, TJ.R. Camara, L.G. Willadino //Proc. of SPIE. 2011. Vol. 7902. Р. 79020А-1-79020А-10.

[14] Maurya R., Prasad S.M., GopalR. 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. P. 29-35.

[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. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/506199.html (дата обращения 05.03.2014).

[16] Optical and fluorescence properties of corn leaves from different nitrogen regimes / E. Middleton, J.E. McMurtrey, P.K. Entcheva Campbell, L.A. Corp, L.M. Butchera, E.W. Chappellea // Proc. of SPIE. 2003. Vol. 4879. Р. 72-83.

[17] Мерзляк М.Н. Пигменты, оптика листа и состояние растений // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 4. С. 19-24.

[18] Burling K., Hunsche M., Noga G. Use of blue-green and chlorophyll fluorescence measurements for differentiation between nitrogen deficiency and pathogen infection in winter wheat//Journal of Plant Physiology. 2011. Vol. 168. Р. 1641-1648.

[19] Grishaev M.V., Sal’nikova N.S. A Setup for Remote Recording of the Spectrum of Laser-Induced Fluorescence from Crowns of Woody Plants // Instruments and Experimental Techniques. 2010. Vol. 53. No. 5. P. 746-749.

[20] Performance Check of Vegetation Fluorescence Imaging Lidar through In Vivo and Remote Estimation of Chlorophyll Concentration Inside Plant Leaves / Y. Saito, R. Saito, E. Nomura, T.D. Kawahara, A. Nomur, S. Takaragaki, K. Ida, S. Takeda // Optical Review. 1999. Vol. 6. No. 2. Р. 155-159.

[21] Лабораторные и лидарные измерения спектральных характеристик листьев березы в различные периоды вегетации /А.В. Афонасенко, А.И. Иглакова, Г.Г. Матвиенко, В.К. Ошлаков, В.Е. Прокопьев // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 3. С. 237-243.

[22] Бункин Ф.В., Бункин А.Ф. Лидарное зондирование водоемов, почвы и растительности // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13. № 1. С. 63-68.

[23] Laser remote monitoring of the plant photosynthetic activity / R. Barbini, F. Colao, R. Fantom, F. Palucci, S. Ribezzo // SPIE. 1995. Vol. 2585. Р. 57-65.

[24] Яковец О.Г. Фитофизиология стресса. Минск: БГУ, 2010. 103 с.

[25] Лысенков В.С., Вардуни Т.В., Сойер В.Г., Краснов В.П. Флуоресценция хлорофилла растений как показатель экологического стресса: теоретические основы применения метода // Фундаментальные исследования. 2013. № 4. С. 112-119.