【文献转载】高光谱技术在评估茶树抗寒性中的应用

本研究通过高光谱成像技术对不同氮肥处理下茶树叶片的冻害进行评估。分析结果经偏最小二乘回归（PLSR），主成分回归（PCR）和线性模型（LM）进行比较，用以改进低温冻害的定量评估。研究结果表明：1410–1766nm波长下获取的高光谱图像对茶树叶片冻伤的预测有较高的准确度，其次为871–1000 nm。

材料与方法

实验对象为两年树龄的茶树（如图1所示）。氮肥处理分别为0%（0g），30%（2.9g），60%（9.67g）和100%（14.88g），用以评估同一冷冻环境下，氮肥施用量对茶树叶片抗寒性的影响；为了评估不同冷冻环境下氮肥对茶树叶片抗寒性的影响，施用100%氮肥，在冷冻环境下，每下降2℃，即对茶树叶片进行高光谱成像。实验中所使用的可见光-近红外光谱仪波长范围871-1766nm，光谱分辨率为2.8 nm。

图1

结果与讨论

图2为不同氮肥施用条件下茶树叶片的高光谱反射图像。0%氮肥处理下的茶树叶片图像中，黑色部分较少，随着氮肥施用量的增加，对应的叶片图像中黑色部分也相应增加。100%氮肥处理下的茶树叶片图像中黑色部分最多，即经过冷冻后反射率最高，这是因为氮肥的施用减弱了低温胁迫的影响。细胞壁对光的散射能力会因从破裂细胞渗出的水分而增强，因此对照组叶片的图像要比其他处理的图像更亮。

图2

图3为经最大值归一化处理的相对反射率。由于氮、叶绿素和水含量的相似性，反射率在特定波长范围内有明显的重叠。

图3

图4a为不同低温环境下100%氮肥处理茶树叶片的反射率。结果表明，反射率随着温度的降低而减少。由于叶绿素荧光的存在，在1450nm附近也出现了强烈的吸收峰。在1400nm附近出现的水吸收特征的吸收峰可能是因为叶片中冻结的水。由此可以推断出细胞结构的变化是引起反射率变化的主要原因。冷冻损伤是由于细胞壁结构的破坏和细胞间隙的增加而引起的，这将导致叶片内部折射率的变化，从而减少对入射光的散射。在1000nm和1300nm处分别出现峰值，这可能是叶绿素荧光的突然转变引起的。

图4

图4b为不同氮肥处理下经低温处理后茶树叶片的反射率。受低温胁迫影响严重的叶片，由于细胞内大部分水分损失，反射率也会降低，因此100%氮肥处理茶树叶片的反射率相对较高。871-1360nm波段内的反射率变化可以清晰地反应处理之间的差异。氮肥供给的增加，为细胞膜提供低温保护的含氮化合物也相应增加，这意味着氮肥的增加通过减小低温对植物造成的损害来提高植物抗寒性。