1 福建农林大学，生命科学学院，福州 350002
2 福建农林大学，植物保护学院媒介病毒研究中心，福州 350002
磷酸化是真核细胞中常见的一种翻译后修饰方式，它对生物体内多种代谢活动和细胞信号转导过程起着调控作用。植物病毒蛋白通过磷酸化和去磷酸化修饰调节蛋白质的生物活性，从而影响细胞内的生物信号传递。磷酸化修饰的植物病毒蛋白参与调控病毒的侵染、病毒 RNA的合成、病毒的 RNA沉默以及调控宿主基因的表达。近年来，植物病毒蛋白磷酸化的分子机制得到了广泛和深入的研究。本文总结了植物病毒蛋白磷酸化修饰的位点、磷酸化鉴定方法及其生物学功能，为磷酸化在植物和病毒相互作用中的生物学功能提供了参考。
植物病毒蛋白 磷酸化 蛋白激酶 病毒侵染 翻译后修饰 plant viral proteins phosphorylation protein kinases viral infection posttranslational modification
1 北京市农林科学院智能装备技术研究中心, 北京 100097
2 贵州大学农学院, 贵州 贵阳 550025
3 北京市农林科学院智能装备技术研究中心, 北京 100097农业部都市农业(北方)重点实验室, 北京 100097
为了探究红、 蓝光在番茄果实着色过程中的作用关系, 在人工光型植物工厂中采用岩棉种植微型番茄, 以各发育阶段番茄果实在不同LED红蓝光模式下的反射光谱为切入点, 通过对纯红光、 红蓝组合光以及不同间隔的交替光照射下番茄果实色相指标和反射光谱的分析, 研究了不同的红蓝光照射模式对番茄果实光谱特性及着色的影响。 结果表明: (1) R6h/RB2h(纯红光/红蓝组合光6 h/2 h)交替供光模式最有利于番茄果实中呈红色素(如β-胡萝卜素和番茄红素)的积累和叶绿素的分解, 最终促成番茄果实更早地转色; R(纯红光)供光模式作用效果仅次于R6h/RB2h; 相比之下, RB(红蓝组合光)供光模式不利于番茄果实呈红色素的积累和果实着色进程。 (2) 在促进番茄果实着色方面, 红光和蓝光之间既存在协同增强效应, 也存在信号串扰引发的削弱效应, 红光与红蓝组合光以一定的间隔进行交替辐射, 能最大化地发挥单一红光与红蓝混合光在番茄果实色素代谢及果实着色方面的积极作用。 (3) 转色期番茄果实红绿区域反射比(Red/Green)、 修正叶绿素吸收比指数(MCARI)、 光化学反射指数绝对值(|PRI|)等光谱参量所反映出的色素含量变化动态与Hue值所反映的番茄果实色相一致, 该时期番茄果实反射光谱特性与果皮着色有较高的统一性, 转色期番茄果实的反射光谱能够更好地反映番茄果实着色程度和着色进程。
反射光谱 植物工厂 LED供光模式 番茄 果实转色 Reflection spectrum Plant factory LED lighting mode Tomato Fruit color conversion 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1809
广东第二师范学院化学与材料科学学院, 广州 510800
采用高温固相法合成了La2MgTiO6∶Mn4+、La2MgTiO6∶Pr3+、La2MgTiO6∶Pr3+,Mn4+单掺杂和双掺杂荧光粉, 并通过X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱等测试方法对荧光粉的物相结构、形貌和发光特性进行了表征及分析。结果表明: 成功合成了La2MgTiO6∶Mn4+、La2MgTiO6∶Pr3+、La2MgTiO6∶Pr3+,Mn4+荧光粉且均为纯相; 样品的粒径为1~2 μm; La2MgTiO6∶Mn4+在650~750 nm的红光发射是来自Mn4+的2E1→4A2跃迁, La2MgTiO6∶Pr3+在红光区域600~660 nm具有强烈的发射, 归属为Pr3+的3P0→3H6和3P0→3F2跃迁。当Mn4+与Pr3+共同掺杂于La2MgTiO6时, 来自Mn4+、Pr3+不同波段的红光发射使荧光粉的发射光谱与植物光敏色素Pr与Pfr吸收光谱的重叠程度大幅增加, 表明Mn4+、Pr3+共掺有效拓宽了La2MgTiO6荧光粉的红光发射区域, 更符合植物照明的需求, 在LED植物照明领域具有更明显的潜在应用价值。
荧光粉 红光发射 光敏色素 植物照明 La2MgTiO6 La2MgTiO6 phosphor red light emission phytochrome Mn4+ Mn4+ Pr3+ Pr3+ plant illumination
1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 合肥学院，安徽合肥20601
针对目前浮游植物种类鉴别镜检法中存在的相似形态藻细胞难以区分、同粒径杂质干扰大、藻细胞位置难以定位分割等问题，设计了一种浮游植物明场荧光显微同步成像系统。系统使用高分辨显微成像光路结构、透射式与落射式结合的照明方式和以分光光路为核心的明场荧光双光路同步成像方法，获取浮游植物显微图像下的明场形态信息和色素荧光信息。利用该系统对绿藻门、蓝藻门、硅藻门等不同门类藻种进行明场图像与荧光图像同步成像测试，实验结果表明：系统成像分辨率达1.5 μm，成像周期时间为707 ms，系统采集的图片中藻细胞纹理清晰，细胞边缘明显，利用系统中的明场图像并结合荧光图像，可有效定位藻细胞位置，降低样品中杂质对藻种鉴别的影响，丰富浮游植物显微图像信息量，为基于浮游植物显微图像的相关研究提供方法参考。
浮游植物 显微成像 荧光成像 双光路成像 phytoplankton microscopy imaging fluorescence imaging double optical path imaging 光学 精密工程
2023, 31(12): 1725
1 淮阴工学院化学工程学院, 江苏省凹土资源利用重点实验室, 江苏 淮安 223003
2 淮阴工学院, 矿盐资源深度利用技术国家地方联合工程研究中心, 江苏 淮安 223003
以凹凸棒石黏土基气凝胶为精油载体制备高载量香氛剂并实现精油长效控释。以凹凸棒石为三维网络骨架、以植物纤维为增韧补强材料, 制备了一种高比表面积、高孔隙率和优良机械加工性能的的凹凸棒石/植物纤维复合气凝胶。该气凝胶对甜橙精油的负载率高达96%且挥发残油率低(<5%)。疏水改性提高了气凝胶对精油的负载率并显著延长精油缓释时间。精油挥发均呈现短暂快速下降、稳定释放、缓慢下降3段变化规律, 展示复合气凝胶对精油挥发的良好控速能力: 体积为4 cm3的香氛剂在60 ℃实验温度下可维持80 mg/h恒速释放27 h, 累计释放时间为31 h; 精油控释速率随气凝胶体积增大而增大, 在1 cm3后逐渐趋近平台值; 精油在气凝胶中的释放行为符合Korsmeyer-Peppas模型, 属于Non-Fickian扩散。
凹凸棒石 气凝胶 植物精油 缓释 palygorskite aerogel plant essential oil sustained release
水生植物能够净化污染物和抑制藻类生长，在生态系统重建方面具有重要的应用价值。光谱分析作为植物种类识别的一种方法，具有无接触、快速、无污染等特点。受周围水环境的影响，绿色水生植物的光谱特征峰比陆生植物更加难以区分，地面实测光谱数据不仅维度高，且存在大量重叠谱带和背景干扰，特征光谱不明显；同时，通过地面实测获取样本数据较为困难，适用于深度学习的地面光谱数据集较少。针对以上问题，本文提出了一种基于一阶导数法结合AlexNet网络的分类模型。本团队以2019年9—10月上海河道内4种优势种群的近岸挺水水生植物为研究对象，使用地物光谱仪采集4种水生植物叶片部位的光谱信息。实验中，首先使用4种光谱分析法对原始数据进行预处理，比较预处理前后分类模型的准确率，其中一阶导数法结合AlexNet网络的分类模型对4种水生植物的分类精度最高，为99.50%；然后分别选取样本数据的40%、60%和80%作为训练集，验证模型在小样本下的泛化能力；最后利用Grad-CAM算法对模型进行可视化，分析后发现本文模型提取的水生植物的特征光谱与现有研究结果一致。上述研究结果表明，本文模型能够有效提取水生植物的特征光谱，实现对4种水生植物的快速准确分类识别，为高光谱遥感卫星识别此4种水生植物提供了重要参考。
光谱学 近岸水生植物 深度学习 光谱预处理 AlexNet网络
李少辰 1,2,3张爱武 1,2,3,*张希珍 1,2,3杨志强 1,2,3李梦南 1,2,3
1 首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048
2 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京 100048
3 首都师范大学空间信息技术教育部工程研究中心，北京 100048
植物三维表型结构信息在生物育种和基因组研究中尤为重要。为了能够有效、快速、无损地实现对植物三维表型信息的提取，以玉米为例，提出一种从图像生成的三维点云提取玉米幼苗叶片尺度的三维表型结构信息的方法。首先利用运动恢复结构算法将手机获取的图像重建生成三维点云；然后结合ExGR指数、条件欧氏聚类算法从环境背景中自动提取玉米幼苗，进而采用区域增长算法分割叶片；最后计算玉米幼苗的株高、三维体积、叶片面积和叶片周长等三维表型结构信息，并分析表型信息随时间的动态变化。结果表明，与真实值相比，所提方法计算的株高、叶片面积和叶片周长的均方根误差（RMSE）分别为0.77 cm、1.62 cm2和1.21 cm，平均绝对百分比误差（MAPE）分别为3.23%、8.27%和4.75%，且决定系数R2均达0.98以上。所提方法可以有效地无损提取玉米幼苗三维表型结构信息，并可以拓展到对其他柱状结构植物的表型信息提取方面。
三维点云 植物表型 可见光植被指数 叶片分割 动态监测 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0210002
1 湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
2 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045
3 湖南省中医药研究院中药研究所, 湖南 长沙 410013
植物精油是从芳香植物提取的天然复杂化合物, 作为芳香植物的次生代谢产物具有挥发性和浓郁香味, 其特有的多样化生物活性广泛应用于医药和化妆品行业。 植物精油具有高渗透性, 能以活跃的分子态渗透皮肤组织, 经淋巴腺吸收后进入血液, 其所含的重金属元素也极易随植物精油进入人体对健康构成潜在威胁。 采用硝酸-双氧水对植物精油进行微波消解, 在多模式样品导入系统(MSIS)的双重模式下, 采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定其中可形成蒸气重金属元素As, Sn, Sb, Hg和不可形成蒸气重金属元素Cr, Ni, Cd和Pb的含量。 选择盐酸对样品进行酸化并预还原氧化态元素, 通过在线加入L-半胱氨酸/酒石酸提高可形成蒸气元素的蒸气发生效率, 利用硼氢化钠/氢氧化钠在MSIS中将As, Sn, Sb和Hg转变为蒸气状态; 针对分析过程中存在的多个或单个光谱重叠和背景干扰, 分别对空白溶液、 分析元素和预期干扰元素的纯溶液进行测定, 根据获得的光谱响应数据解卷积构建快速自动曲线拟合技术(FACT)模型, 将分析谱线从干扰谱线中分离出来, 从而实现光谱重叠干扰和背景干扰的实时校正; 采用加标回收并与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行对比分析评价方法的准确性。 各元素方法的检出限(MDL)为0.3811.2 μg·kg-1, 加标回收率为95.4%104%, 相对标准偏差(RSD)为1.9%4.9%, 对比分析的相对误差(RE)在-2.1%2.7%之间, 表明方法准确可靠, 精密度高。 对8种植物精油中的重金属元素进行了分析, 所有植物精油样品中重金属元素As, Hg和Pb的含量远低于GB/T 26516-2011制定的限量标准, 植物精油中重金属元素Cr, Ni, Sn, Cd和Sb的含量虽然没有制定限量标准, 但均处于极低水平。 MSIS兼具传统雾化和蒸气发生双重功能, 在分析可形成蒸气元素和不可形成蒸气元素时无需切换不同进样系统, 能满足大批量植物精油中微量重金属元素的高通量分析需要。
植物精油 电感耦合等离子体发射光谱 重金属 多模式样品导入系统 快速自动曲线拟合技术 Plant essential oil Inductively coupled plasma optical emission spectrometry Heavy metal Multimode sample introduction system Fast automatic curve fitting technology 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1162
1 湖南省微生物研究院, 长沙 410009
2 湖南省勘测设计院有限公司, 长沙 410014
盐胁迫影响植物生长发育, 制约农作物安全生产。细胞内钠离子毒害是导致盐胁迫的主要因素之一, 细胞内积累过多的钠离子会抑制光合作用及蛋白合成等一系列生理生化活动。因此, 植物细胞内钠离子动态平衡对于维持植物正常生长发育至关重要。本文从盐胁迫对植物的危害、钠离子转运、信号传导等方面来阐述植物应答高盐胁迫的研究进展, 以推动对植物盐胁迫响应机制的研究。
盐胁迫 植物 钠离子转运 信号传导 分子机制 salt stress plant sodium ion transport signal transduction molecular mechanism
安徽农业大学信息与计算机学院智慧农业技术与装备安徽省重点实验室，安徽 合肥 230036
植物叶片生理参数的测定对植物生长发育的研究具有重要意义。为了实现植物光合作用等生理参数的低成本、高效率监测，设计了具有自动开合和手持式叶室的监测仪，通过接入节点和计算节点完成实验数据的采集和管理。接入节点完成CO2浓度、空气温湿度、大气压强等数据采集及光合生理参数的实时计算，计算节点负责人机交互界面和远程监测系统的数据存储和网络化传输。实验结果表明，该监测仪与国外同类型监测系统没有显著差异，能满足植物光合作用自动监测的要求。此外，该监测仪对植物生理参数的自动监测响应迅速、测量结果稳定可靠且成本低廉，对于监测作物生长发育状况、指导农作物施肥和病虫害防范具有重要的辅助作用。
测量与计量 仪器研制 光合速率 植物生理 远程监控 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2312001
