[發明專利]一種紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷方法

在審

• 申請號: 202211062648.2
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115389477A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 崔笛;計淑鈺;馮喆;王大臣
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明公開了一種水培紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷方法，屬于植物營養診斷技術領域。該方法利用三維熒光光譜技術，獲取紅鳳菜植株根系分泌物的三維熒光光譜，基于熒光區域積分法提取缺鐵、缺鎂、缺鈣以及正常紅鳳菜植株根系分泌物的三維熒光光譜特征，結合支持向量機(SVM)算法，建立紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的診斷模型，實現紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷。本發明提取的方法可以無損判斷紅鳳菜植株是否缺乏鐵、鎂、鈣元素，從而及時有針對性地進行營養調控，有助于提高紅鳳菜的品質和產量，同時在培育紅鳳菜的過程中達到節本增效的目的，為實現水培環境下的精準化種植提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及植物營養診斷技術領域，具體涉及一種紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷方法。

背景技術

Fe、Mg與葉片中植物色素的合成有關，參與植物的光合作用和呼吸作用；Ca作為植物生長發育過程中必需的大量元素，參與植物多種代謝活動，是植物應對非生物脅迫的重要營養元素。Fe、Mg、Ca等營養元素的不合理配比或者供給不足，以及培養環境的溫度和pH都會影響植株對營養元素的吸收和利用，導致其遭受營養缺乏脅迫。在Fe、Mg、Ca缺乏脅迫下，紅鳳菜葉片中植物色素以及抗氧化活性物質合成受阻，這極大程度上影響紅鳳菜的品質和產量，致使其藥用價值和經濟價值降低。因此，在紅鳳菜培育過程中對其Fe、Mg、Ca缺乏情況進行鑒別，并及時有針對性地進行營養調控，有助于提高紅鳳菜的品質和產量。

當遭受營養脅迫時，植物中葉綠素含量、酶活性、根系分泌物等代謝物都會發生變化。葉綠素含量變化會導致植物葉片的顏色改變，這是最直觀簡便的營養診斷方法，但不同營養元素的缺乏都會導致葉綠素含量的變化，因此該方法難以區分植物缺素的種類。通過檢測植物細胞中酶活性量，可判斷植物體內特定營養元素的豐缺情況。通過檢測細胞中營養元素含量和酶活性來進行植物的營養診斷。這種方法靈敏度高，可用于植物早期的營養診斷，但實驗操作繁瑣、耗費時間長、分析成本高，不適用于實際場景的植物營養診斷中。根系分泌物作為植物重要的代謝物之一，是反應植物營養狀態的重要信號。在不同的營養元素缺乏脅迫下，植物根系分泌物的組成和含量都會有所差異。相對于葉綠素、酶等提取方法，植物根系分泌物的提取不會損壞植物組織和影響植物生長。基于根系分泌物對植物進行營養診斷，有助于及時有針對性地對植物進行營養調，為實現水培環境下的精準化種植提供技術支撐。

現有的根系分泌物分析方法主要有：

核磁共振波譜法，在不損害樣本的基礎上，分析出未知成分的結構和含量，但是其檢測靈敏度較低，通常與其他分析方法一起使用。

高效液相色譜法靈敏度高，分離效果好，適合痕量物質的精確分析，但是不能分析出根系分泌物中的未知組分。

色譜-質譜聯用法可以分析出未知組分，但是氣相色譜-質譜聯用法在分析前需要進行復雜的衍生化處理，液相色譜-質譜聯用法目前缺乏標準的光譜。

三維熒光光譜法具有檢測快速、靈敏度高的優點，已被用于植物根系分泌物的檢測，但由于根系分泌物中的熒光物質會出現熒光峰相互重疊的問題，因此需要結合化學計量學方法進行分析。與磁共振波譜法、高效液相色譜、色譜-質譜聯用等方法相比，利用三維熒光光譜法對根系分泌物分析時，省去了復雜的衍生化等前處理步驟，檢測方便快速，可用于根系分泌物的定性和定量表征。隨著水培植物工廠的發展，基于三維熒光光譜法對水培植物根系分泌物進行檢測，有望實現對植物的現場無損營養診斷，有助于及時有針對性地對植物進行營養調控，達到節本增效的目的，為實現精準化種植提供技術支撐。

發明內容

本發明的目的在于提供一種紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷方法，利用三維熒光光譜技術，獲取紅鳳菜植株根系分泌物的三維熒光光譜，基于熒光區域積分法分析缺鐵、缺鎂、缺鈣以及正常紅鳳菜植株根系分泌物的三維熒光光譜特征，結合支持向量機(SVM)算法，建立紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的診斷模型，實現紅鳳菜鐵、鎂、鈣元素缺乏的無損診斷，從而及時有針對性地進行營養調控。

為實現上述目的，本發明采取了以下技術方案：