植物叶子的光学特性

作业9 植被指数植被指数概念：利用卫星不同波段探测数据组合而成的，能反映植物生长状况的指数。

植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特性，在近红外波段有很强的反射特性，这是植被遥感监测的物理基础，通过这两个波段测值的不同组合可得到不同的植被指数。

不同的植被覆盖类型可以通过其特有的光谱特征进行区分，这是由于叶绿素在红波段内对太阳辐射的吸收以及叶片细胞结构对红外波段内太阳辐射的强反射。

Broadband Greenness(5 indices)（宽带绿色指标(5)）宽带绿度指数可以简单度量绿色植被的数量和生长状况，它对植物的叶绿素含量、叶子表面冠层、冠层结构比较敏感，这些都是植被光合作用的主要物质，与光合有效辐射（fAPAR）也有关系。

宽带绿度指数常用于植被物候发育的研究，土地利用和气候影响评估，植被生产力建模等。

宽带绿度指数选择的波段范围在可见光和近红外，一般的多光谱都包含这些波段。

下面的公式中规定波段的中心波长：ρNIR=800nm，ρRED=680nm，ρBLUE=450nm。

1. Normalized Difference Vegetation Index归一化植被指数增强在近红外波段范围绿叶的散射与红波段范围叶绿素的吸收差异。

简称NDVI： NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)（1）应用：检测植被生长状态、植被覆盖度和消除部分辐射误差等；（2）-1<=NDVI<=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大；（3）NDVI的局限性表现在，用非线性拉伸的方式增强了NIR和R的反射率的对比度。

对于同一幅图象，分别求RVI和NDVI时会发现，RVI值增加的速度高于NDVI增加速度，即NDVI 对高植被区具有较低的灵敏度；（4）NDVI能反映出植物冠层的背景影响，如土壤、潮湿地面、学、枯叶、粗超度等，且与植被覆盖有关；2.Simple Ratio Index比值植被指数在近红外波段范围绿叶的散射与红波段范围叶绿素吸收的比值。

#基础研究#植物叶片延迟发光的光谱特性*李光,焦小雪,刘品,焦美娜(河北大学物理科学与技术学院,河北保定071002)摘要:采用生物超微弱发光探测技术,对绿宝石喜林芋成熟叶片在特定波长下的延迟发光特性进行了测量和分析,得到在400n m~640n m波长范围内其延迟发光衰减参数/1/P0随波长变化的光谱特性。

实验结果表明:叶片在各个特定波长下/1/P光谱0特性不同;植物叶片延迟发光主要集中在大于500n m的长波波段,在这个波段内延迟发光强度最大;衰减参数1/P随波长的增加而上升,当波长大于500n m时,衰减参数1/P相对稳定,在这个波段条件下衰减参数1/P最大。

关键词:超微弱发光;延迟发光;光谱;1/P光谱;植物叶片中图分类号:Q632文献标识码:A文章编号:1007-7146(2007)06-0679-05Spectral Feature of D elayed L u m inescence of P lant L eafLI G uang,JI AO X iao-xue,LIU P in,JI AO M ei-na(Co ll ege o f Phys i cs Sc ience and T echno logy,H ebe i U niversity,Baod i ng071002,H ebe,i Ch i na)Abstract:U sing u ltra-w eak photon em issi on detective techn i que,t he de l ayed l u m i nescence(DL)o f p l ant leaf at d i-f feren t wave-leng t h w ere de tected and ana l y zed.W it h i n t he scope o f the400n m~640n m spectru m,w e g a i ned t he chang e of de l ayed l u m i nescence attenuati on para m e ter(1/P)of p l ant leaf a t different w ave-l ength,w hich w as rega rded as/the1/P spectru m0.T he resu lt show s t hat:t he character istic of/the1/P spec tru m0o f plant leaf w as d issi m il a r atd iffe rent w ave-l ength.T he i ntensity of the de l ayed l u m i nescence ascends w it h t he w av e-l eng thi ncreasi ng.H ow ev er,w hen t he w av e-l eng th ex ceeds500n m,t he i n tens i ty of DL rem a i ns stable;t he1/P pa ram eter o f plant leaf a lso ascend w ith the i ncrea si ng of t he wave-leng t h,butw hen the w ave-length ex ceeds500nm,t he1/P para m e ter o f re m a i n opposite stab ility,w ho se its chang e i s very s m a ll w ith i n the w i de rang e of the w ave-leng th.T he rule o f/the1/P spectrum0re-fl ec ted t he inter i or i n tera cti on of p l ant leaf a t differen t ex c itati on states.Key words:u ltra-weak photon e m iss i on;de l ayed l u m i nescence;the1/P spec tru m;p l ant leaf生物超微弱发光是所有生物都具有的一种普遍现象,它是生物系统中自发辐射的一种极弱的光子流,其强度为几十到几百个hV/(s#c m2),波长范围从180n m~800n m[1-2]。

植物叶片的知识点总结一、叶片的形态特征1. 叶片的形态特征包括叶形、叶缘、叶尖、叶基、叶脉等。

叶形有椭圆形、心脏形、卵形、椭圆形、倒卵形、长圆形、披针形等各种形状，而叶缘有全缘、锯齿缘、波状缘、叶基有心形、圆形、楔形、镰刀形等。

叶尖如锐尖、钝尖、渐尖等。

二、叶片的结构组成1. 叶片的主要结构有上表皮、下表皮、叶肉组织、叶脉组织和气孔等。

上表皮具有较高的透光率，而下表皮则为植物提供保护。

叶肉组织是叶片中最主要的组成部分，其中进行光合作用，气孔则是进行气体交换的通道。

三、叶片的生理功能1. 叶片是进行光合作用的主要器官，通过叶绿体中的叶绿素等色素进行光合作用，将光能转化为化学能，合成有机物质。

其次，叶片还进行气体交换，通过气孔吸收二氧化碳，释放氧气。

同时，叶片还参与了植物的蒸腾作用，调节植物体内的水分平衡。

四、叶片的适应环境1. 叶片的形态、结构和功能在适应各种不同的环境条件下都有一定的改变，如在干旱的环境下，叶片常常会减小表面积、增厚叶片等，以减少水分蒸发；在寒冷的环境下，叶片会增加毛发、变厚或变薄等适应环境。

五、叶片的生长发育1. 叶片的生长发育包括叶芽的萌发、叶原基的形成、叶片的展开和老化等过程。

在这一过程中，植物对外界的环境和内部的物质都有一定的需求和调节机制。

以上就是对植物叶片的形态特征、结构组成、生理功能、适应环境和生长发育等方面的知识点进行了总结。

植物叶片作为植物体的重要组成部分，在植物的生长发育和适应环境等方面都具有重要的作用和意义。

对于探讨植物的生长发育机制、提高植物产量、改良作物品质和保护环境等方面都有一定的指导意义。

N q .6Nov. 20192019 年第六期赣南师范大学学报 Joxuiai of Gannon Normal Unk —shy •光电子材料与技术•植物叶片的近红外光谱研究”廖昱博a ，p ,管立新a ，p ,温锦辉-彭中正-林 玲。

(赣南师范大学Pt 物理与电子信息学院,u 光电子材料与技术研究所，江西赣州341404)摘要:采用积分球法和高光谱方法对不同类型的植物叶片进行了近红外光谱测试分析.结果表明，不同植物 叶片的因色素含量不同，近红外光谱有所差异.不同绿叶间的反射率差异较小，而不同颜色叶片近红外光谱峰形相 近但整体反射率差异较大.叶绿素含量越高，生物活性越强的植物叶片表现出越高的反射率值.”外，受干旱胁迫 的叶片与正常叶片的近红外光谱也表现可分辨的特征5利用近红外高光谱成像的谱图合一的功能有望对植物进行 大范围的监羽，从而及时掌握植物的生长情况.关键词：植物叶片；近红外；高光谱;反射率；光谱特征中图分类号:0433. I 文献标志码:A 文章编号：1044 -8332(241)46 -0454 -441引言植物的叶是植物的重要营养器官之一，其主要功能是通过光合作用合成有机物，并借助蒸腾作用为植物 运输水和无机盐提供动力•当植物受到病虫害、盐分缺失、环境缺水等胁迫时，其叶部容易先表现出相应的变 化和症状•因此把握植物叶部形貌变化成为判断植物病害种类及其严重程度的重要依据•然而，目前主要通 过人工观察的途径判断植物长势和病害情况,这往往具有较大的主观性,并且效率较低，因而需要探求更为 高效的检测方法.近红外光谱技术是一种分析物质结构及其化学组成的重要工具.首先，近红外光谱对应于789 nm - 2 520 nm 的电磁波谱，其涵盖了分子中C-H 、O-H 、N-H 等基团振动的倍频和组频信息,所以非常适合对有机 化合物或天然产物进行成分和结构分析[1].其次,有机物通常在近红外光谱区的吸收强度远小于中红外区, 无需对厚样品进行研磨，亦无需做稀释处理，制样简便•而且，与化学分析方法相比,利用近红外光谱技术分 析样品具有便捷、准确、高效、廉价、无损等优点•这使得近红外光谱技术逐步走出实验室，成为一项“大众 化”的分析手段，并广泛应用于石油化工、食品检测、纺织、制药和环境保护等各大领域中[「/].先前，近红外光谱用于作物营养元素和病害的检测研究已有见报道.如邹小波等利用近红外光谱快速诊 断水果黄瓜磷元素亏缺,建立了磷元素亏缺诊断模型[].虞佳佳等以高光谱成像技术对番茄早期灰霉病进 行快速无损检测[]•张玉森等利用图像技术预测水稻氮含量[]•袁超颖对高光谱成像的植物叶部病害图像 处理算法与实验进行研究[4 ];吴达科等研究了斑潜蝇虫害叶片受害程度对其近红外反射光谱的影响[1 ] •本 文采用两种方式测试研究植物叶片的近红外反射光谱.其一是采用积分球透反射方式获取植物叶片352 nm -1 770 nm 短波近红外谱，其二应用高光谱成像技术采集叶片的Vis-NIR 全波段信息.旨在通过对不同植物 叶片近红外反射光谱特征的研究,为快速高效诊断植物病虫害、判断植物长势提供依据.2实验材料与方法植物叶片样品采摘于赣南师范大学校园中，待测植物叶片主要有以下几个类型:①不同种类的绿叶②同 一种叶片的绿叶、黄叶、落叶;③不同颜色的树叶•样品贮存于实验室中，环境温度19 C ，相对湿度为66%. 24 h 后进行近红外光谱和高光谱测试.积分球测试法使用光纤光谱仪，光谱采集波段为352 nm - 1 700 nm,谱分辨率为8 nm,测试模式采取反 射率模式•在积分球上放置叶片样品，并于其上盖标准白板，信号光经透射一反射一透射方式，分别采集叶片 上不同部位的8个点的漫反射光谱.每个点扫描十次，每次积分时间为128 ms.将上述8个位置处的光谱求* 收稿日期：2019 -09 -03 DOI ：10.1698/j. aCk - 1344/c.4019.05.21基金项目：国家自然科学基金紧急管理项目(61741103)；赣南师范大学大学生创新训练计划项目(201104186)作者简介:廖昱博(1982)男，江西安远人，赣南师范大学物理与电子信息学院讲师，博士，研究方向：近红外光谱技术的应用.6廖昱博,管立新,温锦辉，等植物叶片的近红外光谱研究55平每个样品的光谱-高光用四川双利合谱公司生产的GaiaSoder高光谱仪,光谱范围分两个波段440nm-1000an,990nm-2500nm,前一分辨率为5mm,后一波段分辨率为19nm.图像曝光时4ms.高光用品如图1所示,样品描述如下/:新鲜紫红叶（小—）样品；b新鲜红叶⑴）样品;h新鲜（冬青卫矛）样品；d：新鲜（月季）样品；v：绿色（月季）样品；O部分黄（月季）样品;[:黄色（月季）-3结果与讨论如图2所示为积分球法测得两种不同植物绿叶在850 nm-1700nm近红率谱.该区域的光征主要表现为990nm-1320nm之间形成的高率峰区以及位1 400nm处的•前者的高率主要由内部细胞结构造成的[2],通常其反射率可达50%或更高值;后者则主要源中水分对近红外光的[15]-由图可知，两种植物的在550nm-1320nm之间的反射率值达0.65-0-8左右，而且在整个光谱区，二者的率差异小,仅在高射率区约1000nm和1120nm处存在微小的峰位和峰形的变化，这征主要了两种植中的差异-图3给出了同一植物局部黄化与整体黄的近红外光谱.在整个550nm-1700nm，相的谱图，局部黄的整体率略有降低,但整体峰形保持不变•而整体黄化的叶片的整体率显著下降，在850nm-1320nm 区间的率值0-5-0-4左右.由此表明，叶片的黄化过程近红外区率的降低，因而有望通过监测该区率的变的生长状态-同颜色的近红外光谱积分球测试结果如图4所示•可见，不同颜色的近红外光相近，主要差异在于整体率的不同.在990nm-1300nm区段，绿叶具有最高的率值，反射率达0.65-0.8左右;而黄红射率值最低，仅为0-8-0-4左右,图几乎重合;紫色的光率黄、绿叶之间，约为0.4左右.在1300 nm-1500nm区段,紫叶与率完全相近，而黄叶和红的率值显低-用高光谱仪系统测试Vis-NIR440nm-1000nm波段品的光谱分别如图5（a）,b）和（c）所示.这一最出的特征是在红光和近红外光之在一个的：位于700nm-704nm）,被称为“红边M15]-I素浓度与位置度密切相关[1/]-随着素浓度增加，其对红光度增大，因此坡度逐渐增大（见图5（b））.同时随着养分的缺失或植物的，红边位置出现明显蓝移、坡度变小（如图5（a）中样品b）峰值显著降低（见图5（c））.图1用于鬲光谱测试的叶片样品图2两种不同植物绿叶的近红外光谱测试结果（积分球法）图3局部黄化（黑线）与整体黄化叶片（蓝线）的近红外光谱（球法）图4不同颜色叶片的近红外光谱图（积分球法）55赣南师范大学学报2019 年900500 600 700400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000---样品 ---样品 ---样品--样品 --样品 ---样品--样品gWavelength / nm (a)V\favelength / nm (b)Mvelength / n m(C)图5 叶片样品在Vis-NIR400 nm-1 000 n m 波段的近红外谱图：(o)样品o-c(b)样品d-f (c)样品y NIR990 nm-2 500 nm 波段叶片样品的光谱分别如图6(a)和(b)所示.长波近红外1 770 nm -2 550 nm 区段，叶片的 率主要由水、色素以 质素一 素共同决定[I3].水分的 征主要表现在约1440nm 、l 990 nm 两个大的以 近红外区约1 10 nm 处的弱 .生理状态下，水的 盖了木质素、纤维素和其他成分的特征.但在离体干 (样品y )中，如图6(b)所示，由于水分的缺失,1 440 nm 1990 nm 两个 大 弱，木质素素等干物质的 征便完全显露出来•同时，短波区1 15nm 处水的弱 1190 nm 的宽峰 乎消失.在主要 性的NIR光谱区(约990 nm-1 300 nm ),植物色素基本呈利 合成物主导 率,呈现高 低吸状态•因而，叶绿素含量越高利 性越强的植 表现出越高的 率值.这与近红外光谱积分球测试法的结果一致.图6 叶片样品在NIR905 nm - 2 524 nm 波段的近红外谱图：o)样品o-c( b)样品d -y4结论用积分球高光谱方法对不同类型的植 了近红外光谱测试分析.结果表明，植 的率主要有三大特征:第一，在770 nm-770 nm 的 近红外区存在一个 率 一即“红边”.“红边”的坡度素含量的增大而增大,红边”的位置随着养分的缺失或植物的 ，出现蓝移、坡度变小利 峰值的降低;第二,NIR890 nm-1 390 nm 在一个高 率峰区，其主要 了 的细性,该区域存在两个宽峰分别位1 000 nm 和110 nm.色素在此 无明显 峰，十素含量越高利 性越强的植 表现出越高的反射率值;第三,水在约1 440 nm J 990 nm 两处表现出强 ，并在约115 nm 在一弱 •这三个 可 植 水分含量 干旱胁迫的生状况.鉴于以上特征，我们可以利用近红外光谱技术，尤其是高光谱成像同时拥有谱分 分辨的功能，以遥感的方式对植 大范围的监测，从而及时掌握植物的生长 .参考文献：[1]严衍禄，张录达，陈斌，等.近红外光谱分析在农业领域应用中的几个问题[J].现代仪器与医疗,201(5)：5-8.[2]陆婉珍.现代近红外光谱分析技术(第2版-[M].北京：中国石化出版社,2005.[3] 彭攀，林慧.近红外光谱分析技术在奶制品检测中的应用[J].先进技术研究通报,2010,4(2):35 -39.[]袁洪福，常瑞学，田玲玲，等.纺织纤维及其制品非破坏性快速鉴别的研究[J].光谱学与光谱分析,2010,30(5 )0229-1233.6廖昱博，管立新,温锦辉，等植物叶片的近红外光谱研究50[5]M.Blance,J.Coello,H.Iturdacc-Development and validation oO a necs infrareP methoP for the analyticai control oO a pharmacextical preparationin three steps oO the manufactudng process[J]-Fresnius.J.Anal.Chem.-2000,368：534-539-J]郑怀礼，张鹏，陈雨，等•近红外反射光谱法测定PDA阳离子度的研究[J].光谱学与光谱分析,2912,72(2)：534-333-[0]邹小波，陈正伟,石吉勇，等•基于近红外高光谱图像的黄瓜叶片色素含量快速检测[J]农业机械学报,012,3(5)：152-156.[]虞佳佳•基于高光谱成像技术的番茄灰霉病早期快速无损检测机理和方法研究[D]•杭州：浙江大学,012-[9]张玉森，姚霞，田永超，等•应用近红外光谱预测水稻叶片氮含量[]•植物生态学报,2016,74(5)：603-714-[10]袁超颖•基于高光谱成像的植物叶部病害图像处理算法与实验研究[D]济南:山东师范大学,2010-[11]吴达科，马承伟,杜尚丰•斑潜蝇虫害叶片受害程度对其近红外反射光谱的影响[]•农业工程学报,007,3(2)：150-159­[14]Knipling- E. B.Physical and ppysiolooicai basis for the reXectance oO visibic and necs-infrareP raniatiou from veyetation[J].Remote Sensing oOEnvironment,1970,2(3)：855-150­[15]Curran,P.J.Remote sensing of folics chemisUy]J].Remote Sensing of Environment,1989,32(3):271-278­[14]Lamb, D.W.,SWyn-Rcas,M.,Schaare,P.,et ai.Estimating ledf nibooex concentration in meyrass(Lolium spp.)pasture using the chloro-ppyli reP-ePae:theoretWai mobeling and expedmexmi observations[J].Intemationai Joumai of Remote Sensing-2002,23(S8)：5019-3048­[15]Kobaly,R. 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地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。

在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。

健康的绿色植被，其光谱反射曲线几乎总是呈现“峰和谷〞的图形，可见光谱内的谷是由植物叶子内的色素引起的。

例如叶绿素强烈吸收波谱段中心约和〔常称这个谱带为叶绿素吸收带〕的能量。

植物叶子强烈吸收蓝区和红区的能量，而强烈反射绿区能量，因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。

除此之外，叶红素和叶黄素在〔蓝色〕附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。

如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育，它会减少甚至停止叶绿素的产生。

这将导致叶绿素的蓝区和红区吸收带减弱，常使红波段反射率增强，以至于我们可以看到植物变黄〔绿色和红色合成〕。

从可见光区到大约的近红外光谱区，可看到健康植被的反射率急剧上升。

在区间，植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。

健康绿色植物在间，的光谱特征的反射率高达〔 45%-50%〕，透过率高达〔45%-50%〕，吸收率低至〔 <5%〕。

植物叶子一般可反射入射能量的 40%-50%，其余能量大局部透射过去，因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少〔一般少于 5%〕。

在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。

在可见光波段与近红外波段之间，即大约附近，反射率急剧上升，形成“红边〞现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。

许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。

同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率〔高达 85%〕，这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。

叶片形态变化对光合作用影响原理探索植物是自养生物，通过光合作用将太阳能转化为化学能，并以此为基础进行生长和发育。

作为光合作用的主要场所，叶片的形态变化对光合作用的效率具有重要影响。

本文将探索叶片形态变化对光合作用的影响原理。

叶片是植物主要进行光合作用的器官，通过叶绿素、叶绿体和其他光合色素，叶片能够吸收光能，并将其转化为植物所需的化学能。

叶片形态的变化对光合作用的影响主要表现在以下几个方面。

首先，叶片的形状和大小会影响光的吸收能力。

叶片的表面积越大，光的吸收面积也越大，从而能够吸收更多的光能。

而叶片的形状也会影响叶片表面与光线的接触面积，例如，当叶片的形状为锯齿状或波浪状时，可以增加叶片表面与光线的接触面积，从而提高光的吸收能力。

其次，叶片的厚度会影响光的穿透和吸收能力。

较厚的叶片可以有效吸收更多的光能，但过厚的叶片会增加光线在叶片内部的传播距离，导致光线的散失和吸收效率的降低。

因此，叶片的厚度需要适度，以保证光的有效吸收和利用。

另外，叶片的叶绿素含量会直接影响光合作用的效率。

叶绿素是光合作用的色素之一，可以吸收光能并转化为化学能。

叶片中叶绿素含量的增加会提高叶片对光的吸收能力，从而增加光合作用的效率。

而叶片形态的变化也会影响叶绿素的含量分布，例如，当叶片的形状为扁平状时，叶面上的叶绿素含量相对较高，而当叶片的形状为卷曲状时，叶面上的叶绿素含量相对较低。

此外，叶片的排列方式也会影响光合作用的效率。

在光照充足的情况下，叶片的密集排列可以使植物整体吸收更多的光能。

而在光照不足的情况下，较疏松的叶片排列可以减少光线间的阻挡和竞争，提高每片叶片的光照强度，从而增强光合作用的效果。

最后，叶片的颜色也会影响光合作用的效率。

叶片的颜色主要由叶绿素和其他色素共同决定，不同颜色的叶片对不同波长的光有不同的吸收能力。

例如，叶绿素主要吸收蓝、红光，而叶片的黄色素则主要吸收绿、黄光。

因此，在不同光照条件下，叶片的颜色变化会影响光的吸收和利用效果。

植物光感受与生长植物作为光合生物，对光线的感受是其生长发育的重要因素之一。

本文将探讨植物对光的感受机制以及光对植物生长的影响。

一、植物对光的感受机制植物对光的感受主要依赖于叶绿素，叶绿素是植物中吸收光能的重要色素。

当光线照射到植物叶片上时，叶绿素能够吸收不同波长的光。

其中，光的波长对植物的感受和反应有着重要的影响。

1. 蓝光感受植物对蓝光的感受主要通过蓝光感受器（cryptochrome）实现。

蓝光感受器在植物中广泛分布，它能够感受到不同强度和周期的蓝光信号。

蓝光信号的接收和传导会引发植物的光反应，如光合作用的启动和植物的光形态建成。

2. 红光感受红光感受器（phytochrome）是植物对红光感受的关键分子。

红光能够引发植物内部激素的合成和分解，从而调控植物的生长和发育。

红光信号的感受与光周期和光强度密切相关，不同红光信号能够诱导植物的不同生理反应。

3. 光感受过程植物对光的感受过程涉及到一系列的信号传导和调控机制。

当光线照射到植物叶片上时，叶绿素吸收光能，将其转化为植物细胞内的化学信号。

这些信号会通过液泡、质膜等途径传递到植物的细胞核，进而调控植物基因的表达和蛋白质的合成，最终影响植物的生长和发育。

二、光对植物生长的影响光是植物进行光合作用的能量来源，同时也是植物生长与发育的重要调控因子。

不同强度和波长的光会对植物产生不同的生物学效应，包括植物的光形态建成、生长速率、产量等。

1. 光周期调控植物对光周期的感受和反应对其生长发育具有重要影响。

通过感受黑暗和光照的变化，植物调节营养物质的运输和合成，从而实现生长的节律和季节性的生理活动。

2. 光形态建成光是植物形态建成的重要因素，对植物的地上部分和地下部分都有影响。

例如，红光可以促进植物的竖直生长和延长茎秆，而蓝光则可以促进侧枝的生长和光叶的展开。

3. 光合作用光合作用是植物进行能量转化的重要过程。

光的强度和波长可以影响植物的光合作用速率和产量。

科学探索观察植物的光合作用植物的光合作用是指植物通过叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。

光合作用是地球生态系统中最基础的能量转化过程之一，对维持地球生物多样性、气候调节和环境保护起着至关重要的作用。

科学家们通过观察植物的光合作用，不仅能更好地了解植物生长发育的机理，还可以为改良农作物品质、设计人工光合系统等提供理论基础。

本文将从观察植物光合作用的方法、作用机理以及在农业和能源等领域的应用等方面展开讨论。

一、观察方法1. 观察叶片颜色：叶绿素是植物进行光合作用的关键物质，具有吸收光能的作用。

通过观察叶片颜色的变化，可以初步了解植物的光合作用活性。

2. 气孔观察：气孔是植物进行气体交换的通道，也是二氧化碳进入植物体内的途径。

通过观察气孔的开合情况，可以间接评估植物的光合作用强度。

3. 收集氧气观察：植物在光合作用过程中会释放氧气，我们可以通过收集和观察氧气的产生情况来了解植物的光合作用活性。

4. 检测光合速率：通过测量植物进行光合作用的速率，可以直接评估植物的光合效率。

常用的测量方法有光合速率仪、荧光法等。

二、作用机理1. 光能吸收：植物叶绿素主要吸收红、蓝光，而绿光则较少被吸收。

这也是为什么植物叶片呈现绿色的原因。

2. 光能转化：光合作用中，植物利用吸收的光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质。

这个过程中产生的氧气则释放到大气中。

3. 光合效率：光合作用的效率受到多种因素的影响，如光照强度、二氧化碳浓度、温度等。

适宜的光照强度和温度可以提高植物的光合效率。

三、应用领域1. 农业：通过深入研究植物的光合作用机理，可以帮助农民更好地进行农作物种植管理。

合理调控光照强度、施肥和灌溉等因素，可以提高农作物的产量和品质。

2. 能源：科学家们正致力于开发利用光合作用产生能源的方法。

人工光合系统的研究可以为未来的能源供给提供可行的解决方案。

3. 环境保护：光合作用通过吸收二氧化碳并释放氧气的过程，可以帮助净化大气环境，降低温室气体浓度，缓解全球变暖问题。

健康的绿色植被的光谱反射特征地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的,这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。

在可见光波段内,各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。

健康的绿色植被，其光谱反射曲线几乎总是呈现“峰和谷＂的图形,可见光谱内的谷是由植物叶子内的色素引起的.例如叶绿素强烈吸收波谱段中心约0．45ｕｍ和0。

６7um（常称这个谱带为叶绿素吸收带)的能量。

植物叶子强烈吸收蓝区和红区的能量,而强烈反射绿区能量,因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。

除此之外,叶红素和叶黄素在0．４５uｍ(蓝色)附近有一个吸收带,但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。

如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育,它会减少甚至停止叶绿素的产生。

这将导致叶绿素的蓝区和红区吸收带减弱，常使红波段反射率增强，以至于我们可以看到植物变黄(绿色和红色合成)。

从可见光区到大约0。

7ｕm的近红外光谱区，可看到健康植被的反射率急剧上升.在0。

7—１．3um区间,植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。

健康绿色植物在0.7-1。

3um间,的光谱特征的反射率高达(４5%—5０％),透过率高达(45%—5０%），吸收率低至（〈5％）。

植物叶子一般可反射入射能量的40%—５０%，其余能量大部分透射过去，因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少（一般少于5%)。

在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制.在可见光波段与近红外波段之间,即大约0。

7６ｕｍ附近,反射率急剧上升，形成“红边"现象，这是植物曲线的最为明显的特征,是研究的重点光谱区域.许多种类的植物在可见光波段差异小,但近红外波段的反射率差异明显。

同时，与单片叶子相比,多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率(高达８5%)，这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后,将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。

太阳辐射对植物生长发育的影响姓名：卢常磊学号： 1001064113专业：种子科学与工程一、光的生物学意义与植物的光学特性（一）光是生物体生命活动的能量源泉太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉。

地球上所有生命都靠来自太阳辐射提供生命活动的能量。

而植物的光合作用几乎使所有的有机体与太阳辐射之间发生了最本质联系。

同时，地球表面吸收一部分太阳辐射直接转变为热能，其中一部分用于水分蒸发，其余部分用于增加地表温度，因而太阳辐射也是构成地表热量和水分等分布状况的能量源泉。

到达地球上的太阳辐射主要的作用是产生光合效应、热效应和光的形态效应。

地球生物圈内的光辐射的生物学效应可分为：1、有机物质组成，其中包括光合作用，维生素D的形成；2、物质输送；3、刺激作用，其中包括光周期现象、向光性、趋光性、感光性等。

光和热是动、植物生长发育和产量形成的根本条件。

光对叶绿素起着化学作用，没有光，不能产生叶绿素，也不能进行二氧化碳的合成。

光是植物进行光合作用的能量源泉。

光对植物的热效应，由于植物的蒸腾，不致使植物“体温”过高而“灼”死。

光还影响植物营养体形态的建成和生长发育以及叶的方位等。

太阳各种辐射光谱区对植物生命活动具有不同的重要性：光对生物有机体的影响是由光照强度、光照长度、光谱成分的对比关系构成的。

植物光合作用利用太阳能的程度很低，绿色植物只能吸收落到叶子上太阳能的50%左右，其中又只有1-5%参与植物的光合过程。

而植物通过光合合成的物质却占到植物总干重的90—95%。

当前，我们还不能改变太阳能的大小及其在地球上的分布，但能提高到达地面上太阳能的利用率，特别是提高植物接受光能的面积和它们的利用率。

（二）植物单叶的光学特性投射于叶面上的太阳辐射，可分为反射、吸收和透射三部分。

反射由内反射和外反射构成。

外反射是叶片表皮层与空气界面所发生的反射现象。

内反射是投射到叶子内部，又从投射一侧返回空气中的辐射。

进入叶子内部，部分被吸收、反射后，一部分光通过叶片到达另一侧，这部分光称为透射光。

树叶形状不同的原因树叶形状的差异主要是由于植物的生理特性和适应环境的需要。

下面将从几个方面解释树叶形状不同的原因。

一、叶片的大小与光照强度有关。

在光照强度较弱的环境中，为了能够最大限度地吸收到光能，植物一般会生长大面积的叶片，这样可以增加光能的吸收面积。

而在光照强度较强的环境中，为了避免过多的光能对植物造成伤害，植物往往会生长较小的叶片，以减少光能的吸收面积。

二、叶片的形状与水分利用有关。

在干旱的环境中，为了减少水分蒸发，植物一般会生长成细长而且中空的叶片，这样可以减少叶片表面积暴露在空气中，从而减少水分的蒸发。

而在湿润的环境中，植物则会生长成较大而且厚实的叶片，以增加叶片的表面积，从而增加水分的吸收。

三、叶片的形状与光合作用有关。

光合作用是植物通过叶绿体中的叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。

为了能够最大限度地进行光合作用，植物一般会生长成宽而且薄的叶片，这样可以增加光能的吸收面积，提高光合作用效率。

四、叶片的形状与植物的生长方式有关。

有些植物的叶片呈羽状复叶状，这是因为它们是通过分枝的方式生长的，每个分枝上都有一个小叶片。

而有些植物的叶片呈掌状，这是因为它们是通过螺旋生长的方式，每次生长都会有一个叶片。

五、叶片的形状与植物的繁殖方式有关。

有些植物的叶片呈心形或箭头形，这是为了吸引传粉者，帮助植物进行有性繁殖。

这些叶片形状可以提供一个平台，吸引传粉者停留在上面，从而促进花粉的传播。

树叶形状的差异是由于植物的生理特性和适应环境的需要。

不同的叶片形状在吸收光能、利用水分、进行光合作用、适应生长方式和繁殖方式等方面具有不同的优势。

通过对树叶形状的研究，可以更好地理解植物的生长和适应机制，为植物的保护和利用提供科学依据。

地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。

在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用最为重要。

健康的绿色植被，其光谱反射曲线几乎总是呈现“峰和谷〞的图形，可见光谱内的谷是由植物叶子内的色素引起的。

例如叶绿素强烈吸收波谱段中心约和〔常称这个谱带为叶绿素吸收带〕的能量。

植物叶子强烈吸收蓝区和红区的能量，而强烈反射绿区能量，因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。

除此之外，叶红素和叶黄素在〔蓝色〕附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。

如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育，它会减少甚至停止叶绿素的产生。

这将导致叶绿素的蓝区和红区吸收带减弱，常使红波段反射率增强，以至于我们可以看到植物变黄〔绿色和红色合成〕。

从可见光区到大约的近红外光谱区，可看到健康植被的反射率急剧上升。

在区间，植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。

健康绿色植物在间，的光谱特征的反射率高达〔 45%-50%〕，透过率高达〔45%-50%〕，吸收率低至〔 <5%〕。

植物叶子一般可反射入射能量的 40%-50%，其余能量大局部透射过去，因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少〔一般少于 5%〕。

在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。

在可见光波段与近红外波段之间，即大约附近，反射率急剧上升，形成“红边〞现象，这是植物曲线的最为明显的特征，是研究的重点光谱区域。

许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。

同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率〔高达 85%〕，这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过最上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。