基於松木葉綠素太赫茲指紋譜的松材線蟲病監測研究

《基於松木葉綠素太赫茲指紋譜的松材線蟲病監測研究》是依託南京林業大學，由蔣玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於松木葉綠素太赫茲指紋譜的松材線蟲病監測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔣玲
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

以高光譜遙感技術為基礎的松材線蟲病檢測方法，通過研究可見光至近紅外波段感病松木的光譜特徵強度差異，確定松木感病的大致時間，但對於松木的感病程度特別是早期感病松木缺乏直觀簡明的唯一判據。針對此，本申請項目將測試波段延長到中紅外至太赫茲波段，提出基於松木葉綠素太赫茲指紋譜的松材線蟲病監測研究。運用寬頻傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）及窄帶太赫茲時域光譜儀（THz-TDS），研究健康及不同感病時期的松木針葉的光譜特徵差異，表征葉綠素分子指紋峰頻率與感病時間之間的相關性，在此基礎上套用密度泛函理論DFT及Gaussian03軟體分析感病松木針葉的葉綠素分子的指紋峰頻率偏移及強度的變化，建立分子結構、集體振動模式變化的理論依據。該項研究將為植物線蟲病監測提供新的方案。

結題摘要

1、 研究背景 從事松材線蟲病防治的研究人員普遍認為松木感染松材線蟲病後，其體記憶體在的毒素導致一些生化參數變性，如毒素與松木針葉（松針）葉綠素作用後，可能導致葉綠素分子結構發生變化，從而引起針葉顏色的改變，使針葉變紅，這種顏色變化是與由其他病害引起針葉發灰有明顯區別的。由於缺乏合適的研究手段，對於葉綠素變化的研究涉及很少。本課題組在國家自然基金課題《基於松木葉綠素太赫茲指紋譜的松材線蟲病監測研究》的資助下，與國內外研究團組合作開展了松材線蟲病診斷的太赫茲指紋研究。 2、研究內容及重要結果 （1）運用太赫茲時域光譜技術，研究了松針在健康、感病初期、中期、後期不同階段的光譜特徵變化，研究發現松木針葉的太赫茲光譜吸收率隨著松材線蟲病感病程度加深而增加，折射率則相應減小，此項研究成果為追蹤松材線蟲病的發展提供了重要的參考意義； （2）套用傅立葉變換紅外光譜儀研究了松針葉綠素的指紋峰與感病時間的相關性。萃取了健康和感病松針的葉綠素，並用提純的標準樣葉綠素a及b的光譜特徵作為參考，在2.86THz頻段，幾種樣品均出現吸收峰，經分析發現該頻率點的吸收峰來自於葉綠素結構里的核心部分卟啉環和葉綠醇分子的振動和轉動。由於感病後松針葉綠素含量急劇降低，測試的吸收峰頻率未呈現出與感病時間的相關性； （3）套用密度泛函理論（DFT）及Gaussian03軟體，確定松木針葉的葉綠素分子的振動模式及分子間的弱相互作用，獲取其分子構象。研究發現在以2.86 THz為中心頻率、寬約0.8 THz的頻段範圍內，計算的葉綠素a和b光譜呈現吸收峰，吸收峰位置和測試結果較為吻合，但是強度和形狀存在差異，這表明分子間的作用力、范德華力及氫鍵對太赫茲光譜特性有重要的影響； （4）葉綠素指紋峰與環境溫度的相關性研究。在溫度逐漸降低的過程中，原有吸收峰強度逐漸加強，當溫度降至100K左右時，強度基本保持不變。溫度繼續降低，吸收峰位置和強度均不變，沒有新的吸收峰出現。