【摘要】：葉片中類胡蘿卜素是植被環(huán)境脅迫、光合能力和植被發(fā)育階段的指示器。基于葉片的原位拉曼光譜響應(yīng)特性對(duì)龍井43葉片的類胡蘿卜素含量進(jìn)行了研究,建立了兩者之間的定量模型。本文共對(duì)315個(gè)龍井43葉片樣本進(jìn)行了拉曼光譜采集和分光光度檢測(cè)。為排除檢測(cè)過(guò)程中受噪聲、基線漂移等因素的干擾,運(yùn)用和比較了五種光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理方法提取原始拉曼光譜中與茶葉中類胡蘿卜素含量有關(guān)的有效信息�；陬A(yù)處理后的數(shù)據(jù)建立了偏最小二乘(PLS)回歸模型,拉曼光譜與類胡蘿卜素含量的建模集和預(yù)測(cè)集的相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.817和0.786。為進(jìn)一步研究類胡蘿卜素的拉曼光譜響應(yīng)機(jī)理,本文采用連續(xù)投影算法(SPA)優(yōu)選了17個(gè)拉曼特征波數(shù)建立相應(yīng)的特征波數(shù)模型,模型的建模集和預(yù)測(cè)集的相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.808和0.777。根據(jù)已建立的模型,探究了茶樹(shù)四個(gè)不同葉位的葉片類胡蘿卜素含量的變化。發(fā)現(xiàn)茶樹(shù)葉片隨著葉齡的增加,類胡蘿卜素濃度呈先增后減的趨勢(shì)。以第2位葉的類胡蘿卜素含量最高。進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可行性以及探索了將該模型應(yīng)用于茶樹(shù)葉片樹(shù)齡和葉位探測(cè)的可能性。采用拉曼光譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)葉片中類胡蘿卜素含量的原位、無(wú)損、定量檢測(cè)。
【圖文】：

工澆水，實(shí)驗(yàn)時(shí)葉齡約為２年。材料１：用于建模的龍井４３葉片３１５片，將葉片放入密封袋中、標(biāo)號(hào)。對(duì)葉片進(jìn)行拉曼光譜采集，采集后的葉片立即放入４℃冰箱內(nèi)避光冷藏。光譜采集后剪取主葉脈兩邊的葉片約０．１ｇ，，記錄其濕重；然后將樣品剪碎研磨后加入１０ｍＬ色素提取液（９５％酒精溶液），置于暗室保存約２４ｈ，用于紫外分光光度計(jì)檢測(cè)類胡蘿卜素含量。材料２：用于驗(yàn)證模型的樣本選用一株茶樹(shù)上不同葉位的４片葉片，對(duì)樣本進(jìn)行拉曼光譜面掃描。葉片的葉位及形態(tài)如圖１所示：頂芽附近第一片葉作為１號(hào)位葉，往下依次標(biāo)記為第２、３、４葉。圖１茶樹(shù)葉位的選擇圖Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ１．１．２儀器本實(shí)驗(yàn)用到的拉曼光譜儀為雷尼紹共聚焦激光顯微拉曼儀（ＲｅｎｉｓｈａｗｉｎＶｉａ－Ｒｅｆｌｅｘ５３２／ＸＹＺ）。激發(fā)波長(zhǎng)５３２ｎｍ；激光強(qiáng)度５０ｍＷ；積分時(shí)間１ｓ；拉曼光譜檢測(cè)波長(zhǎng)范圍為５７９～３０６２ｃｍ－１；分辨率０．２ｎｍ；選用放大倍數(shù)為５×的物鏡。材料１：每個(gè)樣本掃描葉片上中下三個(gè)點(diǎn)，取三條光譜的平均，用平均光譜作為樣本的代表性拉曼光譜。本實(shí)驗(yàn)采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定茶樹(shù)葉片的類胡蘿卜素含量，單位ｍｇ·ｇ－１。材料２：４個(gè)樣本分別進(jìn)行拉曼面掃描，步長(zhǎng)２μｍ，１，３和４號(hào)樣本的面掃描區(qū)域一共包含２２１（１７×１３）個(gè)點(diǎn)，２號(hào)樣本包含２２４（１６×１４）個(gè)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用ＷＩＲＥ３．３對(duì)采集的拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行提��；用Ｕｎｓｃｒａｍｂｌｅｒ９．７和Ｍａｔｌａｂ

圖３茶葉類胡蘿卜素的特征波數(shù)Ｆｉｇ．３ＴｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｓｕｓｉｎｇＳＰＡ為茶樹(shù)葉片光譜的ν４（Ｃ—Ｈ）平面外擺動(dòng)［１２］，１０００ｃｍ－１為茶樹(shù)葉片光譜的甲基ν３（Ｃ—Ｈ３）平面內(nèi)搖擺振動(dòng)，１１６０ｃｍ－１為茶樹(shù)葉片光譜的ν１（Ｃ—Ｃ）伸縮振動(dòng)［７］。其余特征歸屬見(jiàn)表３。結(jié)合圖２來(lái)看，茶樹(shù)葉片的Ｃ迨Ｃ雙鍵和Ｃ—Ｃ單鍵的平面內(nèi)伸縮振動(dòng)拉曼譜峰強(qiáng)度較高，而甲基（ＣＨ３）的平面內(nèi)搖擺振動(dòng)稍弱之，這些峰都是可作為茶葉中類胡蘿卜素檢測(cè)的特征峰，說(shuō)明了篩選出１７個(gè)特征波數(shù)能夠解釋茶葉中的類胡蘿卜素含量。特征波數(shù)的減少，簡(jiǎn)化了模型，而同時(shí)模型的擬合度、穩(wěn)健性得以保留。提取后的特征波數(shù)推廣能力強(qiáng)，可廣泛用于回歸建模，提高了光譜儀的掃描速度。為茶葉生產(chǎn)中茶葉類胡蘿卜素含量的在線、實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了理論依據(jù)。圖４基于特征波數(shù)建立的ＰＬＳ模型建模效果Ｆｉｇ．４ＰｒｅｄｉｃｔｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇＰＬＳ表３拉曼特征波數(shù)的化學(xué)歸屬Ｔａｂｌｅ３ＣｈｅｍｉｃａｌａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＲａｍａｎｓｈｉｆｔｓＷａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ－１ＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔＲｅｆｅｒｅｎｃｅＷａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ－１ＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔＲｅｆｅｒｅｎｃｅ９４５ν４（Ｃ—Ｈ）平面外擺動(dòng)［１３］１５１５ν２（Ｃ迨Ｃ）平面內(nèi)伸縮［７，１２］１０００ν３（Ｃ—Ｈ３）平面內(nèi)搖擺振動(dòng)［

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