一种植物中光合色素种类的识别方法
阅读说明：本技术 一种植物中光合色素种类的识别方法 (Method for identifying variety of photochromic substances in plant ) 是由 魏凯华 苏向龙 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种植物中光合色素种类的识别方法,通过获取不同波段下特定光合色素的飞秒激光强度-多光子吸收荧光强度的曲线,确立其多光子吸收阶数,比较不同光合色素的多光子吸收阶数及对应波长,最终实现植物光合色素种类的有效识别。本发明是一种快速有效的实时检测方法,不但解决了传统化学方法需要离体检测、有损检测的问题,更避免了目前光学无损检测中不同光合色素线性吸收光谱相互叠加的困境。(The invention discloses a method for identifying the variety of photosynthetic pigments in plants, which is characterized in that a curve of femtosecond laser intensity-multiphoton absorption fluorescence intensity of a specific photosynthetic pigment under different wavebands is obtained, a multiphoton absorption order of the curve is determined, the multiphoton absorption orders and corresponding wavelengths of different photosynthetic pigments are compared, and finally, the effective identification of the variety of the photosynthetic pigments in plants is realized. The invention is a rapid and effective real-time detection method, which not only solves the problems that the traditional chemical method needs in-vitro detection and destructive detection, but also avoids the dilemma that the linear absorption spectra of different photosynthetic pigments are mutually superposed in the current optical nondestructive detection.)
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种植物中光合色素种类的识别方法。
背景技术
植物光合作用是自然界中最基本的物质和能量代谢，它把光能转变成化学能、把无机物转化成有机物，重要性不言而喻，在众多影响光合作用效率的元素当中，叶绿素(叶绿素a、叶绿素b)、β-胡萝卜素、叶黄素等光合色素起到了关键作用。
早期检测光合色素种类的方法大部分涉及化学萃取，存在明显缺陷，即有损检测、离体检测，同时需要大量植物进行光合色素提取，会对农作物造成较大的损害，但是该方法的高准确率，之后通常用于验证新的检测方法的准确度。为解决有损检测的问题，人们尝试用光学的方法，但是不同光合色素的线性吸收光谱相互重叠难以有效分离。
非线性多光子吸收效应是强激光与介质作用过程中产生的一种三阶光学非线性。在高强度入射光的照射下，介质中处于基态的粒子能够同时吸收多个光子跃迁到激发态，最终经过非辐射跃迁至亚稳态，并发射出荧光，非线性多光子吸收效应补充了介质的激发态信息。因此利用不同色素多光子吸收特性不同的原理，能够解决“光谱重叠”的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有方法的有损检测、低效等问题，提供一种快速高效的植物中光合色素种类识别方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明为一种植物中光合色素种类的识别方法，具体步骤如下：
步骤一、检测识别装置搭建：将聚焦透镜、比色皿和荧光探测器沿飞秒激光器的光轴方向并排排布，比色皿位于聚焦透镜和荧光探测器之间，且位于聚焦透镜的焦点上。
步骤二、叶绿素a的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1291～1326nm范围内，激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿上，荧光探测器检测待测光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；其中，待测植物光合色素样品为叶绿素a、叶绿素b、叶黄素或β-胡萝卜素中的一种；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若拟合曲线的斜率为2，则产生了2光子吸收效应，识别出待测光合色素样品为叶绿素a，否则执行下一步。
步骤三、叶黄素的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1336～1350nm范围内，激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿上，荧光探测器检测待测光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若拟合曲线的斜率为4，则产生了4光子吸收效应，识别出待测光合色素样品为叶黄素，否则执行下一步。
步骤四、叶绿素b的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1936～1988nm范围内，激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿上，荧光探测器检测待测光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若拟合曲线的斜率为4，则产生了4光子吸收效应，识别出待测光合色素样品为叶绿素b，否则执行下一步。
步骤五、β-胡萝卜素的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在2201～2250nm范围内，激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿上，荧光探测器检测待测光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若拟合曲线的斜率为5，则产生了5光子吸收效应，识别出待测光合色素样品为β-胡萝卜素。
本发明具有的有益效果是：
本发明通过获取不同波段下特定光合色素的飞秒激光强度-多光子吸收荧光强度的曲线，实现不同种类光合色素的快速有效识别，是一种实时检测方法，该方法不但解决了传统化学方法需要离体检测、有损检测的问题，更是解决了目前光学无损检测中不同光合色素线性吸收光谱相互叠加的难题，
附图说明
图1为本发明的植物光合色素种类识别流程图；
图2为本发明搭建的检测识别装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种植物中光合色素种类的识别方法，具体步骤如下：
步骤一、检测识别装置搭建：如图2所示，将聚焦透镜2、比色皿3和荧光探测器4沿飞秒激光器的光轴方向并排排布，比色皿3位于聚焦透镜2和荧光探测器4之间，且位于聚焦透镜2的焦点上。
步骤二、叶绿素a的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1291～1326nm范围内(本实施例采用1310nm)，激光器出射的激光经聚焦透镜2聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿3上，荧光探测器4检测待测光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；其中，待测植物光合色素样品为叶绿素a、叶绿素b、叶黄素或β-胡萝卜素中的一种；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若多光子吸收数目为2(能拟合出一条斜率为2的直线)，则识别出待测光合色素样品为叶绿素a(因为激光光源出射波长在1291～1326nm范围内时，对于叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和β-胡萝卜素四种植物光合色素，只有叶绿素a能够吸收2个光子，因此识别出叶绿素a)，否则执行下一步。
步骤三、叶黄素的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1336～1350nm范围内(本实施例采用1340nm)，激光器出射的激光经聚焦透镜2聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿3上，荧光探测器4检测待测植物光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若多光子吸收数目为4(能拟合出一条斜率为4的直线)，则识别出待测植物光合色素样品为叶黄素(因为激光光源出射波长在1336～1350nm范围内时，对于叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和β-胡萝卜素四种植物光合色素，只有叶黄素能够吸收4个光子，因此识别出叶黄素)，否则执行下一步。
步骤四、叶绿素b的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在1936～1988nm范围内(本实施例采用1950nm)，激光器出射的激光经聚焦透镜2聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿3上，荧光探测器4检测待测植物光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若多光子吸收数目为4(能拟合出一条斜率为4的直线)，则识别出待测植物光合色素样品为叶绿素b(因为激光光源出射波长在1936～1988nm范围内时，对于叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和β-胡萝卜素四种植物光合色素，只有叶绿素b能够吸收4个光子，因此识别出叶绿素b)，否则执行下一步。
步骤五、β-胡萝卜素的识别：使波长和功率可调谐的飞秒激光器出射波长在2201～2250nm范围内(本实施例采用2230nm)，激光器出射的激光经聚焦透镜2聚焦后照射到盛放有待测植物光合色素样品的比色皿3上，荧光探测器4检测待测植物光合色素样品受到激光照射产生的荧光强度；然后，通过改变激光光源的功率，得到不同功率下的荧光强度，进行曲线拟合，若多光子吸收数目为5(能拟合出一条斜率为5的直线)，则识别出待测植物光合色素样品为β-胡萝卜素(因为激光光源出射波长在2201～2250nm范围内时，对于叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和β-胡萝卜素四种植物光合色素，只有β-胡萝卜素能够吸收5个光子，因此识别出β-胡萝卜素)。