[发明专利]一种基于叶片微结构变化的番茄钾养分水平诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种诊断作物钾养分水平的方法，具体是一种基于叶片微结构变化的番茄钾营养水平诊断方法。

背景技术

近年来我国设施农业有了很快发展，但设施栽培中经常会出现氮、磷、钾营养元素比例失调和缺素症状，同时有的地方又存在施肥过量的现象，直接影响作物的生理过程和整体的生态环境。因此，迫切需要对作物生长过程中的养分进行精确管理。作物养分的早期、高精度检测是实现养分精确管理的必要前提。现阶段我国设施作物养分早期检测技术能精确测量氮营养水平，磷的检测精度也有所提高，但对钾营养水平的检测机理还不成熟。因此，需要探索一种用于作物钾养分水平的检测方法。

植物营养学的研究已经证明，叶片作为植物的营养器官，其生长发育状态直接受养分供给的影响。营养水平变化影响植物正常代谢活动，引起植物叶片内活性物质、霉、蛋白质等的变化，造成叶片组织细胞形态、细胞排列以及细胞内含物等一系列微观结构信息变化，当这些微观变化积累到一定程度才会最终引起叶片颜色、大小等宏观特征的变化。因此，可以通过观测叶片的微观结构特征变化，对番茄的钾养分水平进行早期诊断。

扫描电子显微技术能提供样本表面微结构高分辨形貌图像，透射电子显微技术能提供样本内部超微结构信息。扫描电子显微技术和透射电子显微技术最初是用于工程材料表面和内部细微结构的研究，近年来用于植物器官表面和内部结构的研究。未见利用扫描电子显微技术和透射电子显微技术进行作物钾养分水平的检测。

现有检测作物养分信息的方法主要有：图像技术、光谱技术。图像技术能测量的颜色、纹理、形态等特征，这些特征只有在作物出现营养胁迫病症后才显现，而缺素早期，这些症状并不明显；光谱技术对钾养分水平的检测机理仍处于探索之中。本方法从微观尺度出发，寻找因钾养分水平不同而造成的叶片微结构差异，依此作为钾养分水平的检测依据。既解决了光谱技术对钾养分水平检测机理不成熟的问题，又能实现作物的钾养分水平的早期诊断。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于叶片微结构变化的番茄钾养分水平诊断方法，以实现番茄钾养分状况的早期诊断。

为了解决以上技术问题，本发明利用扫描电子显微技术和透射电子显微技术，采集不同钾养分条件下番茄叶片表面、断面微观结构信息和叶肉细胞超微结构信息，并进行特征提取和表达，确定能够表征植株钾营养水平的微观结构特征量；提供基于微结构信息设施番茄钾营养水平检测方法，具体技术方案如下：

一种基于叶片微结构变化的番茄钾养分水平诊断方法，其特征在于按照下述步骤进行： 

步骤一，取同一水平下的番茄叶片分成两组，为叶片A和叶片B;

步骤二，获取叶片A的表面微结构和叶片A的断面微结构特征；所述微结构特征包括表面气孔大小和密度、表面绒毛密度和高度、表面维管束密度；所述断面微结构特征包括海绵组织厚度、栅栏组织厚度；

步骤三，获取所述叶片A叶肉细胞里的叶绿体超微结构特征； 

步骤四，提取和表征叶片A的表面微结构特征、断面微结构特征和叶绿体超微结构特征； 

步骤五，用硫酸消注叶片B、过滤、收集滤液，分析并测定叶片B中钾的总含量； 

步骤六，分析叶片A表面微结构、断面微结构和叶肉细胞超微结构对叶片B中钾的总含量的响应特征；选取区分度最大的叶片A微结构特征组合，作为叶片A微结构对钾养分水平的响应特征；

步骤七，根据钾养分水平和微结构响应特征之间的关系，提出诊断依据：当表面绒毛密度和高度降低、表面维管束密度降低且叶绿体结构变松散时，则诊断为番茄植株缺钾；当检测到表面气孔尺寸变大、表面绒毛密度和维管束密度增加，叶绿体内部淀粉粒增加时，则诊断为番茄植株钾过量。

所述步骤二具体为：利用扫描电子显微系统采集叶片A表面微结构特征和断面微结构特征。

所述步骤三具体为：利用透射电子显微系统获取叶片A的叶肉细胞超微结构特征，主要是叶绿体的形态与结构。

本发明具有如下优点：1）本发明借助扫描电子显微（SEM）技术和透射电子显微（TEM）技术，可以得到不同钾营养水平条件下，番茄叶片的微观结构和超微结构图像；2）本发明从微观尺度出发，探求钾养分对温室番茄微结构和超微结构变化的作用机理，可以充分挖掘叶片微结构信息中所蕴含的作物钾营养水平信息；3）本发明通过钾养分和叶片微观结构变化之间的关系，可以突破现有检测机理不成熟的局限，寻求新的检测机理；4）本发明提供了基于叶片微结构特征的番茄钾养分水平诊断方法。

附图说明