高温条件下基于叶片高光谱指数对水稻叶绿素变化及衰老影响的研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

一、研究意义

水稻是我国种植面积最大、产量最高的粮食作物之一，总产量占全国粮食总产量的50%，水稻产量的稳定增长对于保障我国国家粮食安全具有基础作用。叶片是水稻重要的源器官，叶片的功能与产量紧密联系。叶片衰老是一年生植物生长发育过程中自然的生理生化现象，其过程体现新陈代谢和体内养分的再循环^[1]。早衰是水稻生育后期代谢机能早退的一种生理现象，是限制水稻产量进一步发挥的重要障碍，水稻早衰最明显的标志是叶片过早枯黄，光合作用时间缩短，光合生理机能显著衰退，引起籽粒灌浆不饱满或部分籽粒无法灌浆，严重影响稻谷产量和品质，从而导致减产。

已有研究结果表明，若在水稻成熟期，设法延长水稻功能叶的寿命1天，理论上可以增产2%，实际能增产1%左右^[2]。由此可见，研究水稻功能叶的衰老进程，延长叶片光合作用时间能够有效地提高水稻灌浆效率，将有利于水稻产量的提高。另外，结合长江中下游地区的麦稻复种制特点，实时的水稻叶片衰老诊断，可精准水稻收获时期，为小麦生产给予有利指导。因此，准确获取水稻功能叶片的衰老信息是实现叶片衰老诊断和精确调控，进而延缓功能叶片衰老，提高水稻产量的重要保障，对提升水稻生产能力和预测产量水平，保障国家粮食安全等具有重要的现实意义。

2. 研究的基本内容和问题

一、研究目标

基于高光谱技术实时监测水稻叶片叶绿素含量的变化，预测高温条件下，水稻叶片衰老进程。

二、研究内容

3. 研究的方法与方案

一、研究方法

通过不同高温条件下的温度处理，对照不同温度条件下，水稻生长的变化与不同。处理后，利用高光谱仪实时定期获取水稻单叶的光谱参数，室内分析叶片叶绿素含量；利用已有关键光谱指数，反演叶绿素变化情况，科学发现叶片衰老的关键指标。

二、技术路线

三、实验方案

试验在如皋市白蒲镇信息农业技术试验示范基地（3216′N ,12045′E）进行，试验地土壤类型为壤土。5月中下旬播种，6月中旬移栽到直径30cm，高35cm的塑料桶中，每桶3穴，每穴2株。氮肥基追比为5：1：2：2。另外钾肥和磷肥（P2O5135kg.hm^-2，K2O203kg.hm^-2）作基肥一次性施入(磷肥为过磷酸钙，P2O5含量为13.5％，钾肥为氯化钾，K2O含量为52%)。肥水适宜管理。

于盛花期（全田50%穗子开花）利用人工气候室进行高温胁迫处理，设3个温度处理水平，Tave（Tmax/Tmin）分别为：27（32/22）℃、31（36/26）℃，35（40/30）℃，持续时间4d，相对湿度保持在75%，温度控制模拟实际自然温度的日变化规律。

水稻叶片光谱测量：采用美国Analytical Spectral Device(ASD)公司生产的FieldSpec Pro FR2500型背挂式野外高光谱辐射仪。叶片光谱测定时间为水稻开花后7天、14天、21天、28天、35天，选取3桶6个代表性主茎，测定主茎顶1（L1）、顶2(L2)完全展开叶中部光谱反射率。

叶片叶绿素含量测定：采集完叶片光谱反射率后，将叶片样本迅速放于保鲜袋中，经液氮冷冻处理，然后测定叶绿素含量。测定时，将叶片剪碎、混匀，称0.10g左右，采用乙醇提取，经暗反应处理，采用分光光度法测定。

四、可行性分析

已有研究表明，高温会造成水稻叶片衰老加速，叶绿素在叶片衰老进程中具有显著变化。基于高光谱技术实时监测水稻叶片叶绿素含量已比较成熟，因此，利用高光谱技术反映高温对水稻叶片衰老的影响，具有较强的可行性。

4. 研究创新点

通过高光谱对水稻叶片叶绿素含量的监测，实现高温条件下对水稻叶片衰老的快速、便捷、无损的监测与诊断。

5. 研究计划与进展

2016年7-10月 完成田间试验和室内试验

2016年11月-2017年1月 完成数据整理与开题报告

2017年2-3月 完成毕业论文初稿