Daljinski diagnostika fluorescentne rastline - laser diagnostika v biologiji in medicini

Daljinski fluorescence diagnoza
rastline
Splošne informacije. Laser tehnike fluorescence zasedajo vedno bolj vidno mesto v daljinskem diagnozo rastlin [P. 17]. Te vam omogočajo, da opravlja raziskave na populaciji, celični in organizmov ravni na kopnem in v vodi iz letala, helikopter ali ladjo in se hitro oceno funkcionalnega stanja objektov opravljajo svojo identifikacijo in kvantifikacijo. Spremembe v pogojih fizičnega okolja (Sestavek mineralne prehrane, vlage itd), Industrial učinkom onesnaževanja na dihanje in fotosinteze procesu rastlin, kar se odraža v spremembi njihovih fluorescenčno spektrov, ki jih je mogoče pridobiti na daljavo.

Sl. 7.11. Fluorescenčni spektri običajnih rastlin (/) in herbicida v predelavi (2) [28]
Daljinsko zaznavanje prizemne vegetacije. Eden od najpomembnejših aplikacij na daljavo fluorescence diagnoze rastlin je napovedati njihovo fiziološko stanje, odvisno od zunanjih pogojev. Tako poskusi z žitaric, kot so koruza, prikazano [271, da imajo fluorescence spektre z UV dušikovim laserjem (k = 337 nm) vzbuja tri značilne vrhove: 440, 690 f 740 nm. Tako kalijev pomanjkljivost vodi do povečanja več kot trikrat intenzitete fluorescence pri 690 in 740 nm, s slabljenjem njene 440 nm. Pri pomanjkanju dušika in železa pojavi rahlo zmanjšanje intenzitete fluorescence pri 440 nm in njegovo slabljenje je več kot trikrat na 690 in 740 nm. Pomanjkanje fosforja stanjša fluorescence pri 690 nm in 740-krat, medtem ko je pomanjkanje kalcija, žvepla in magnezija ne vodi do pomembnih sprememb v fluorescenčnega spektra.

Sl. 7.10. Fluorescenčni spektri rastline v izobilju (/) in pomanjkanja (2) vlage v tleh [28]
Bistvene spremembe v rastlinah intenzitete fluorescence kažejo tudi spremembo vsebnosti vlage v tleh (sl. 7.10) in z delovanjem herbicidov (sl. 7.11) [28].
Drug cilj je količinsko biomaso vegetacije. Pri uporabi letala se običajno izvaja z merjenjem deleža klorofila fluorescence gostota na dveh glavnih vrhov (za zimske pšenice listov, na primer, koraka 685 in 735 nm z vzbujanjem pri 441.6 nm). To naredi meritve neodvisno od učinkov, povezanih z nihanjem laser moči in geometrijskih sprememb vegetacije strukture.
Sl. 7.12 prikazuje odvisnost razmerje skupne koncentracije klorofila (CHL-a) in 6-klorofila (CHL-b) v zimski pšenici zrasel na 16 poskusnih ploskvah. Vzporedni meritve smo izvajali z oddaljenega laboratorija za merjenje koncentracije Godnev metode [P. 17].

Sl. 7.12. Razmerje intenzivnosti "Fluorescence ,, merjeno od letala na dveh valovnih dolžinah, je skupna vsebnost klorofila v ozimne pšenice
Predhodne raziskave so pokazale, da je temeljno možnost reševanja še eno pomembno nalogo - in sicer opredelitev vrst rastlin s fluorescenčno spektrov. Tako, na vzbujanje fluorescence dušikovega laserja (k 337 nm) spektre petih skupin rastlin: zelnata enokaličnica zelnata dicots les, mehkega lesa, les listavcev in alg opaženo štiri značilne vrhove: 440, 525, 685 in 740 nm (čeprav ne vseh so prisotne v vseh rastlinah). Tako je brez izjeme rastlin razstavljanje fluorescence pri valovni dolžini 440 nm. Le lesnate rastline imajo značilen maksimum pri 525 nm. Iglavci razlikujejo odsotnost največ pri 685 nm. Vse rastline imajo&lsquo- maksimum pri 740 nm. Alge izrazit maksimum pri 440 in 740 nm. Največ 440 nm v zelnatih enokaličnice je veliko večja kot v dicots.
Nadaljnje preskušanje metod za ugotavljanje rastline njihove fluorescence spektrov vključuje študijo spektralnih variabilnost fluorescentno rastlinskimi značilnostmi, odvisno od pogojev okolja rasti, razlike v starosti, in m. P.
Daljinsko zaznavanje fotosintetskih organizmov v naravnih vodah. Eden od glavnih kazalnikov bioloških rezervoarjev produktivnosti, na eni strani, in njihovo onesnaženje - po drugi strani pa je fitoplankton (FP) - družina fotosinteze alg, značilna sezonska kompleks, geografskih in klimatskih dinamike. Optične lastnosti so v glavnem odločeni AF vsebuje celice pigmentov :. klorofila, karotenoidov, flavins itd absorpcijo in fluorescence spektri teh pigmentov so dobro raziskano za ekstrahiranih oblike. Za vsako posamezno pigmenta označen z ostrim, dobro opredeljeno skupino. Vendar pa v celicah prispevek spektre različnih pigmentov težko ugotoviti. Aktivnost fotosintetskega alg celic ni mogoče brez prisotnosti klorofila-a v njih. Zato je na enak način kot pri zaznavanju podzemne vegetacije, pigmentni običajno izbrana kazalca AF biomase.
Obstajajo tehnike pasivno daljinsko določanje koncentracije klorofila v svetlosti površinsko odraža stolpec sončni vode. Vendar pa niso dovolj učinkoviti, ker je zelo občutljiv na vremenske razmere in stanje površine.
V zvezi s tem, da je pritegnil vse več pozornosti fluorescenčno metodo CHL zaslona [29-33]. Temelji na dejstvu, da ima laserska vzbujanje, odvisno od kombinacije različnih pigmentov različni predstavniki FP fluorescenčno spektrov. V poenostavljeni obliki, lahko emisijski spekter v odvisnosti od vrste faznega prehoda zastopani bodisi eno skupino (pri 685 nm ali 560-580 nm) ali dva (pri 685 nm in 560-580 nm). Oblikovanje razmerje intenzivnosti teh komponent spektrov in z drugačnim vzbujanje, je mogoče, da sprejmejo različne diagnostične informacije.
Kvantitativna določitev AF z lasersko zaznavanje soočajo z nekaterimi težavami. Dejansko je lasersko sevanje v interakciji z vodno okolje močno razpršene. Poleg fluorescences
V vmesniku signal v bistvu predstaviti sevanja elastično razpršeno na Hydrosol in sevanja inelastically razpršuje vodnih molekul. Ta okoliščina otežuje nalogo ocenjevanja signala s fluorescenčno AF. Sl. 7,13 predstavljeni kot tipičen primer spektrograma dobi med ladje s pomočjo LIDAR, ki je vključeval YAG: nd laser ( &bdquo- = 532 nm) in optični večkanalni analizator [34]. Oddaljenost od lidar na oceansko površino je 15 m.

Sl. 7.13. Spektrograma skupno odmev signala odkrita med posodo z uporabo lidar [34]
Koncentracija klorofila v eksperimentalnem področju je bila okoli 2 g / l. Pikom z maksimumom pri 651 nm ustreza komponenti Stokes na neelastičnega sipanja vode, trakovi 580 in 685 nm - fikoeritrin fluorescenco in klorofila-a.
Stanje je bistveno poenostaviti, če je komponenta Stokes inelastically razpršenega sevanja uporabimo kot normalizacijski faktor m. E. Kot nekakšen notranji okvir [34]. signalne komponente, ki jih sipanja in fluorescenca na Hydrosol faznega prehoda povzročajo, ko se normalizacija ni odvisna niti od moči sevanja sonde oziroma višine LIDAR nad vodno gladino, niti številnih drugih parametrov.
Raziskave izvajajo na različnih mestih, je mogoče opredeliti parametre fluorescenčno sorazmerna s koncentracijo klorofila-a fluorescence tudi pri nasičenosti, ki se pojavi pri delu z visoko močjo pulzne LIDAR [35]. Napaka v določanje koncentracije AF, medtem ko še vedno precej velika - okoli 10-15%. Povečajte natančnost je morda mogoče doseči z uporabo nastavljivi laserjev in meritve na različnih valovnih dolžinah. Potreben podrobnejšo obrazložitev pasu emisij raztopljenih organskih snovi. To zahteva raziskavo mnogih metodoloških vprašanj. Vendar, visoko učinkovitost in možnosti uporabe laserski analizo fluorescenčno za AF daljinsko diagnozo ni dvoma.