植物叶片多种色素高光谱遥感机理与模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41471277
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    89.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0113.遥感科学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The studies on the quantitative inversion of leaf pigments, including chlorophyll a, chlorophyll b, beta-carotene, xanthophyll and anthocyanins, using hyperspectral remote sensing technology are the basis of vegetation hyperspectral remote sensing because the pigments content are the indicators of photosynthesis, nutritional status and environmental change. Among studies on content estimation of foliar pigment in the literature reviewed, the estimation of total chlorophyll content is highly performed, and only a few articles were found for the estimation of chlorophyll a or chrolophyll b content.To our knowledge, few studies have tried to relate the beta-carotene content, xanthophyll content and anthocyanins content to the leaf hyperspectral parameters.This is because that the precise measurement of chlorophyll a, chlorophyll b, beta-carotene, xanthophyll and anthocyanins is difficult using spectrophotometer and the overlap phenomina in the leaf spectra of the different pigments. The aim of our work include: 1. According to the pigment varieties and content of plant leaves in different growth stage, Loropetalum Chinense, Acer saccharum Marsh, Elaeocarpus Sylvestris are selected as tested plants preliminarily. Leaves with different pigment content are collected as the experimental material in different growth stage. The reflectance spectra of leaves are measured immediately. The content of chlorophyll a, chlorophyll b, beta-carotene, xanthophyll and anthocyanins will be measured precisely using High Performance Liquid Chromatography. Other parameters such as water content, dry matter, cellulose content, lignin content will be measured at the same time. 2. Spectral peak separation technology which is widely used in Chemometrics will be introduced to data processing of leaf spectra in order to separate the influnce of chlorophyll a, chlorophyll b, beta-carotene, xanthophyll and anthocyanins on leaf spectra, to quantify the overlapping and sheltering characteristics of various pigment on the leaf spectra, and to obtain a spectrum which can reflect the characteristics of a individual pigment, and then to establish estimation models of pigment content using neural network with hyperspectral data. 3.The PROSPECT-5 model will be modified by introduce the input parameters including the content of chlorophyll a, the content of chlorophyll b, the content of β-carotene, the content of xanthophylls, and the content of anthocyanins. The parameters of pigment specific absorption coefficients, leaf structure parameter and leaf refractive index will be obtained by iterating based on the minimum cost function in the range of 400nm-800nm using the leaf reflectance spectra and the corresponding pigment content. After sensitivity and accuracy analysis were performed on modified PROSPECT model,the pigment content, including chlorophyll a, chlorophyll b, β-carotene, xanthophylls, and anthocyanins, can be inversed quantitatively.
由于植物叶片中的色素(叶绿素a和b、β-胡萝卜素、叶黄素和花青素)含量与植物的光合作用、营养状况和环境变化有关,因此,开展植物多色素高光谱遥感机理和模型研究,是植被高光谱遥感的基础工作。本研究利用高效液相色谱仪精确测定叶片各种色素含量,针对叶片中色素吸收波段谱带交叠现象,将化学计量学中的光谱分峰技术引入到植物色素高光谱遥感,量化各种色素在叶片光谱上的重叠和遮蔽特征,获得能反映单一色素的光谱,再采用神经网络方法建立叶片多色素含量高光谱遥感估算模型;将PROSPECT-5模型中的叶绿素、类胡萝卜素含量输入项改为叶绿素a和b、β-胡萝卜素、叶黄素和花青素含量,通过最小代价函数迭代确定模型参数,建立能反映叶绿素a和b、β-胡萝卜素、叶黄素和花青素含量变化的PROSPECT模型,并进行模型的敏感性分析和精度验证;最后,利用改进的PROSPECT模型进行叶片多色素定量遥感反演。

结项摘要

①在国际上获得首套细分叶片叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、花青素含量和对应光谱数据集,为开展植物叶片多色素遥感反演机理研究打下良好基础;同时采集了基于偏振光遥感的叶片光谱数据集、冻害条件下的油菜叶片色素含量动态变化数据集及其对应的光谱。.②使用高斯-洛伦茨(G-L)函数定义叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和花青素吸收系数中的每个吸收峰,解决PROSPECT模型不能分离绿素a、叶绿素b类胡萝卜素和花青素吸收系数问题;基于LOPEX_ZJU数据库,率定叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素类胡萝卜素和花青素吸收系数及叶片折射系数;构建能够反演叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和花青素含量的模型PROSPECT-MP+,并与PROSPECT-D比较验证该模型的光谱模拟与色素反演精度。.③叶片镜面反射对色素含量反演的干扰及去除方法研究:主要包括利用叶片偏振观测,估算并去除叶片镜面反射,再建立叶片色素估算模型,提高叶片色素反演精度;比较了辐射传输模型、混合模型、植被指数等专门考虑了叶片镜面反射和镜面效应的方法,并重点研究了小波变换技术。结果表明,利用小波变换可以较好消除叶片镜面反射的影响,提高叶片色素含量的反演精度。.④油菜叶片冻害高光谱响应机理及色素含量监测方法研究:首次系统研究了油菜叶片在正常、过冷却、受冻、融化后的叶片光谱特征,建立了受冻条件下油菜叶片色素含量最佳光谱监测模型。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
植物不同叶片表面特征的偏振光谱特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    气象研究与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦川;黄敬峰
  • 通讯作者:
    黄敬峰
An extended PROSPECT: Advance in the leaf optical properties model separating total chlorophylls into chlorophyll a and b.
扩展前景:将总叶绿素分离为叶绿素 a 和 b 的叶子光学特性模型的进展
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-06694-y
  • 发表时间:
    2017-07-25
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang Y;Huang J;Wang F;Blackburn GA;Zhang HK;Wang X;Wei C;Zhang K;Wei C
  • 通讯作者:
    Wei C

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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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