干旱胁迫下甘蔗叶片光谱反射率与光合生理功能的耦合关系

《Sugar Tech》：Coupling of Leaf Spectral Reflectance with Photosynthetic Physiology in Sugarcane Under Drought Stress

甘蔗干旱胁迫下光谱生理响应与品种特异性关系研究。通过分析四种 drought tolerance 极端对比品种（GT42、GT44、ROC22、ROC16）的光谱-生理耦合数据，发现敏感品种（ROC16）光合参数（SPAD、Pn、Tr、Gs）降幅达56.85%-83.30%，而耐受品种生理稳定性更佳。光谱特征显示红边位移和斜率降低，与叶绿素含量（SPAD）、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）显著相关（r=0.825-0.867）。提出 SI1（红边叶绿素指数）、PRI（光化学反射指数）、NDVI（植被指数）为监测光合功能、色素状态和气孔行为的优化指标，为精准灌溉提供技术支撑。

　　

摘要

干旱胁迫是限制甘蔗产量的主要因素，因此需要高效且可扩展的表型分析方法来实现精准农业。先前的研究已经建立了光谱反射率与植物胁迫之间的普遍关系，但不同品种在干旱条件下叶片光谱反射率与光合作用生理特性之间的具体关联仍不甚明确。本研究调查了四种具有不同耐旱性的甘蔗品种（GT42、GT44、ROC22、ROC16）在缺水30天后的光谱生理响应。干旱胁迫对光合作用的抑制作用因品种而异：敏感品种（ROC16）的光合作用功能受损最为严重（SPAD、Pn、Tr和Gs分别减少了56.85%至83.30%），而耐旱品种（GT42、GT44）则保持了较好的生理平衡。这些生理差异在光谱学上也得到了体现。所有品种在干旱条件下都表现出红边位置的蓝移以及红边斜率的降低，其中ROC16的变化最为显著。相关性分析表明，光谱生理特征之间存在密切关联：红边叶绿素指数（CIred edge）与净光合速率（Pn）呈强相关性（r = 0.867），光化学反射率指数（PRI）与叶绿素含量（SPAD）呈强相关性（r = 0.825），归一化植被指数（NDVI）与气孔导度（Gs）也呈强相关性（r = 0.857）。我们得出结论，甘蔗对干旱的光谱和生理响应本质上依赖于品种本身。SI1、PRI和NDVI指数被确定为监测光合作用功能、色素状态和气孔行为的最佳特定指标。这些发现为基于品种特性的干旱表型分析提供了关键技术基础，并具有推动精准灌溉和智能甘蔗农业发展的巨大潜力。