为了探究干旱胁迫对茶树幼苗叶绿素荧光参数的影响, 选取龙井茶树幼苗进行干旱胁迫实验。利用叶绿素荧光成像技术提出斜率荧光指数SFI评估茶树幼苗干旱胁迫状况, 计算1~8天内同一时刻灰度均值的极差R, 以R的相对误差δ＜5%确定极差稳定的时间范围, 建立该区间内曲线上各点斜率变化与胁迫天数的相关模型。分析比较了斜率荧光指数SFI、动态荧光指数DFI、光合功能指数PFI、荧光衰减比率Rfd与胁迫天数之间的相关性。结果表明: Rfd和PFI与胁迫天数之间没有明显的相关性, SFI和DFI与胁迫天数之间有相关性。感兴趣区域ROI为50×50pixel时, SFI与干旱胁迫的天数之间的相关性(决定系数R2=0.94)明显高于DFI与胁迫天数之间的相关性(R2=0.60)。利用SFI评估茶树幼苗受干旱胁迫状况具有更高的准确率, 为现代农业中监测植物生长状况提供了参考。

在生物医学和临床医学领域, 许多疾病的诊断和治疗依赖于细胞形态的识别。不同细胞具有不同的形态, 这些形态的不同将导致生物组织中光传播特征的变化, 更重要的是这将影响细胞的光散射特性。目前, 动态光散射理论是动态识别细胞尺寸和形状的最佳方式。细胞主要由细胞质、细胞核和线粒体组成, 因此, 分析它们的光散射特性对于光学诊断和治疗具有非常重要的意义。设计实验获取了癌细胞和聚苯乙烯球的光散射特性, 并利用时域有限差分法建立细胞质模型进行细胞光散射特性仿真。从肺癌细胞的光散射结果可以看出, 线粒体对前向散射(0°~20°)和后向散射(160°~180°)贡献最大, 细胞核对侧向散射(80° ~100°)贡献最大, 细胞质对各个角度贡献均等。仿真结果和实验结果基本一致。

采用重复性及生物兼容性较好的二维纳米银膜作为氧合血红蛋白表面增强拉曼散射光谱的(SERS)基底, 利用具有较好匹配的近红外激光作为激发光源, 通过引起共振拉曼效应分别对健康女性和女性乳腺癌患者的氧合血红蛋白进行SERS光谱研究。比较两组氧合血红蛋白平均SERS光谱, 发现存在差异。利用SPSS软件的主成分分析(PCA)方法和独立变量T检验统计分析方法, 发现两组光谱在659、813和1 122 cm-1拉曼频移处的谱峰有着极显著的区别。对主成分进行归属分析, 女性乳腺癌患者氧合血红蛋白分子中, 吡咯环的反对称变形振动、对称变形振动以及吡咯环的呼吸振动的强度、相对于健康女性显著减少, 从而造成图谱谱峰有明显差异。除此以外, SERS技术结合SPSS统计分析方法能够较好地区分健康女性和乳腺癌患者的氧合血红蛋白, 从而有望发展成为一种新型的乳腺癌临床诊断技术。

基于瞳孔收缩分析研究低照度LED光对人的非视觉效应。选择10名受测者、6种彩光LED和5种低照度, 进行瞳孔受光反射实验; 实验全程用红外视频记录仪拍摄, 由基于OpenCV开发的程序完成瞳孔大小的计算。结果显示: 在同一照度水平下, 蓝光波段光源非视觉效应最为显著, 瞳孔稳定收缩率和恢复收缩率随着光源波长向短波方向偏移而增大; 在同一光源下, 瞳孔稳定收缩率与恢复收缩率随照度加强而增大, 并且在10~70 lx间两瞳孔收缩率存在线性相关, 相关系数均大于0.95; 两瞳孔收缩率分别与生物节律因子存在线性相关, 表明用瞳孔收缩率能较好表征非视觉生物效应的大小。

mueller矩阵偏振成像可用于获取生物组织的浅表层生理学信息, 在疾病早期诊断与预防中具有重要意义。而在偏振成像系统中直接使用商用面阵CMOS相机不能得到用于解算mueller矩阵的正确图像信息, 限制了其在小型化内窥领域上的应用。对商用面阵CMOS的研究表明其光信号输入输出呈非线性映射关系。综合考虑到传感器固有的成像噪声, 提出一种基于校正的方法对CMOS的输出数据进行映射以获取正确的组织偏振信息值。实验结果表明校正后的偏振信息可以解算得到正确的mueller矩阵值, 误差可以控制在3%以内, 对蚕丝样品的测试也证明了该方法的有效性。上述结果使得内窥探头上应用小型化的商用面阵CMOS图像传感器进行体内生物组织mueller矩阵测量成为可能。

在四能带模型的基础上,建立了光系统II各功能单元间的能量传递动力学模型,分析了不同光照情况下的能量传递差异情况.在适当光照下,能量以单向优化方式传递到反应中心,能耗很小;在强光照射下,发生逆向能量传递;在超强光照射下,会引起光合器官损伤.

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb658.7653/656、Chla665.2662.0、Chla/b671.1670/671、Chla677.1675.0、Chla682.9680/681、Chla689.1685.0和Chla695.6695.0.采用光强1013光子/cm2/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.

外周天线LHCⅡ在光合作用过程中,担负着吸收和传递光能的作用.我们采用扫描成象荧光光谱技术对菠菜中外周天线LHCⅡ的荧光光谱特性进行了研究,在514.5nm的激光激励下获取了积分荧光谱,认为从类胡萝卜素分子到叶绿素分子间存在有能量传递.采用高斯组分光谱解析的方法,解析出LHCⅡ的荧光发射有七个谱带:656.7、664.6、671.5、677.2、683.5、689.6、695.3nm,各自所占的比例分别为3.0%、13.1%、13.3%、21.1%、13.2%、33.3%、3.0%,其中658.7nm的发射谱是由叶绿素b分子所发射的,其余的发射谱分别是由吸收峰为662、670/671、676、680nm以及吸收大于690nm的叶绿素a分子所发射.3.0%的叶绿素b分子的荧光发射说明在能量平衡过程中绝大部分能量被叶绿素a分子所禁锢,689.6nm处的荧光所占的比例最大,可能与LHCⅡ的一种自保护机制有关.