种子萌发作为植物生命历程的开端，直接影响作物的最终产量。种子萌发常遭遇低温的影响，严重威胁粮食生产安全。利用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究低温对谷物种子（藜麦、青稞、水稻和小麦）萌发的影响。研究结果显示，4种谷物种子的发芽势、发芽率和发芽指数都随温度的降低而下降，青稞种子在4 ℃低温下的发芽率和发芽指数仍然较高，表明青稞种子的耐低温能力更强。红外光谱结果显示，低温胁迫下的谷物种子原始红外光谱整体特征相似，主要由多糖、脂肪和蛋白质的特征吸收峰组成。对低温胁迫下的谷物种子多糖（1200~950 cm^-1）和酰胺Ⅰ带（1700~1600 cm^-1）进行曲线拟合，结果显示：藜麦种子的多糖含量上升，蛋白质含量下降；青稞种子的多糖和蛋白质含量均呈先升后降的趋势；水稻种子的多糖含量下降，蛋白质含量上升；小麦种子的多糖含量呈先升后降的趋势，蛋白质含量呈先降后升的趋势。另外，在低温胁迫下，藜麦、青稞、水稻和小麦种子中都有不同比例的蛋白质二级结构从无序转向有序。因此，傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合是一种研究低温胁迫对种子萌发影响的有效方法。

利用傅里叶变换红外光谱、二阶导数红外光谱结合二维相关红外光谱法，研究了人工老化和自然老化条件下的大豆种子。结果显示，两种老化条件下大豆种子的原始光谱整体相似，吸收峰强度出现了差异；在二阶导数红外光谱中，人工老化和自然老化条件下大豆种子中物质变化趋势趋于一致。两种老化大豆种子在1747和1693 cm-1附近的吸光度随着老化程度的增加而增强的趋势；在1660，1549，1236 cm-1附近整体为减弱趋势；在1610~1550 cm-1附近呈现增加趋势；在1150~1100 cm-1附近呈现减弱趋势，但在老化过程中均出现一定增强。二维相关红外光谱结果显示，未经老化处理的大豆种子的自动峰数目和位置相同，自动峰强度发生改变；自然老化条件下大豆种子随着老化程度的加深，自动峰的数量、强度和位置表现出明显差异；人工老化大豆种子随着老化程度的加深，自动峰的数目和位置差异不明显，强度变化较为明显。大豆种子在老化过程中脂类物质增加，蛋白质物质减少，糖类物质减少，酮/醛类物质增加，氨基酸增加，醇类物质、酚类物质发生变化。利用红外光谱法对人工老化和自然老化条件下大豆种子的研究结果表明，红外光谱法可以实现快速、方便的对两种老化大豆种子的光谱变化进行研究。

老化粮食种子鉴别对农业生产和食品安全具有重要意义,因此,结合红外光谱和多元统计分析对人工老化小麦种子进行研究。实验结果表明,不同老化程度小麦种子的原始光谱总体比较相似。在二阶导数红外光谱中,人工老化小麦种子在1800~800 cm ^-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。在1800~800 cm ^-1范围内,小麦种子二维相关红外光谱的自动峰数目、强度随老化时间的增加会发生明显变化。研究结果表明,红外光谱法结合主成分分析和系统聚类分析法可以快速、方便地区分人工老化小麦种子,有望发展为鉴别老化种子的新方法。

用金纳米粒子(Au NPs)作为基底,基于罗丹明6G(R6G)探针分子拉曼特征峰随pH的变化,构建了一种具有表面增强拉曼散射(SERS)信号输出的pH传感器。由于(闭)开环形式下存在的(去)质子化R6G分子吸附于增强基底表面的倾斜度取向不同,R6G在不同pH下表现出了不同的SERS活性。根据寻找到的R6G在1363 cm -1和1314 cm -1位置处的SERS光谱峰面积比与pH的线性关系,设计出pH传感器。实验结果表明:R6G的SERS信号在室温下可以稳定2 h以上;当样品溶液pH在7和3之间转换时,传感器表现出了较好的恢复性。在pH检测过程中引入其他金属阳离子后,该探针表现出了对H +较好的选择性。通过检测实际样品的pH发现,该探针的分析性能良好,适于在酸性介质中检测pH。

为区分不同种类花粉, 采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM) 和表面增强拉曼光谱对雪松花粉和茶花蜂花粉、荷花蜂花粉、玫瑰蜂花粉、荞麦蜂花粉、五味子蜂花粉、益母草蜂花粉、油菜蜂花粉等七种蜂花粉进行形貌观察和光谱表征。结果显示: 花粉间的形态差异微小, 扫描电子显微镜难于区分各种花粉, 而表面增强拉曼光谱可以简单快速的鉴别不同种类花粉。七种蜂花粉在1800~400 cm-1范围存在明显差异。相比蜂花粉, 雪松花粉的拉曼信号更清晰可辨, 其主要特征谱带出现在1701、1657、1572、1522、1397、1293、1208、810和565 cm-1附近。

微生物在生态系统中具有重要的作用,所以鉴别微生物具有重要的意义。采用表面增强拉曼光谱(SERS)对雪松花粉(PML)、双色牛肝菌(BBP)孢子、小美牛肝菌(BSF)孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子(TPS)进行鉴别研究。结果显示:雪松花粉的常规拉曼信号在1702,1680,1513,1382,1243,1011,793 cm ^-1处,表面增强之后在1698,1653,1592,1516,1403,1288,1210,813,562 cm ^-1出现明显的拉曼峰;三种牛肝菌孢子的常规拉曼未显示拉曼峰,雪松花粉、双色牛肝菌孢子、小美牛肝菌孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子的表面增强拉曼光谱在1700~1100 cm ^-1差异明显。结果表明,利用SERS可以实现对雪松花粉、双色牛肝菌孢子、小美牛肝菌孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子的鉴别。

在农作物生产中, 不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在, 严重影响产品品质及食用安全, 快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。 利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱(FTIR) 、 二阶导数红外光谱(SD-IR) 及二维相关红外光谱(2D-IR) ) 对蚕豆、 玉米、 葱和蒜正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。 结果显示, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。 原始光谱中正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异, 蚕豆的正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A1 410/A1 646分别为0.698, 0.624和0.616, A2 926/A1 646相应比值分别为0.665, 0.638和0.552; 玉米的相应比值A1 649/A1 055分别为0.813, 0.696, 0.691, A1 382/A1 055相应比值分别为0.552, 0.478和0.465, A2 926/A1 055相应比值分别为0.574, 0.467和0.469; 葱的相应比值A1 382/A1 061分别为0.843, 0.821和0.704, A2 923/A1 061相应比值分别为0.707, 0.680和0.489; 以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。 二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。 二维相关红外光谱显示, 正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、 数目及强度存在显著差异。 蚕豆正常叶出现4个强自动峰, 2组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现5个强自动峰, 4组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰, 5组强正交叉峰; 蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强, 而正常叶的各个自动峰的强度最低。 玉米正常叶出现9个强自动峰, 12组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现11个强自动峰, 3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 3组强正交叉峰; 蒜正常叶出现9个强自动峰, 8组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰, 10组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 1组强正交叉峰; 玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。 葱正常叶出现9个强自动峰, 5组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现8个强自动峰, 3组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现3个强自动峰, 无正交叉峰出现。 葱正常叶的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。 结果表明, 利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、 快速地鉴别研究农作物锈病叶, 有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。

老化种子的鉴定对农业生产和粮食安全具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱技术、二阶导数红外光谱技术和二维相关红外光谱技术相结合)对不同储藏年份的豆类种子进行区分。结果显示:3种豆类种子的傅里叶变换红外光谱图总体相似,且主要由蛋白质和碳水化合物的吸收峰组成;不同储藏年份的豆类种子的原始红外光谱仅在1800~700 cm ^-1范围内有微小差异,几个吸收强度比随储藏年份增加呈现下降趋势;方差分析显示不同储藏年份的种子的吸光度比有显著差异;不同储藏年份的种子的二阶导数红外光谱(在1800~700 cm ^-1范围内)的吸收峰形状和强度存在差异;在二维相关红外光谱中,不同储藏年份的蚕豆和红豆种子(在860~1690 cm ^-1范围内)及大豆种子(在1350~1800 cm ^-1范围内)的自动峰和交叉峰出现的位置、数目及强度存在显著差异,其中数目随储藏年份增加而减少,强度随储藏年份增加而减弱。偏最小二乘法分析能对不同储藏年份的种子进行快速分类。3种豆类种子在老化过程中都表现出明显的光谱差异,表明红外光谱三级鉴别法可以快速区分不同储藏年份的豆类种子,有望发展成为简单、快速鉴别种子老化的光谱方法。