電子探針在分析農作物葉片元素含量及微區(qū)分析中的應用

于秉生+索麗敏+周遠林+侯薄何美+王鴻年

摘 要：為了提高農作物的產量，在農業(yè)生產中對農作物進行元素含量分析是不可或缺的步驟。雖然目前能夠使用的多種方法都能夠測定出植物中的元素含量，但是繁瑣的樣品處理過程以及對葉片表面微區(qū)進行元素分析的難度也顯露出了傳統方法的短板。文章通過利用電子探針技術對番茄植物的葉片細胞內的元素組成和含量進行了分析。從掃描結果分析可以看出，電子探針可以精準的測定出葉片表面特定區(qū)域以及特殊結構中的元素種類和含量，并通過對作物元素含量的分析改善作物的生長環(huán)境，添加作物所需的營養(yǎng)元素，從而達到作物增產的預期。

關鍵詞：提高產量；電子探針；元素含量；微區(qū)分析

農作物在生長過程中不但需要吸收水分，土壤中富含的各類營養(yǎng)元素也是必不可少的。但植物中的元素含量并不是越多越好的，尤其是對于農作物，控制好農作物所需的各類元素含量可以有效地實現對于農作物的疾病預防，從而達到農作物增產增收的預期。向我們所熟知的農作物必須的氮磷鉀三種元素，如果土壤中三種元素的不足肯定是不利于農作物生長的，但是這三種元素過多同樣不利于農作物的生長。因此，測定出農作物中的元素含量，就可以推測土壤中某些元素是否缺乏，為合理的施肥提供依據，已達到預防農作物疾病以及農作物的增產增收的目的。目前有很多種方法可以測定出土壤以及植物中的元素含量，原子吸收分光光度法、原子發(fā)射光譜法以及標準加入法等都是比較常用的方法，這些方法都可以準確地測定植物葉片中的元素含量，但是繁雜的樣品的處理過程也給人們的工作帶來了很大的壓力，而且對于植物的某些特定區(qū)域內的元素含量及分布狀況來說測定起來也有很大的難度。文章通過運用電子探針微區(qū)分析技術，以實驗田中的的番茄植株葉片為樣本，對葉片細胞和一些微小特定區(qū)域中的元素含量進行了精確分析，同時利用能譜儀通過線掃描和面掃描分析對作物葉片表面進行元素測定和分析。

1 材料和方法

選取黑龍江八一農墾大學試驗田種植的番茄作物，分別于2015年9月18日、10月3日、10月18日采集的健康成熟的番茄作物葉片制成樣本用于電子探針分析。土壤類型為堿性黑土壤。

取的葉片樣本進行掃描電鏡觀察。用日本電子公司生產的JXA-8230環(huán)境掃描電鏡觀察，其加速電壓范圍為0～30kV，利用Inca X-Act型電制冷能譜儀進行元素含量分析，其探頭分辨率優(yōu)于129eV，峰背比為20000：1圖像放大倍數：×40～×300000，其檢測元素范圍為B5-U92、檢測極限為0.1%。

通過掃描電鏡觀察葉片，選擇合適區(qū)域，進而對葉片進行定量分析，最終得到葉片能譜分析圖譜和元素含量結果，能譜儀自動生成質量百分比和原子百分比。

2 結果與分析

通過電子探針對作物樣本進行掃描，由能譜儀對樣本內的元素進行分析，我們可以清楚地看到在電鏡掃描下的作物樣本中元素分布和含量。利用電子探針我們可以更加精確，快速且在不破壞作物樣本的前提下對作物中的元素含量進行測定。并且通過測定結果判斷作物中是否有相應元素需要補充，并通過追肥等方式進一步補充作物所需的營養(yǎng)元素，從而促進作物生長，增產增收。對于某些元素，土壤中的元素含量高并不一定比葉片中的元素含量要高，比如Si、Al、Mn、Ti和Fe，Si和Fe在土壤中含量分別達到重量百分比的83.977%和6.364%，而在植物中含量就相對較低，其中Si的含在植物中和土壤中相差了八十倍左右，Fe在幾種植物中利用電子探針探測到的含量極低，而Al、Mn、Ti等元素電子探針在番茄植株有葉片樣本中根本探測不到。

三期作物葉片樣本中的元素分布很不均勻，根據表1的數據我們不難看出作物樣本中各元素含量變化范圍較大，于是我們可以判定出出植物葉片表面不同部位的元素含量不盡相同。

3 結束語

通過利用電子探針對15組番茄植株的新鮮葉片進行了元素分析，實驗結果表明，電子探針技術可以精準地測定出作物樣本中的元素含量及其分布情況。不用破壞作物樣本，通過線掃描和面掃描就可以分析出不同元素在葉片中的元素含量以及分布，也對葉片中的特殊結構中的元素含量和分布進行了精準的測定，解決了傳統方法無法解決的問題，提高了工作效率，并且通過針對植物中元素含量的分析來對作物合理施肥追肥，最終達到提高作物產量的預期。

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作者簡介：于秉生（1994-），男，學生，黑龍江八一農墾大學信息技術學院。

通訊作者：索麗敏（1973-），女，黑龍江八一農墾大學信息技術學院通信工程系副教授，主要從事微觀圖像處理研究。