植物科学和农业中当前和未来的光谱技术

       光谱技术测量物质如何与电磁辐射相互作用。它决定了光对电磁辐射的传输、发射和吸收。光谱学基于碰撞能量测量材料中电子、质子和离子的相互作用。它是植物科学和农业研究中常用的非破坏性分析工具，有助于确定农产品中微生物感染、害虫、毒素、化学成分和掺杂物的存在。 

       每种元素或化合物都有其独特的光谱特征，即，它对特定波长有特异性响应，具体取决于其组成。在生物科学中，光谱学被广泛用于定性和定量分析。在植物科学和农业中，使用了不同类型的光谱技术，包括：核磁共振 (NMR)、紫外可见 (UV-VIS)、荧光光谱。

        红外 (IR) 和紫外-可见光谱主要用于农业。本文讨论了与植物科学和农业研究相关的一些当前和未来的光学光谱技术。

紫外可见 (UV-Vis) 光谱学

        用于光谱学的紫外光谱位于紫外（100 nm 至 380 nm）和可见光（380 nm 至 750 nm）波长范围内。该光谱用于检测植物的瘀伤和疾病，通过研究样品的外部损伤来分析。该技术也用于定量分析，例如测定农产品的营养成分。光谱法也广泛用于食用油的质量控制，就其脂肪氧化和颜色而言。

红外 (IR) 光谱学

        红外光谱在 780 nm 至 1 mm 的红外波段内运行。该波段拉伸进一步分为三个子部分，即红外（30 μm 至 1 mm）、中红外（5 μm 至 30 μm）和近红外（780 nm 至 5 μm）。

       这种光谱技术广泛用于豆类和蔬菜的质量控制。 

       中红外光谱（MIR）： 这用于确定特定的键和官能团。它还用于碳、氮和木质素的定性和定量分析。通常，MIR 已被用于研究土壤成分、其有机含量和其他特性。MIR可用作衰减全反射（ATR），结合傅里叶变换过程（FT）和漫反射红外傅里叶变换（DRIFT）过程。研究人员使用 ATR 来确定土壤的有机含量，而 DRFIT 用于分析土壤和腐殖质的化学成分。MIR 用于测定植物中的木质素、碳水化合物、纤维素、脂肪和蛋白质含量。重要的是，MIR 用于诊断植物中的真菌病害，以及在种植、加工和储存阶段测量谷物中的霉菌毒素水平。

       近红外光谱（NIRS）： 这特别用于农业。该分析工具用于确定蔬菜和水果是否成熟到可以收获。干物质估算确保水果和蔬菜在正确的时间收获，以保证适当的成熟。通常，近红外光谱是加工中心必不可少的工具，有助于监控和选择合适的谷物、水果、蘑菇和蔬菜进行加工。NIR 还用于检测真菌疾病、微生物污染，并估计谷物和谷物整个供应链中存在的霉菌毒素水平。该分析工具还用于干旱管理，因为它可以识别遭受缺水压力的作物，从而帮助农民适当地管理灌溉。重要的，

荧光光谱

       荧光分子或荧光团发出的光称为荧光。通常，荧光光谱是一种灵敏的技术，用于定量分析小浓度的化合物。该工具用于检测污染物，例如沙门氏菌等病原体、霉菌毒素和阿斯巴甜等添加剂。它还用于结构分析，例如，测定油中蛋白质、碳水化合物和脂质结构的微小变化。

拉曼光谱

       拉曼光谱 (RS) 是另一种形式的振动光谱技术。RS 基于拉曼效应提供样品的光谱信息，其中入射光子与化合物中的电子相互作用。根据化合物原子中振动能量的水平，光子可以失去或获得能量。RS 用于质量控制，例如，它可以检测油中是否存在掺杂物。它还评估食品成分和产品的化学成分

其他光谱方法

       农业和植物科学中使用的其他一些光谱技术是核磁共振 (NMR) 光谱和原子发射光谱。核磁共振是基于根据化合物中原子的磁性产生的光谱信息。该技术用于土壤分析和植物组织研究。

       科学家们使用这种技术来监测食品和农产品的成熟、干燥和掺假。原子发射 (AE) 光谱学广泛应用于化学物质，尤其是元素的定性和定量检测。AE 光谱与电感耦合等离子体耦合用于检测微量元素的存在。

未来展望

       光谱技术被整合到小型手持工具中，以便农民也可以使用它们。

       研究人员表示，光谱技术可以在智能农业的未来发挥重要作用。由于气候变化严重影响了农业，使用基于光谱的各种光学传感器的智能农业可用于及早检测植物的生物和非生物胁迫。因此，农民可以立即采取适当的措施，保护他们的农产品免受巨大损失。

       光是影响植物生理的最重要的环境因素之一，进而影响植物性产品的产量和质量。植物对不同光谱的反应与生长以及激素和次生代谢物的产生有关。这一系列研究在很大程度上依赖于现场或远程使用的众多光谱技术。未来，所有农民都必须使用先进的廉价光谱仪器。