基于eCognition软件的显微图像叶脉网络提取与优化

叶脉网络的提取及其性状参数的测算,可为植物叶脉生态学机理研究提供重要参考。以不同叶特性的6类树种(国槐、毛白杨、臭椿、洋白蜡、元宝枫和栾树)叶片为对象,基于e Cognition软件对叶脉显微图像进行多尺度分割,综合利用显微图像的光谱信息和几何信息构建提取知识库,并使用叶脉循环生长法对提取结果进行完善,增加叶脉网络的完整性。结果表明,叶脉提取的最优阈值分别为:尺度参数200,形状参数0. 7,紧凑度参数0. 3,亮度特征值230～280,光谱特征值180～230,几何特征值大于1. 5。叶脉密度测算的精度均达到了93%以上,对植物叶脉信息的快速提取具有较高的普适性。

闽楠叶形态与叶脉网络性状关系对城市生长环境的响应

植物叶形态与叶脉网络功能性状的协同变异与权衡关系,对深入理解植物叶脉网络功能性状对环境变异的生态适应,以及预测植物物种生活习性对城市化过程的响应具有重要意义。闽楠作为珍贵的常绿阔叶树种,正在城市绿化中逐步推广。针对不同生长环境中(行道与植物园混交林)的闽楠,开展了叶形态与叶脉网络功能性状关系对城市生长环境的响应研究。研究结果表明:闽楠叶性状值基本满足正态分布,各性状变异系数保持在10%—20%之间,群体内性状变异较为丰富,单因素方差分析表明两种环境对叶形态性状的影响比叶脉网络系统的影响更明显;两种生长环境下闽楠叶形态性状组与叶脉网络功能性状组都具有极显著相关性,行道和植物园混交林典型性相关系数分别为0.804和0.795,叶形态性状与叶脉直径呈显著正相关,形态性状、叶脉直径与初级脉密度呈显著负相关;闽楠在响应城市生长环境的过程中呈现出相应的经济权衡机制,行道环境中闽楠以较大的初级脉密度和较小叶面积来确保水分获取和光合之间的平衡,植物园闽楠则采用较低初级叶脉密度、较高叶面积和叶脉直径的叶形态和叶脉网络构建模式。在选择闽楠作为城市绿化树种时,可将叶片形态性状组与叶脉网络功能性状组的协同变化和权衡关系作为选种依据,以提高闽楠在城市环境中的成活率和适应性。

炭化叶脉网络生长MOFs材料制备透明超级电容器

可穿戴和便携式电子设备迫切需要发展透明超级电容器等电化学储能器件。炭化树叶叶脉由连续的碳纤维网络构成,具有非常好的透明性,且兼具导电性好和质量轻的优点。本文以炭化菩提树叶叶脉网络为集流体,通过溶剂热法在其上原位生长了Ni/Co混合金属-有机框架材料(Ni/Co-MOF)。炭化叶脉的连续碳纤维网络有利于电子连续传输及电解液的输运;Ni/Co-MOF中混合金属中心有利于提供更多的电化学位点存储电荷。所制备的炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF透明电极在1mA/cm^(2)电流密度下表现出1.15F/cm^(2)的高面积容量,经过1000次循环后,容量保持率为105.4%,仍具有良好的循环稳定性。以炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF和炭化叶脉网络@活性炭组装成非对称透明超级电容器,在1.6V的大电势窗口、1mA/cm^(2)的电流密度下,得到的面积容量为0.47F/cm^(2)、面积能量密度为0.61W·h/cm^(2);并具有良好的循环稳定性,在循环300圈后,容量保持率为93.6%。炭化叶脉网络@MOF材料的方法将为制备透明功能器件如传感器、光电器件、太阳电池和锂离子电池等应用提供了新途径。

植物叶脉标本简单制作方法及基于Image J软件的叶脉图像分析

采用5%氢氧化钾沸水浴对12种植物叶片进行处理,结合超声波清洗使叶肉及表皮脱离,经漂白、染色制成叶脉标本。使用数码相机及显微镜对标本进行成像,利用Image J软件MINA工具宏的分析步骤对图像进行分析,测定12种植物叶脉的密度、分支密度、交点密度、端点密度,并通过手动追踪验证测量结果的准确性。结果表明,该方法可快速获得清晰完整的叶脉网络结构图,并且可以运用Image J软件MINA工具宏的分析步骤对叶脉进行分析。与传统的氢氧化钠组织透明法比较,该方法处理时间短,叶脉网络结构完整清晰,用Image J软件可准确测量叶脉密度。

聚乙二醇/聚丙烯熔喷非织造材料的叶脉仿生结构及其保液性能

为探究超细纤维非织造材料的叶脉仿生网络结构对其保液性能的影响,以聚乙二醇(PEG)共混改性聚丙烯(PP)为原料,制备了PEG/PP熔喷非织造材料,并对其纤维直径分布、不同直径的纤维数量和特征长度3个仿生结构特征参数,以及水蒸发速率和持液率进行测试与表征。结果表明:小于800 nm、800～2 000 nm和大于2 000 nm 3种尺寸纤维在水平方向上交错排列,形成非对称结构的三级水平分支网络;增大PEG质量分数和提高纺丝模头温度可增强小于800 nm纤维组成的三级分支网;样品特征长度与模头温度表现为线性正相关,水蒸发速率符合纺织材料的散湿变化规律;PEG质量分数从0%增大到15%时,PEG/PP的持液率从1 938.3%降低到1 313.1%。

叶龄与叶位对鸢尾叶片微结构的影响

植物可以通过调整叶片微观结构来适应环境,本文研究了不同叶龄与叶位鸢尾叶片的气孔特征与叶脉网络结构等参数的变化情况。结果表明:叶片刚刚成熟时,近/远轴面气孔密度和叶脉密度高于幼叶和老叶,气孔大小则小于幼叶和老叶。从叶基到叶尖,近/远轴面气孔密度、纵脉密度、横脉密度以及叶脉密度逐渐增大,而近/远轴面气孔大小与网眼空隙面积却逐渐减少。由此可知,叶片刚刚成熟时,代谢较旺盛,抗性较强;叶片中间部位更能代表整个叶片的状态。

6种木兰科植物叶片气孔的空间分布特征

为研究气孔在具有层级网状叶脉的叶片表面的空间分布模式,选择了6种木兰科(Magnoliaceae)植物叶片,沿着叶片宽度轴上(即垂直于叶片长度方向最大叶片宽度所在的直线)自叶缘到叶脉处选择3个位置,采用重复性空间点格局分析方法,分析这些位置处气孔的空间分布数据。结果显示:(1)在所观察的叶片显微视野中,没有发现气孔聚集现象。(2)在较小尺度内(≤100μm),沿着叶片宽度轴上的气孔之间存在互相的空间排斥,即发现气孔对叶片表皮空间竞争的证据;而在较大尺度下(>100μm),气孔之间不存在空间相互作用。(3)通过比较叶片上不同位置的L(s)-s函数,发现在4种木兰属植物中,叶片3个位置之间的气孔空间结构特征是相似的;而在2种含笑属植物中,3个位置之间的气孔空间结构特征存在显著性差异。研究结果表明:在具有层级网状叶脉的叶片表面,气孔在不同距离尺度上呈现出不同的空间分布特征,即在小尺度下呈现出均匀分布的特征,在较大尺度下呈现出随机分布的特征。

叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展

叶片是植物进行光合、呼吸、蒸腾作用的主要器官,早期的研究主要集中于水分在叶片中的运输路径,而对叶脉结构及其生态学意义研究甚少。近年来关于叶片叶脉结构、气孔结构的功能及叶片水力学特性的意义研究已经成为植物生理生态的研究热点。该文综述了叶脉的结构性状的指标(叶脉密度、直径、间距等),叶片水力学结构特性对植物生长、水分运输、气体交换、光合作用等生理功能的影响,及其与植物对干旱适应性之间的关系。叶脉结构是决定叶片生理功能的基础,因此在未来的工作中应分析比较不同种类植物叶脉结构形态与导水、光合、呼吸、同化作用之间的关系,建立植物茎干-枝-叶系统水力传导的机理性模型,用以探索不同植物功能结构和高效用水生理生态学机制,据此评估不同种类植物在未来气候情景下的地位。

叶片水力性状研究进展

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。