土壤酸度( p H < 5.5 )因铝( Al )毒害而限制农业生产。铝毒害的首要目标是植物根系，然而在芽上可以观察到这些毒害性状。本研究旨在使用叶绿素荧光成像（CropReporter光合表型成像系统）、多光谱成像和三维多光谱扫描技术来量化铝对玉米的毒性影响的潜在应用。玉米幼苗在营养液( pH 4.0 )中生长13天，设置4个铝浓度处理：50、100、200和400μM和一个对照( 0μM Al Cl3 L-1)。试验期间进行了4次测量：分别为在施加铝处理后的第4 ( MT1 )、6 ( MT2 )、11 ( MT3 )和13 ( MT4 )天。受铝毒性影响最敏感的性状是植物生长和可见光波段反射率增加(在MT1受到影响)。与近红外和绿光波段相比，红光波段的反射率增加更显著，导致归一化植被指数和绿叶指数的降低。长时间铝处理( MT3 )后，叶绿素荧光性状、PSII有效量子产量和光化学淬灭系数均受到影响。本研究证明了所选表型性状在遥感研究中用于绘制铝毒土壤和在高通量表型研究中用于筛选耐铝基因型的可用性。

图1 玉米可见光( RGB )和伪彩色图像显示叶绿素荧光参数

PSII最大光化学效率( Fv / Fm )、PSII有效光化学效率( (Fq ' / Fm '))、非光化学淬灭( NPQ )和植被指数：归一化植被指数( NDVI )；对照和400μM Al Cl3 L-1处理在试验第4天( MT1 )、第6天( MT2 )、第11天( MT3 )和第13天( MT4 )使用Crop Reporter™捕捉到的叶绿素指数( CHI )和花青素指数( ARI )

图2 铝毒( 0、50、100、200和400μM AlCl3L-1 )对玉米叶绿素荧光关键参数的影响

MT3时与对照相比，200和400μM铝处理显著降低了Fv / Fm (图2a )。同样，与对照相比，MT3的100、200和400μM Al处理以及MT4 (图2b)的所有Al处理均显著降低了Fq ' / Fm '。在第一次测量的( MT1和MT2)中，较高的Al浓度降低了非光化学淬灭( NPQ )参数。相反，在MT3和MT4，Al处理增加了非光化学淬灭参数(图2c)。rETR则相反，在MT1和MT2中随Al处理增加而增加，在MT3和MT4中随Al处理增加而显著降低(图2d )

表1 测量的颜色和多光谱参数，以及计算的植被指数的缩写、计算公式

图3 铝毒( 0、50、100、200、400μM AlCl3 L-1)对玉米多光谱参数的影响

铝（Al）处理通常会影响所有多光谱参数和植被指数，在所有测量时间（MT1-MT4）中均有表现。在MT1-MT2时段显著降低了色调（HUE）和植被指数（GLI和NDVI），在后期测量（MT3和MT4）中更为显著，从MT2开始，铝处理引起叶绿素含量指数( CHI )显著下降

图4 铝毒( 0、50、100、200、400 μ M Al Cl3L 1)对玉米关键形态参数的影响

处理溶液中生长4 ( MT1 )、6 ( MT2 )、11 ( MT3 )和13 ( MT4 )天的玉米植株( a )株高( PH )、( b )数字体积( DV )、( c )总叶面积( TLA )和( d )叶面积指数( LAI )