电子探针在分析农作物叶片元素含量及微区分析中的应用

摘 要：为了提高农作物的产量，在农业生产中对农作物进行元素含量分析是不可或缺的步骤。虽然目前能够使用的多种方法都能够测定出植物中的元素含量，但是繁琐的样品处理过程以及对叶片表面微区进行元素分析的难度也显露出了传统方法的短板。文章通过利用电子探针技术对番茄植物的叶片细胞内的元素组成和含量进行了分析。从扫描结果分析可以看出，电子探针可以精准的测定出叶片表面特定区域以及特殊结构中的元素种类和含量，并通过对作物元素含量的分析改善作物的生长环境，添加作物所需的营养元素，从而达到作物增产的预期。

关键词：提高产量；电子探针；元素含量；微区分析

农作物在生长过程中不但需要吸收水分，土壤中富含的各类营养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，尤其是对于农作物，控制好农作物所需的各类元素含量可以有效地实现对于农作物的疾病预防，从而达到农作物增产增收的预期。向我们所熟知的农作物必须的氮磷钾三种元素，如果土壤中三种元素的不足肯定是不利于农作物生长的，但是这三种元素过多同样不利于农作物的生长。因此，测定出农作物中的元素含量，就可以推测土壤中某些元素是否缺乏，为合理的施肥提供依据，已达到预防农作物疾病以及农作物的增产增收的目的。目前有很多种方法可以测定出土壤以及植物中的元素含量，原子吸收分光光度法、原子发射光谱法以及标准加入法等都是比较常用的方法，这些方法都可以准确地测定植物叶片中的元素含量，但是繁杂的样品的处理过程也给人们的工作带来了很大的压力，而且对于植物的某些特定区域内的元素含量及分布状况来说测定起来也有很大的难度。文章通过运用电子探针微区分析技术，以实验田中的的番茄植株叶片为样本，对叶片细胞和一些微小特定区域中的元素含量进行了精确分析，同时利用能谱仪通过线扫描和面扫描分析对作物叶片表面进行元素测定和分析。

1 材料和方法

选取黑龙江八一农垦大学试验田种植的番茄作物，分别于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叶片制成样本用于电子探针分析。土壤类型为碱性黑土壤。

取的叶片样本进行扫描电镜观察。用日本电子公司生产的JXA-8230环境扫描电镜观察，其加速电压范围为0～30kV，利用Inca X-Act型电制冷能谱仪进行元素含量分析，其探头分辨率优于129eV，峰背比为20000：1图像放大倍数：×40～×300000，其检测元素范围为B5-U92、检测极限为0.1%。

通过扫描电镜观察叶片，选择合适区域，进而对叶片进行定量分析，最终得到叶片能谱分析图谱和元素含量结果，能谱仪自动生成质量百分比和原子百分比。

2 结果与分析

通过电子探针对作物样本进行扫描，由能谱仪对样本内的元素进行分析，我们可以清楚地看到在电镜扫描下的作物样本中元素分布和含量。利用电子探针我们可以更加精确，快速且在不破坏作物样本的前提下对作物中的元素含量进行测定。并且通过测定结果判断作物中是否有相应元素需要补充，并通过追肥等方式进一步补充作物所需的营养元素，从而促进作物生长，增产增收。对于某些元素，土壤中的元素含量高并不一定比叶片中的元素含量要高，比如Si、Al、Mn、Ti和Fe，Si和Fe在土壤中含量分别达到重量百分比的83.977%和6.364%，而在植物中含量就相对较低，其中Si的含在植物中和土壤中相差了八十倍左右，Fe在几种植物中利用电子探针探测到的含量极低，而Al、Mn、Ti等元素电子探针在番茄植株有叶片样本中根本探测不到。

三期作物叶片样本中的元素分布很不均匀，根据表1的数据我们不难看出作物样本中各元素含量变化范围较大，于是我们可以判定出出植物叶片表面不同部位的元素含量不尽相同。

3 结束语

通过利用电子探针对15组番茄植株的新鲜叶片进行了元素分析，实验结果表明，电子探针技术可以精准地测定出作物样本中的元素含量及其分布情况。不用破坏作物样本，通过线扫描和面扫描就可以分析出不同元素在叶片中的元素含量以及分布，也对叶片中的特殊结构中的元素含量和分布进行了精准的测定，解决了传统方法无法解决的问题，提高了工作效率，并且通过针对植物中元素含量的分析来对作物合理施肥追肥，最终达到提高作物产量的预期。

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作者简介：于秉生（1994-），男，学生，黑龙江八一农垦大学信息技术学院。

通讯作者：索丽敏（1973-），女，黑龙江八一农垦大学信息技术学院通信工程系副教授，主要从事微观图像处理研究。