[发明专利]一种利用敏感代谢物评价潜伏缺素期作物营养状态的方法

说明书

本发明提供一种利用敏感代谢物评价潜伏缺素期作物营养状态的方法，包括以下步骤：划分氮、磷、钾试验区，采用标准作物施肥配方，形成胁迫、适量和过量三种不同氮、磷、钾营养水平的样本；利用液相色谱‑质谱联用技术获取非靶代谢组学数据；筛选与作物氮磷钾显著相关的敏感代谢物；根据敏感代谢物的离子峰面积，对敏感代谢物进行相对定量，并进行归一化，建立营养元素及水平与标签对应关系，将样本分为校正集和验证集，分别建立校正集氮、磷、钾营养状态评价模型；获取敏感代谢物含量，输入营养状态评价模型，判断其营养状态。本发明可用于营养水平早期诊断，时效性和检测精度有明显提高。

技术领域

本发明属于作物营养状态的表征方法，具体涉及一种利用敏感代谢物评价潜伏缺素期作物营养状态的方法。

背景技术

传统的化学分析法和人工经验检测时效性差且易受主观因素影响。目前，基于视觉图像、高光谱图像及可见-近红外光谱等无损检测技术在作物营养检测中应用广泛。植物生理学和植物营养学的研究已经证明，作物对各种逆境胁迫耐受性的形成过程是从植株水平到组织水平再到分子水平，是涉及多策略、多层次、多环节的复杂机制，主要涉及5个层次：1○叶片颜色和纹理等表面宏观特征；2○叶片表面的粗糙度和质地等微观特征；3○气孔、海绵体、栅栏组织等内部微结构；4○叶绿素a、叶绿素b、叶黄素等大分子物质；5○初级和次级代谢物等小分子物质。然而目前常用方法主要针对前4个相对容易检测的层次，由于检测手段和方法的局限性，在作物营养发生胁迫的最初期，即潜伏缺素期，获得的光谱和图像信息差别不大，当同时缺乏两种及以上元素时，会出现同质异谱或同谱异质，作物外观形态、颜色、纹理特征相似且不同表观特征相互耦合和交互现象，检测时效性差且精度低。

作物在长期的进化中对各种非生物胁迫产生了一定抵御能力，这种抵御机制的基础便是植物体内的成千上万种的代谢产物，当作物的正常生长遭遇到逆境胁迫时，原有的代谢平衡就会被扰乱，而为了达到新的代谢平衡稳态，作物会相应调整代谢路径，通过代谢产物种类及含量的变化调控来适应不利的生长环境，以便更好地满足组织、器官的生长和发育，保证正常的生理活动。作物体内新的代谢稳态的建成，需要各代谢途径之间互关联构成复杂网络，以实现对代谢过程的精细调控。由此可见，作物的逆境应答最终体现在代谢层面上，而代谢组学被认为是逆境“组学”研究的最终方向。已有研究发现，在氮胁迫的第6天，就可检测到作物体内黄酮含量已经发生了变化，而在作物发生氮胁迫的第11天，其嫩叶的光谱信息才显示出差异。这足以说明通过检测作物体内代谢物的变化可以在第一时间判断作物是否发生了营养胁迫，提高了检测时效性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用敏感代谢物评价潜伏缺素期作物营养状态的方法。旨从第5层次入手，即小分子物质层面，利用非靶代谢组学技术研究营养发生胁迫时作物体内小分子物质的变化情况，筛选对于早期营养胁迫具有较高灵敏性的代谢物，并建立基于敏感代谢物的设施作物营养状态评价方法，该发明突破现有方法的瓶颈问题，可用于营养水平早期诊断，尤其适合于营养胁迫潜伏期评价，对促进农业提质增效，减少环境污染具有非常重要的理论和现实意义。

一种利用敏感代谢物评价潜伏缺素期作物营养状态的方法，包括以下步骤：

建立标准样本区：划分氮、磷、钾试验区，采用标准作物施肥配方，形成胁迫、适量和过量三种不同氮、磷、钾营养水平的样本；

获取非靶代谢组学数据：利用液相色谱-质谱联用技术获取非靶代谢组学数据；

筛选敏感代谢物：筛选与作物氮磷钾显著相关的敏感代谢物；

建立作物营养状态评价模型：根据敏感代谢物的离子峰面积，对敏感代谢物进行相对定量，并进行归一化，建立营养元素及水平与标签对应关系，将样本分为校正集和验证集，分别建立校正集氮、磷、钾营养状态评价模型；

判断其营养状态：获取敏感代谢物含量，输入营养状态评价模型，判断其营养状态。

上述方案中，所述建立标准样本区步骤中标准作物施肥配方采用岩棉加山崎生菜营养液标准配方。