番茄(Solanum lycopersicum)是茄科最重要的蔬菜作物之一,生长环境范围广,易栽培种植。番茄属喜温性蔬菜,温度环境因素的有效控制与管理,直接影响番茄的产量和质量。研究低温下番茄的生长情况并克服设施内低温障碍,实现设施蔬菜产业的可持续发展是目前生产上面临的急需解决的问题之一。本文以中国北方广为种植的番茄品种“辽园多丽”和“园艺L404”番茄幼苗叶片作为研究对象,通过连续3年(2017～2019年)的试验研究,利用叶绿素荧光动力学参数值、动力学曲线和叶绿素荧光图像数据实现对番茄幼苗进行植物生理学和工程研究。研究中分析了低温冷害胁迫对番茄幼苗的叶绿素荧光参数值、动力学曲线和叶绿素荧光图像特征的不同影响,并从不同叶片损伤区域、低温胁迫时间和胁迫损伤面积三个方面对番茄幼苗的冷害损伤进行分级建模识别。本实验通过低温胁迫下番茄叶片叶绿素荧光特性的分析和不同冷害损伤的分级研究,为番茄低温冷害的识别和恢复研究奠定了良好的理论基础。主要研究内容和结论如下:(1)基于叶绿素荧光成像研究冷害对番茄幼苗的影响。应用叶绿素荧光成像用于研究低温胁迫下番茄幼苗冷害胁迫情况,在实验环境下采集了番茄幼苗的叶绿素荧光动力学参数值和图像,经过横向异质性分析参数值和图像,不同程度的低温胁迫对番茄叶片的影响在荧光参数F,Y(II),Y(NPQ),Y(NO),q P,q L图像中产生显著空间异质性。结果表明:Y(II)值对冷害敏感并且不受叶脉的影响,叶绿素荧光参数图像的直方图和能量(ASM)、熵(ENT)、惯性矩(INE)和自相关(COR)的平均值和标准差显示为检测冷害胁迫的良好指标。(2)基于番茄幼苗叶片损伤区域的冷损伤分级。使用直方图聚类算法分割叶绿素荧光参数Y(II)图像的不同冷害区域,进行叶绿素荧光动力学图像和曲线分析。研究结果表明,根据Y(II)值变化可将同一叶片内分为:健康区域、过渡区域和冷害区域,根据Y(II)和Y(NO)叶绿素荧光图像值变化可将番茄幼苗多叶片分为5级:健康叶片与冷害1、2、3、4类叶片。(3)基于不同低温胁迫时间的番茄幼苗冷害损伤研究。使用皮尔森相关系数获得与时间极大相关的参数:Y(II)、q P、q L、Y(NPQ)、Y(NO)、Fv/Fm这6个叶绿素荧光参数值,使用其作为BP模型自动识别番茄幼苗冷损伤等级的荧光特征参数。同时,获取与时间有最大相关系数的Y(II)图像的颜色描述符特征和灰度图像特征,使用直方图三阶矩、纹理熵标准偏差、颜色描述符B,颜色描述符b和颜色描述符L/b作为输入特征,使用训练BP神经网络识别冷害。实验结果推荐使用L*a*b*颜色空间的颜色描述符b和颜色描述符L/b确定番茄叶片中的冷害类型。(4)基于冷害面积的番茄幼苗冷害损伤分级研究。使用改进的k-means++聚类分割方法分割叶绿素荧光参数F的图像以获得叶片内的冷害区域,然后根据冷害面积将番茄幼苗进行分类,实现通过叶绿素荧光对冷损伤分类的检测。研究结果表明,采用定量统计分析模型进行识别冷害类别时,健康叶片和严重冷害叶片级别识别率较好,识别率较差的是1级和2级冷害的叶片。而且四种识别模型中训练集与测试集识别率最佳的是Spearman特征选择的PSO-SVM,其测试集识别率可达98.2%。本研究中分析了低温冷害胁迫下番茄幼苗的叶绿素荧光参数值、动力学曲线和叶绿素荧光图像特征的不同影响,并从Y(II)图像不同区域研究番茄幼苗的光合生理冷害分级情况。又从不同低温胁迫时间研究番茄幼苗的12个荧光参数冷损伤特征分级建模识别情况,延伸了叶绿素荧光分析冷害光合生理的研究。最后根据F参数图像的胁迫面积对番茄幼苗的冷害损伤进行分级建模识别,实现了叶绿素荧光研究冷害的工程扩展。这一研究为提高番茄栽培技术奠定了良好的理论基础。