Publicado

2017-10-01

Fast estimation of chlorophyll content on plant leaves using the light sensor of a smartphone

Estimación rápida del contenido de clorofila en hojas usando el sensor de luz de un teléfono celular

DOI:

https://doi.org/10.15446/dyna.v84n203.64316

Palabras clave:

Plant nutrition, non-destructive chlorophyll meter, leaf light transmittance (en)
Nutrición vegetal, medición no destructiva de clorofila, transmisión de luz por hojas (es)

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Autores/as

Plant chlorophyll measurements can support nitrogen fertilization decisions. Using a 3D printed device and a red LED, here we tested the feasibility of using a smartphone ambient light sensor (ALS) to estimate leaf chlorophyll by light transmission. Its performance was evaluated by comparing 30 leaf sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) transmission readings of the red LED (663 nm) obtained from the smartphone and a standard spectrometer, which showed a good coefficient of determination (r2 = 0.9067). Additionally, a comparison between the ALS and a SPAD 502TM (a commercial device for chlorophyll content estimation) was made with chrysanthemum (Dendranthema grandiflora Tzvelev) leaves, obtaining a good correlation between both measurements. Light transmission was also measured in S. bicolor flag leaves from plants growing in the greenhouse under increasing nitrogen fertilization. A clear fit between leaf light transmission and plant height was also observed, suggesting a simple, smartphone based estimation of plant’s chlorophyll.
Medir clorofila puede apoyar decisiones de fertilización nitrogenada de plantas. Usando un dispositivo impreso en 3D y un LED rojo, aquí probamos la factibilidad de usar un teléfono celular para estimar clorofila por transmisión de luz. Al comparar 30 lecturas de trasmisión de luz roja (663 nm) por hojas de sorgo Sorghum bicolor (L.) Moench, obtenidas del teléfono y de un espectrómetro estándar, se encontró un buen coeficiente de determinación (r2 = 0.9067). Adicionalmente, se hizo una comparación entre las lecturas del teléfono y un SPAD 502TM (un dispositivo comercial para la estimación del contenido de clorofila) en hojas de crisantemo Dendranthema grandiflora Tzvelev, obteniendo una buena correlación entre ambas medidas. La transmisión medida en hojas de S. bicolor de plantas de invernadero fertilizadas con nitrógeno también presentó buen ajuste con la altura de las plantas, sugiriendo la posibilidad de estimar fácilmente el contenido de clorofila en hojas usando teléfonos inteligentes.

Referencias

Peng, S., Garcia, F.V., Laza, R.C., Sanico, A.L., Visperas, R M. and Cassman, K.G., Increased N-use efficiency using a chlorophyll meter on high-yielding irrigated rice, F. Crop. Res., 4 (2), pp. 243-252, 1996. DOI: 10.1016/0378-4290(96)00018-4.

Guanter, L., Zhang, Y., Jung, M., Joiner, J., Voigt, M. and Berry, J.A., Global and time-resolved monitoring of crop photosynthesis with chlorophyll fluorescence, Proc. Natl. Acad. Sci., 111(14), pp. E1327-E1333, 2014. DOI: 10.1073/pnas.1320008111.

Maxwell, K. and Johnson, G.N., Chlorophyll fluorescence: A practical guide, J. Exp. Bot., 51(345), pp. 659-668, 2000. DOI: 10.1093/jexbot/51.345.659

Mackinney, G., Absorption of light by chlorophyll solutions, J. Biol. Chem., 140, pp. 315-322, 1941.

Vesali, F., Omid, M., Kaleita, A. and Mobli, H., Development of an android app to estimate chlorophyll content of corn leaves based on contact imaging, Comput. Electron. Agric., 116, pp. 211-220, 2015. DOI: 10.1016/j.compag.2015.06.012

Cortazar, B., Koydemir, H.C., Tseng, D., Feng, S. and Ozcan, A., Quantification of plant chlorophyll content using google glass, HHS Public Access Author Manuscr., 15(7), pp. 1708-1716, 2015. DOI: 10.1039/c4lc01279h.Quantification.

Intaravanne, Y. and Sumriddetchkajorn, S., Android-based rice leaf color analyzer for estimating the needed amount of nitrogen fertilizer, Comput. Electron. Agric., 116, pp. 228-233, 2015. DOI: 10.1016/j.compag.2015.07.005.

Jacobs, M., Lopez-Garcia, M., Phrathep, O.P. and Lawson, T., Photonic crystal structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency, Nat. Plants, October, pp. 1-16, 2016. DOI: 10.1038/nplants.2016.162.

Lenk, S. et al., Multispectral fluorescence and reflectance imaging at the leaf level and its possible applications, J. Exp. Bot., 58(4), pp. 807-814, 2007. DOI: 10.1093/jxb/erl207.

Markwell, J., Osterman, J.C. and Mitchell, J.L., Calibration of the Minolta SPAD-502 leaf chlorophyll meter, Photosynth. Res., 46(3), pp. 467-472, 1995. DOI: 10.1007/BF00032301.

Pinkard, E.A., Patel, V. and Mohammed, C., Chlorophyll and nitrogen determination for plantation-grown Eucalyptus nitens and E. globulus using a non-destructive meter, For. Ecol. Manage., 223(1), pp. 211-217, 2006. DOI: 10.1016/j.foreco.2005.11.003.

Xiong, D. et al., SPAD-based leaf nitrogen estimation is impacted by environmental factors and crop leaf characteristics., Sci. Rep., 5, August, p. 13389, 2015. DOI: 10.1038/srep13389.

Friedman, J.M., Hunt, E.R. and Mutters, R.G., Assessment of leaf color chart observations for estimating maize chlorophyll content by analysis of digital photographs, Agron. J., 108(2), pp. 822-829, 2016. DOI: 10.2134/agronj2015.0258

Gates, D.M., Keegan, H.J., Schleter, J.C. and Weidner, V.R., Spectral properties of plants, Appl. Opt., 4(1), p. 11, 1965. DOI: 10.1364/AO.4.000011.

Knapp, A.K. and Carter, G.A., Variability in leaf optical properties among 26 species from a broad range of habitats, Am. J. Bot., 85(7), pp. 940-946, 1998. DOI: 10.2307/2446360.

Merzlyak, M.N., Gitelson, A., Chivkunova, O.B. and Rakitin, V.Y.U., Non-destructive optical detection of pigment changes during leaf senescence and fruit ripening, Physiologia Plantarum, 106(1), pp. 135-141, 1999. DOI: 10.1034/j.1399-3054.1999.106119.x.

Vieyra Software, Physics Toolbox Sensor Suite (Version 1.6.6). [online]. [Mobile application software]. 2017. Available at: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.chrystianvieyra.physicstoolboxsuite&hl=es_419

AMS, TMD2772/ TMD2772WA Digital ALS and Proximity Module, [online]. pp. 1-59, 2016. Available at: https://ams.com/jpn/content/download/365023/1210677/file/TMD2772_TMD2772WA_Datasheet_EN_v2.pdf

Das, A.J., Wahi, A., Kothari, I. and Raskar, R., Ultra-portable, wireless smartphone spectrometer for rapid, non-destructive testing of fruit ripeness, Sci Rep, 6, p. 32504, 2016. DOI: 10.1038/srep32504.

Berra, E., Gibson-Poole, S., MacArthur, A., Gaulton, R. and Hamilton, A., Estimation of the spectral sensitivity functions of un-modified and modified commercial off-the-shelf digital cameras to enable their use as a multispectral imaging system for UAVs, Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spat. Inf. Sci., 40(1), pp. 207-214, 2015.

Erisman, J.W., Sutton, M.A., Galloway, J., Klimont, Z. and Winiwarter, W., How a century of ammonia synthesis changed the world, Nat. Geosci., 1, pp. 636-639, 2008. DOI: 10.1038/ngeo325.

Muñoz-Huerta, R.F., Guevara-Gonzalez, R.G., Contreras-Medina, L.M., Torres-Pacheco, I., Prado-Olivarez, J. and Ocampo-Velazquez, R.V.. A review of methods for sensing the nitrogen status in plants: Advantages, disadvantages and recent advances., Sensors (Basel)., 13(8), pp. 10823-10843, 2013. DOI: 10.3390/s130810823.

Guo, W., Nazim, H., Liang, Z. and Yang, D., Magnesium deficiency in plants: An urgent problem, Crop J., 4(2), pp. 83-91, 2016. DOI: 10.1016/j.cj.2015.11.003.

Miller, G.W., Pushnik, J.C. and Welkie, G.W., Iron chlorosis, a world wide problem, the relation of chlorophyll biosynthesis to iron, J. Plant Nutr., 7(1–5), pp. 1-22, 1984. DOI: 10.1080/01904168409363172

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Cómo citar

[1]
“Estimación rápida del contenido de clorofila en hojas usando el sensor de luz de un teléfono celular”, DYNA, vol. 84, no. 203, pp. 233–239, Oct. 2017, doi: 10.15446/dyna.v84n203.64316.

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