气孔作为植物内部与外界进行气体交换的途径,对植物生长过程中碳、水循环的调节起着十分重要的作用。随着显微技术和生物技术的发展,气孔研究已经成为作物育种及逆境分析的关键课题,而气孔性状检测正是进行气孔研究的首要步骤。现有的气孔性状检测方法对植物有损,且通量较低,不利于植物全生育期的气孔批量检测。针对上述问题,本课题采用便携式显微镜获取活体玉米叶片气孔图像,开发了活体玉米叶片气孔性状测量系统,进行了玉米气孔的干旱试验分析。主要研究内容和结果如下:（1）气孔性状提取方法研究。采用Tip Scope便携式显微镜采集活体玉米叶片气孔图像,建立基于目标检测网络Feature Pyramid Networks（FPN）的气孔密度模型,模型对于气孔目标检测的准确度、召回度、精度和F1分数分别为0.99、0.99、99%和0.99,与人工测量值相比较,气孔密度性状的决定系数R2为0.99,平均绝对百分比误差MAPE为1.03%。采用Pro Scope HR2便携式显微镜采集活体玉米叶片气孔图像,建立基于目标检测网络Faster RCNN的气孔开闭数量模型和气孔开闭坐标模型,模型对于打开气孔目标检测的准确度、召回度、精度和F1分数分别为0.99、0.96、95%和0.97及0.99、0.96、96%和0.98,对于闭合气孔目标检测的准确度、召回度、精度和F1分数分别为0.96、0.95、92%和0.95及0.97、0.95、93%和0.96,与人工测量值相比较,气孔开闭性状的决定系数R2都在0.98以上,MAPE都在7%以下。利用打开气孔的位置坐标截取单个打开气孔子图,对Chan-Vese（CV）模型进行改进以分割气孔孔隙区域,并提取了6个孔隙性状,与人工测量值相比较,气孔孔隙性状的决定系数R2都在0.85以上,MAPE都在7%以下。（2）小型温室的设计与制作。为了研究环境因素对气孔性状的影响,设计并制作了小型温室。采用温湿度传感器采集室内温湿度,并用STM32F103VET6单片机对室内的温湿度进行了控制。采用QT开发了人机交互界面,实时监控室内环境。经过性能测试,小型温室的温度控制范围为:低于室温1℃～45℃,湿度控制范围为:15%RH～90%RH,光照强度设定为1800 lux,温度控制精度为±1℃,湿度控制精度为±5%RH。（3）试验与分析。针对野生型B73和突变体Zmfab1a两种玉米盆栽进行了干旱试验,基于Tip Scope便携式显微镜获取了气孔密度性状,试验结果表明,玉米植株在拔节期生长过程中气孔密度会逐渐增大,相同品种玉米植株对照组和干旱组的气孔密度不存在显著性差异,不同品种玉米植株相同处理下的气孔密度存在显著性差异,且突变体Zmfab1a的气孔密度要低于野生型B73的气孔密度;基于Pro Scope HR2便携式显微镜获取了气孔开闭性状和孔隙性状,试验结果表明,在正常浇水条件下,B73的气孔平均打开比例和孔隙平均总面积均高于Zmfab1a,而在干旱处理条件下为负值;在干旱处理并复水后,Zmfab1a的气孔打开比例和孔隙总面积的干旱组与对照组的比值均高于B73,说明Zmfab1a在胁迫后叶片气孔的回复能力要高于B73。基于研制的小型温室,研究了环境温度对气孔性状的影响,试验结果表明,玉米气孔在30℃以下开放较少,30℃至40℃之间开放较多,当温度继续上升至45℃时,气孔打开比例和开放程度则急剧下降。另外,采用Pro Scope HR2便携式显微镜观测了玉米和小麦叶片气孔的动态变化;改进的CV模型方法同样适用于其它9种作物的气孔孔隙分割。