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  病害是影響植物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素之一，早期識別、發(fā)現(xiàn)病害，及早控制，有利于提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，保障食品安全，為抗病育種提供數(shù)據(jù)支持等。隨著科技發(fā)展，應(yīng)用于植物病害檢測的越來越多，其中基于圖像的光譜成像技術(shù)已十分成熟，其具有早期、無損、靈敏、高通量等特點，正逐漸廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域的植物病害檢測。

  易科泰在光譜成像技術(shù)領(lǐng)域深耕多年，具有全面、先進(jìn)的植物病害檢測技術(shù)方案，完備的產(chǎn)品線和技術(shù)能力，擁有成熟的葉綠素?zé)晒獬上?、高光譜成像、葉綠素?zé)晒舛喙庾V/高光譜成像、Thermo-RGB熱成像、表型成像分析平臺等全套產(chǎn)品，以下便通過幾則研究案例推薦一些病害檢測的技術(shù)方案：

上圖為下列案例相關(guān)的易科泰技術(shù)產(chǎn)品，包括FluorTron^®葉綠素動態(tài)熒光成像系統(tǒng)、FluorTron^®多功能高光譜成像系統(tǒng)、PhenoTron^®懸浮雙規(guī)式表型成像系統(tǒng)；FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)、PlantScreen表型成像系統(tǒng)。更多型號配置，歡迎聯(lián)系我們了解。

案例一：葉綠素?zé)晒鉁y量技術(shù)+高光譜測量技術(shù)：監(jiān)測小麥穗赤霉病

  赤霉?。‵HB）由多種鐮刀菌引起，該病菌通過加重小麥穗的色素沉著，破壞生理結(jié)構(gòu)，干擾光合作用過程等，影響小麥生產(chǎn)。因此，利用實時、非破壞性的方法進(jìn)行頻繁檢測，對于指導(dǎo)針對性施藥、控制病原體傳播、保障糧食生產(chǎn)十分重要。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員2023年發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》上的一篇文章，對如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)和多模態(tài)數(shù)據(jù)來識別、監(jiān)測小麥穗期的鐮刀菌枯萎?。‵HB）進(jìn)行了研究。

  研究中利用高光譜成像技術(shù)、葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、高通量表型平臺等，連續(xù)兩年測量，獲得了麥穗從無癥狀到有赤霉病癥狀期間的高光譜反射率（HR）、葉綠素?zé)晒獬上瘢–FI）和高通量表型（HTP）的大量數(shù)據(jù)。研究中還用到了光合儀測定凈光合速率，使用高通量表型平臺獲取表型數(shù)據(jù)等。

  基于這些數(shù)據(jù)，采用Boruta方法選擇疾病敏感特征，然后通過方差膨脹因子（VIF）分析，通過ML-SFFS對選定的疾病敏感特征（SDSF）進(jìn)行部分融合，開發(fā)了一種用于識別小麥穗赤霉病、估算病害嚴(yán)重程度的方法。結(jié)果表明，生化參數(shù)、光譜反射、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和其他表型參數(shù)在麥穗-病原體相互作用期間顯示出一致的變化。使用ML-SFFS進(jìn)行無癥狀疾病檢測的最優(yōu)特征組合為兩種到三種，平均分類準(zhǔn)確度為87.04%，隨著疾病嚴(yán)重程度的提高，準(zhǔn)確度逐漸提高到95%。

左圖：麥穗葉綠素?zé)晒獬上窠Y(jié)果和不同熒光參數(shù)；右圖上：高光譜反射光譜曲線；右圖下，實驗中使用的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（成像面積35cm*35cm）

該類方案推薦：FluorTron^®動態(tài)葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)或FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)+Specim高光譜成像系統(tǒng)，或PhenoTron植物表型分析平臺（包含葉綠素?zé)晒獬上?、高光譜成像、Thermo-RGB成像等功能）、PlantScreen表型成像系統(tǒng)

案例二：葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)：番茄幼苗青枯病早期檢測

  番茄青枯病由青枯病菌（Ralstonia solanacearum）引起，嚴(yán)重影響番茄幼苗和果實生產(chǎn)。為了有效管理和減少該病的傳播，需要進(jìn)行監(jiān)測和早期檢測。在韓國全州國立大學(xué)的Kim等人發(fā)表的一項研究中，對溫室條件下種植的30個不同青枯病抗性的番茄品種幼苗進(jìn)行青枯病菌接種，接種采用傷口接種法（Wound）和非傷口接種法（non-Wound）。使用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)監(jiān)測對照及接種幼苗接種5天后（dpi）的光合變化，以及統(tǒng)計16dpi的視覺疾病指數(shù)（DI）。

  由結(jié)果可知，F(xiàn)v/Fm在大多數(shù)品種中在2 dpi開始下降，并在5 dpi達(dá)到最低值。16個品種在3 dpi開始出現(xiàn)肉眼可見的病害整株，所有中度抗性和敏感品種在5 dpi顯示肉眼可見的性狀變化，4個抗性品種未在5dpi出現(xiàn)視覺性狀變化?？偟膩碚f，通過DI和葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm可以對比篩選抗青枯病番茄品種，但Fv/Fm在出現(xiàn)視覺可見的癥狀之前更有效，實現(xiàn)早期檢測。

左圖：番茄幼苗RGB圖像；右圖：番茄幼苗Fv/Fm成像圖。R：resistant，抗性品種；MR：moder

ately resistant，中等抗性品種；S：susceptible to the bacterial wilt，敏感品種；

該類方案推薦：FluorTron^®葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像系統(tǒng)或FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)

案例三：多光譜/高光譜熒光成像：甜瓜白粉病影響光合作用和次生代謝

  瓜類白粉病主要是由Podosphaera xanthii引起的，是限制瓜類作物生產(chǎn)的主要因素之一。然而對于控制這一疾病的生理過程的遺傳和分子基礎(chǔ)，我們知之甚少。Scientific Reports發(fā)表過的一項研究針對此進(jìn)行了探究，

  研究中使用RNA測序技術(shù)，通過在早期感染階段的不同時間點獲得的RNA樣本，鑒定了在Cucumis melo葉片上接種P. xanthii后的差異化表達(dá)基因，與未感染對照樣本進(jìn)行了比較。同時，使用FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)對甜瓜植株進(jìn)行了光合表型檢測。 

  研究發(fā)現(xiàn)感染植物中參與光合作用及其相關(guān)過程的基因被上調(diào)，而參與次生代謝途徑（如苯丙素生物合成）的基因被下調(diào)。這些基因表達(dá)的變化可以通過葉綠素?zé)晒獬上窈退{(lán)綠熒光成像分析得到驗證，成像結(jié)果證實了病原菌侵染引發(fā)的甜瓜光合作用活性的改變和酚類化合物生物合成的抑制。

左圖：對照和感染的甜瓜葉片RGB圖像、葉綠素?zé)晒鈪?shù)成像圖及數(shù)據(jù)直方圖；右圖：紫外激發(fā)藍(lán)綠熒光（BGF）成像圖

該類方案推薦：FluorTron^®多功能高光譜成像系統(tǒng)或FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1] Mustafa G, Zheng H, Li W, et al. Fusarium head blight monitoring in wheat ears using machine learning and multimodal data from asymptomatic to symptomatic periods[J]. Frontiers in Plant Science, 2023, 13: 1102341.

[2] Kim JiHyeon K J H, Bhandari S R, Chae SooYoung C S Y, et al. Application of maximum quantum yield, a parameter of chlorophyll fluorescence, for early determination of bacterial wilt in tomato seedlings[J]. 2019.

[3] Polonio Á, Pineda M, Bautista R, et al. RNA-seq analysis and fluorescence imaging of melon powdery mildew disease reveal an orchestrated reprogramming of host physiology[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 7978.