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我有妙招！易科泰光譜成像技術(shù)植保領(lǐng)域應(yīng)用-植物病害檢測
發(fā)布時(shí)間： 2024-09-30 點(diǎn)擊次數(shù)： 786次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(diǎn)，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)晒獬上瘛⒏吖庾V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：
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
赤霉病（FHB）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(shí)時(shí)、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病（FHB）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?/span>CFI）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%。
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(shí)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(xiàng)研究中，對溫室條件下種植的30個(gè)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(jì)16dpi的視覺疾病指數(shù)（DI）。
由結(jié)果可知，Fv/Fm在大多數(shù)品種中在2 dpi開始下降，并在5 dpi達(dá)到值。16個(gè)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(gè)抗性品種未在5dpi出現(xiàn)視覺性狀變化。總的來說，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(shí)現(xiàn)早期檢測。
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(xiàng)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(shí)間點(diǎn)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(shí)，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(yàn)證，成像結(jié)果證實(shí)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。
參考文獻(xiàn)：
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[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.
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