北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司
免費(fèi)會員
值此中國植物保護(hù)學(xué)會2024年學(xué)術(shù)年會召開之際，易科泰推出植保領(lǐng)域案例集錦，涵蓋高光譜成像、葉綠素?zé)晒獬上瘛⒓t外熱成像、激光誘導(dǎo)擊穿光譜、動物能量代謝等國際技術(shù)，適應(yīng)于病害、蟲害、鼠害、雜草、化學(xué)防 治等多個研究領(lǐng)域。
蚜蟲靶向農(nóng)藥檢測篩選
EcoTech®生態(tài)實(shí)驗室以植物培養(yǎng)平臺培養(yǎng)的感染蚜蟲的“黃玫瑰”白菜為對象，選取其中的一片葉子正面噴灑1500倍液吡蟲啉溶液（RGB中畫紅圈），其余部分不做處理（對照），使用FluorTron®系統(tǒng)分別采集兩次UV-MCF紫外光激發(fā)生物熒光高光譜數(shù)據(jù)，噴藥前進(jìn)行第 一次數(shù)據(jù)采集，噴藥72h后進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)采集。
左：RGB圖（紅圈部位為施藥葉片，其余為對照）；右：施藥組施藥前后熒光高光譜曲線圖
F450/F740熒光圖（左：施藥前 右：施藥三天后）
結(jié)果顯示，施藥后葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度提高，比值指數(shù)降低，葉片上的紅色斑點(diǎn)顯著減少（斑點(diǎn)為蚜蟲危害造成），說明施藥后葉片上的蚜蟲死亡，證明該系統(tǒng)可通過快速、無損、簡便且高效的方式，為靶向農(nóng)藥篩選提供有效的技術(shù)支持。
番茄苗DCMU實(shí)驗
EcoTech®實(shí)驗室技術(shù)人員以PhenoTron®復(fù)式智能LED光源培養(yǎng)平臺上培養(yǎng)的兩株生長周期一致的番茄苗為實(shí)驗對象，對其中一株（施藥組）土壤中滴入3ml濃度為0.02g/ml的DCMU（可阻斷植物光合電子傳遞鏈，抑 制植物光合作用），另一株（對照組）滴入等量水，3小時后使用FluorTron®多功能高光譜成像分析系統(tǒng)和FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)，采集紫外光激發(fā)的番茄苗熒光數(shù)據(jù)，結(jié)果如下：
左圖：樣品RGB圖（左邊為對照組，右邊為施藥組）；右圖：FluorTron®系統(tǒng)采集的番茄苗UV-MCF葉綠素?zé)晒饧t色峰值F685與遠(yuǎn)紅峰值F740的比值，可以看出施藥植株沿葉脈比值增大
左圖：FluorCam系統(tǒng)采集的F520/F740；右圖：FluorTron®系統(tǒng)采集的Fg/F740。
可以看出施藥植株沿葉脈比值降低
實(shí)驗結(jié)果表明：施加DCMU三小時后，沿葉脈方向藍(lán)綠熒光與葉綠素?zé)晒獗戎到档停碚魅~綠素的F685/F740則比值增加，與預(yù)期結(jié)果吻合。FluorTron®多功能高光譜成像系統(tǒng)的紫外光激發(fā)生物熒光（UV-MCF）高光譜成像功能與FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)都可以早期靈敏檢測植物光合生理狀態(tài)和脅迫。
植物對敵草隆的熒光響應(yīng)
上圖葉片自上到下分別為冬青葉、新萌發(fā)冬青葉、錦帶花葉，其中左邊冬青葉為整片葉片施加敵草隆10分鐘后，右邊為在局部點(diǎn)滴施加敵草隆（上面葉片一個點(diǎn)滴，下面葉片2個點(diǎn)滴）10分鐘后的成像分析，下面錦帶花點(diǎn)滴（6個小區(qū)）施加敵草隆10分鐘后的成像分析。自左到右依次為：RGB成像、葉片葉綠素?zé)晒獬上瘛b/Fr成像分析、紫外光激發(fā)熒光光譜曲線，可以看出，施加敵草隆葉綠素?zé)晒怙@著提高、Fb/Fr則顯著降低。
小球藻光譜成像
Fluortron多功能高光譜成像系統(tǒng)整合國際技術(shù)資源，以其高光譜分辨率和圖像處理能力，在微藻的生理狀態(tài)、生物量、種類識別等方面展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。通過捕捉微藻在不同光譜波段的反射或熒光特性，可以實(shí)現(xiàn)對微藻生長狀態(tài)的高精度監(jiān)測和快速分析。相較于傳統(tǒng)方法，F(xiàn)luortron多功能高光譜成像技術(shù)具有多功能、非接觸、無損傷、實(shí)時性強(qiáng)、信息量豐富等顯著優(yōu)勢，為微藻培養(yǎng)與監(jiān)測提供了一種全新的解決方案
施加不同濃度草甘膦的小球藻液RGB圖片（左），靜置16h后不同處理藻液在藍(lán)光激發(fā)下的光譜曲線（右）
施加脅迫靜置16h后不同處理藻液在紫光激發(fā)下的光譜曲線（左）、藍(lán)光激發(fā)的熒光指數(shù)F685及F685/F740。通過藍(lán)色/紫色激光激發(fā)后的小球藻光譜曲線可以看出，不同濃度草甘膦脅迫下的藻液曲線有明顯差異；根據(jù)熒光指數(shù)參數(shù)也可以看出0.5%GLY處理的F685與F685/F740zui低，說明該組的光合作用效率zui 低，小球藻抑制效果zui 好。
葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)與LIBS元素分析技術(shù)用于植物病蟲害早期檢測
植物與病原體的相互作用會影響植物的生產(chǎn)力和其對生物及非生物脅迫的耐受性，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要快速、可重復(fù)的方法來盡早檢測病原體攻擊，以防止生產(chǎn)損失。部分研究利用葉綠素?zé)晒獬上瘢–FI）和激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)構(gòu)建高精度的植物病原體早期檢測模型。LIBS是一種檢測原子躍遷的技術(shù)，從而提供有關(guān)植物元素組成的數(shù)據(jù)，而CFI則側(cè)面提供有關(guān)葉綠素含量的相關(guān)信息，這與植物的光合性能密切相關(guān)，兩種技術(shù)的結(jié)合使用基于它們所提供信息的互補(bǔ)性。因此，LIBS和CFI產(chǎn)生互補(bǔ)信息，即LIBS可以告知植物病毒引起的植物元素組成的變化，而CFI揭示植物病毒如何影響植物的生理狀態(tài)，特別是感染時其光合能力的變化。
上圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片葉綠素?zé)晒獬上駥Ρ葓D；左下圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片葉綠素a和葉綠素b提取含量對比；右下圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片的LIBS元素分析對比光譜
科研人員首先利用傳統(tǒng)化學(xué)提取的方法確認(rèn)了根結(jié)線蟲感染對番茄葉綠素含量的影響，其中感染根結(jié)線蟲的番茄葉片中葉綠素a和b含量顯著減少。然后用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)對番茄葉片進(jìn)行分析，能夠明顯看到葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fm）的變化，這表明葉綠素?zé)晒鈪?shù)對根結(jié)線蟲的脅迫響應(yīng)靈敏度很高。LIBS光譜數(shù)據(jù)顯示感染根結(jié)線蟲的番茄葉片中Mg信號強(qiáng)度顯著高于對照，線蟲脅迫中Mg元素含量上升，對其進(jìn)一步分析有助于了解番茄應(yīng)對線蟲脅迫的響應(yīng)機(jī)制。
左圖：感染根結(jié)線蟲的番茄莖葉綠素?zé)晒獬上駥Ρ葓D；右圖：感染根結(jié)線蟲的番茄莖和根的LIBS元素對比光譜
對線蟲感染的番茄根莖的CFI+LIBS分析結(jié)果基本與番茄葉片的實(shí)驗數(shù)據(jù)一致。其中感染后的番茄莖葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度顯著降低，莖中Mg元素信號強(qiáng)度顯著上升。
左圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片葉綠素?zé)晒獬上駡D；右圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片LIBS元素對比圖譜
感染建蘭花葉病毒的煙草葉中葉綠素也明顯減少，出現(xiàn)黃化區(qū)域。葉綠素?zé)晒鈪?shù)在病毒感染后變化十分明顯，其中葉片感染區(qū)域和非感染區(qū)域葉綠素?zé)晒獠町愶@著。這映證了葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)在植物病毒感染評估方面的應(yīng)用前景。與對照相比，感染樣本中C元素的發(fā)射線強(qiáng)度增加，Mg元素的發(fā)射線強(qiáng)度降低。這種不同感染情境下，不同作物的元素含量變化差異可能與不同病原菌感染和植物本體的抗脅迫作用機(jī)理相關(guān)。
無人機(jī)高光譜進(jìn)行藍(lán)藻水華豐度及風(fēng)險評估
國內(nèi)研究學(xué)者基于高光譜成像技術(shù)開發(fā)了一個經(jīng)驗?zāi)Ｐ停梢怨浪闼{(lán)藻藻藍(lán)素（PC）和葉綠素a（Chl-a）的濃度比，進(jìn)而檢測藍(lán)藻在內(nèi)陸水域中的相對豐度。基于遙感反演的PC:Chl-a成果可以快速推進(jìn)內(nèi)陸水域中藍(lán)藻風(fēng)險的初步評估，極大地提高管理內(nèi)陸水域質(zhì)量的能力。
左圖：由多張高光譜圖像生成的蓋斯特水庫(A)和莫爾斯水庫(B)中藍(lán)藻相對豐度的空間分布；
右圖：基于決策樹分類模型評估蓋斯特水庫(A)和莫爾斯水庫(B)中藍(lán)藻對人類健康造成的風(fēng)險
中國水稻所PlantScreen高通量植物表型系統(tǒng)水稻測試實(shí)驗
葉綠素?zé)晒獬上衲K
干旱處理水稻幼苗葉綠素?zé)晒獬上瘛：第3天 Fv/Fm_Lss；B：第10天。Fv/Fm_Lss；C：第15天Fv/Fm_Lss；D：第3天 Fq；B：第10天Fq；C：第15天Fq；
RGB頂部成像和360度側(cè)面成像
干旱處理水稻幼苗形態(tài)學(xué)分析圖像。A：第3天株型緊湊度圖像；B：第10天株型緊湊度圖像；C：第15天株型緊湊度圖像；D：第3天側(cè)面積圖像；B：第10天側(cè)面積圖像；C：第15天側(cè)面積圖像；
干旱處理水稻幼苗色度變化分析。左圖：水稻幼苗干旱處理及復(fù)水過程中色度變化；右圖：水稻幼苗定時定量正常灌溉過程中色度變化。
近紅外及可見光（NIR）及短波紅外（SWIR）高光譜成像
干旱處理水稻幼苗形態(tài)學(xué)分析圖像。A：第2天NDVI圖像；B：第10天NDVI圖像；C：第14天NDVI圖像；D：第2天SWIR水分指數(shù)圖像；B：第10天SWIR水分指數(shù)圖像；C：第14天水分指數(shù)圖像；
大麥病蟲害研究
病原體會改變其主要宿主和病媒的表型，對疾病傳播和生態(tài)產(chǎn)生影響。如大麥黃矮病毒，增加了受感染的宿主植物的表面溫度（平均2°C），同時也大大提高了其蚜蟲載體（Rhopalosiphum padi）的熱耐受性（8°C）。
大麥黃矮病毒（BYDV）感染導(dǎo)致宿主小麥表面溫度（紅外熱成像）升高并增強(qiáng)蚜蟲的熱耐受性和生態(tài)位擴(kuò)張（引自Mitzy F. Porras etc. Enhanced heat tolerance of viral-infected aphids leads to niche expansion and reduced interspecific competition. Nature Communications, 2020）.
螨蟲寄生對果蠅呼吸代謝的影響
加拿大阿爾伯塔大學(xué)的研究人員利用MAVEn果蠅代謝監(jiān)測系統(tǒng)研究了螨蟲寄生對果蠅呼吸代謝的影響。實(shí)驗結(jié)果表明：M. subbadius螨蟲優(yōu)先感染標(biāo)準(zhǔn)代謝率較高的果蠅宿主，并且感染會導(dǎo)致宿主呼吸頻率增加，所以已經(jīng)攜帶螨蟲的蒼蠅在隨后的接觸中可能會吸引更多的螨蟲，形成了一種潛在的正反饋循環(huán)。不過這種增加并不是嚴(yán)格線性的，存在一個閾值（2只螨蟲），超過該閾值感染就會產(chǎn)生更實(shí)質(zhì)性的影響。且在感染強(qiáng)度實(shí)驗中，體重也與二氧化碳的產(chǎn)生呈正相關(guān)，這與之前的同類研究結(jié)論相符。
實(shí)驗使用的MAVEn果蠅代謝監(jiān)測系統(tǒng)——高通量高分辨率媒介生物呼吸表型監(jiān)測系統(tǒng)（左圖）；感染螨蟲后果蠅的呼吸代謝率與螨蟲數(shù)量（右上）/自身質(zhì)量（右下）的關(guān)系
