植物中病害检测方案(植物荧光成像)

易 科泰委生态：技术有限公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 植物病害检测评估技术方 植物病害是指植物在生物或非生物因子的影响下，发生一系列形态、生理和生化上的病理变化，阻碍了正常生长发育的进程。植物在病原物的侵害影响下生理机能失调、组织结构 受到破坏。植物病害是寄主植物和病原物的拮抗性共生，其发生和流行是寄主植物和病原物相互作用的结果。植物病害多发生在植物的叶片，从而影响植物叶片的光合作用。北京易科泰生态技术有限公司为广大植物保护、植物病害生理生态的研究工作者提供了有关植物病害研究检测与评估的全面技术方案。 本技术方案主要包括RGB成像分析、 红外热成像分析、FluorCam 多光谱荧光成像分析技术。RGB 成像分析主要在400-700nm可见光波段对植物叶片或发育过程中的果实进行形态测量和颜色分级分析；红外热成像则通过对植物温度动态分布成像分析以揭示植物病害过程及对气孔导度动态的影响等； FluorCam叶绿素荧光成像是植物胁迫的灵敏探针，可以全面反映植物病害侵染过程、胁迫生理及抗性等。 rGB成分析： RGB成像分析技术是基于可见光植物反射光谱成像对植物形态、颜色数据分析，可得到植物叶片及病斑的面积、长度、宽度、颜色分级、绿度指数等，可根据不同颜色进行区域划分，并计算各区域面积及比值等，广泛应用于植物病理学研究。 红外热成分析： 红外热成像分析可以在线测量每一个像素点的温度并进行各种点、线、面测量显示，广泛应用于植物科学(如植物气孔导度分析研究、植物胁迫等)、动物科学(如动物能量代谢分析研究、动物体表热分布测量等)、农林科学、生态学、工业质量控制及无人机遥感等。 FluorCom多光谱荧光成停分析： FluorCam 多光谱荧光成像系统是 FluorCam 叶绿素荧光成像系统的扩展版，既可用于叶绿素荧光动态成像分析，还可用于长波段 UV 紫外光(320-400nm)对植物叶片激发多光谱荧光(UV-MCF)进行成像分析。 ( 北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B Tel.：+86 10 82611269/1572 ) 易 科：泰生态：技术有限公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 左用桌例： 西班牙植物生物细胞学与生物化学和分子生物学研究中心2018年2月发表在《Frontiers in Plant Science》的文章，利用 RGB 成像、红外热成像及 FluorCam 多光谱荧光成像对感染 Dickeya dadantii 病菌的甜瓜叶片进行观察、检测和分析。 在世界范围内，对农作物产量造成重大经济损失的罪魁祸首是致病菌 D. dadantii。在甜瓜叶中，D. dadantii 产生多处坏死斑点，整个感染区域坏死和周围组织的萎黄病。这些症状的程度，从病症出现的那天开始，是逐渐增加的。几种成像技术(叶绿素荧光、多光谱荧光和热成像)提供了受感染叶片的气孔活动以及初级和次级代谢的空间和时间变化信息。利用这些成像技术提供的数据图像，对病叶进行检测。通过对叶片感染区域建立的模型来检测整个叶片的疾病是一种可靠的方法，该方法尤其适用于植物表型或精细农业的应用。 将 Dickeya dadantii 病菌在三周大植物的第二叶上接种，用1ml注射器将低剂量(LD)或高剂量(HD)细菌悬浮液注入叶子的背面，将4个或6个区域感染，每个感染区域都为1cm²，感染面积占总叶面积的5%。为了进行图像分析，每个叶片都定义了三个感兴趣的区域：感染区域(Ⅰ)，邻近区域(N)，以及距离Ⅰ区较远的区域(D)。接种后3天、7天(dpi)进行成像测量。 如图1所示，对甜瓜叶进行接种后，在LD 或 HD 中引起的症状的变化。对照和病菌感染区域显示在RGB 和叶片温度图像上，以及 Fv/Fm 和F440/F520比率计算的图像。从图中可以看到两种感染随着天数增加程度愈严重；相同天数， HD 比 LD感染程度严重。 图1感染 D. dadantii 后叶片的病症变化 叶片温度在不同程度上受 D. dadantii 的影响。根据细菌剂量不同，在3dpi 的 LD 感染叶片中，只有Ⅰ区显示的温度高于相应的对照；然而，在7dpi时，整个叶片温度均高于对照组。在 HD 感染的情况下，受感染的叶片的平均温度比对照叶片的平均温度要高。这种效果在7 dpi时更为严重。 ( 北京市海淀区高里掌路3号号6号楼1单元101B Tel.：+86 10 82611269/1572 ) ( Http：//www.eco-tech.com.cn E mail： s a les@eco-t ech .co m .cn info@eco- t ech.com.cn ) 易 科：泰生态技术有限公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 图2各叶片的I、N、D区域的叶绿素荧光参数 光合作用受 D. dadantii 感染的影响，由叶绿素荧光动力学参数所示(图2)， Fv/Fm 和NPQ的值相对于对照叶片的相应区域显著降低。这一效应在每一个 dpi 分析的三个区域都有发现，并且在 HD感染的时候更加严重。 ( 北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B Tel.： +86 1082611269/1572 ) 易 科：泰生态：技术有限公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 图3各叶片的I、N、D区域的多光谱荧光参数 MCF 分析了次生代谢的活性(图3)，在HD 接种的情况下，整个叶片在 3、7 dpi 上均有显著变化。相比之下， F440显示，相对于对照，3dpi的Ⅰ区域和 7dpi叶片的其余区域都有适度增加。在感染 LD 的情况下， F440 (7dpi) 和F520 (3和7dpi)显示有少量但有统计学意义的增加，但仅限于Ⅰ区域。此外， F440/F520 只在感染时显著减少。 ( 北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B Tel.：+86 1082611269/1572 ) info@eco-tech.com.cn Http：//www.eco-tech.com.cn Email： sales@eco-tech.com.cninfo@eco-tech.com.cn 植物病害是指植物在生物或非生物因子的影响下，发生一系列形态、生理和生化上的病理变化，阻碍了正常生长发育的进程。植物在病原物的侵害影响下生理机能失调、组织结构受到破坏。植物病害是寄主植物和病原物的拮抗性共生，其发生和流行是寄主植物和病原物相互作用的结果。植物病害多发生在植物的叶片，从而影响植物叶片的光合作用。北京易科泰生态技术有限公司为广大植物保护、植物病害生理生态的研究工作者提供了有关植物病害研究检测与评估的全面技术方案。本技术方案主要包括RGB成像分析、红外热成像分析、FluorCam多光谱荧光成像分析技术。RGB成像分析主要在400-700nm可见光波段对植物叶片或发育过程中的果实进行形态测量和颜色分级分析；红外热成像则通过对植物温度动态分布成像分析以揭示植物病害过程及对气孔导度动态的影响等；FluorCam叶绿素荧光成像是植物胁迫的灵敏探针，可以全面反映植物病害侵染过程、胁迫生理及抗性等。RGB成像分析：     RGB成像分析技术是基于可见光植物反射光谱成像对植物形态、颜色数据分析，可得到植物叶片及病斑的面积、长度、宽度、颜色分级、绿度指数等，可根据不同颜色进行区域划分，并计算各区域面积及比值等，广泛应用于植物病理学研究。红外热成像分析：红外热成像分析可以在线测量每一个像素点的温度并进行各种点、线、面测量显示，广泛应用于植物科学（如植物气孔导度分析研究、植物胁迫等）、动物科学（如动物能量代谢分析研究、动物体表热分布测量等）、农林科学、生态学、工业质量控制及无人机遥感等。FluorCam多光谱荧光成像分析：FluorCam多光谱荧光成像系统是FluorCam叶绿素荧光成像系统的扩展版，既可用于叶绿素荧光动态成像分析，还可用于长波段UV紫外光（320-400nm）对植物叶片激发多光谱荧光（UV-MCF）进行成像分析。应用案例：     西班牙植物生物细胞学与生物化学和分子生物学研究中心2018年2月发表在《Frontiers in Plant Science》的文章，利用RGB成像、红外热成像及FluorCam多光谱荧光成像对感染Dickeya dadantii病菌的甜瓜叶片进行观察、检测和分析。在世界范围内，对农作物产量造成重大经济损失的罪魁祸首是致病菌D. dadantii。在甜瓜叶中，D. dadantii产生多处坏死斑点，整个感染区域坏死和周围组织的萎黄病。这些症状的程度，从病症出现的那天开始，是逐渐增加的。几种成像技术（叶绿素荧光、多光谱荧光和热成像）提供了受感染叶片的气孔活动以及初级和次级代谢的空间和时间变化信息。利用这些成像技术提供的数据图像，对病叶进行检测。通过对叶片感染区域建立的模型来检测整个叶片的疾病是一种可靠的方法，该方法尤其适用于植物表型或精细农业的应用。将Dickeya dadantii病菌在三周大植物的第二叶上接种，用1ml注射器将低剂量（LD）或高剂量（HD）细菌悬浮液注入叶子的背面，将4个或6个区域感染，每个感染区域都为1 cm2，感染面积占总叶面积的5%。为了进行图像分析，每个叶片都定义了三个感兴趣的区域：感染区域（I），邻近区域（N），以及距离I区较远的区域（D）。接种后3天、7天 （dpi）进行成像测量。如图1所示，对甜瓜叶进行接种后，在LD或HD中引起的症状的变化。对照和病菌感染区域显示在RGB和叶片温度图像上，以及Fv/Fm和F440/F520比率计算的图像。从图中可以看到两种感染随着天数增加程度愈严重；相同天数，HD比LD感染程度严重。 图1 感染D. dadantii后叶片的病症变化叶片温度在不同程度上受D. dadantii的影响。根据细菌剂量不同，在3dpi的LD感染叶片中，只有I区显示的温度高于相应的对照；然而，在7 dpi时，整个叶片温度均高于对照组。在HD感染的情况下，受感染的叶片的平均温度比对照叶片的平均温度要高。这种效果在7 dpi时更为严重。 图2 各叶片的I、N、D区域的叶绿素荧光参数光合作用受D. dadantii感染的影响，由叶绿素荧光动力学参数所示（图2），Fv/Fm和NPQ的值相对于对照叶片的相应区域显著降低。这一效应在每一个dpi分析的三个区域都有发现，并且在HD感染的时候更加严重。  图3 各叶片的I、N、D区域的多光谱荧光参数MCF分析了次生代谢的活性（图3），在HD接种的情况下，整个叶片在3、7 dpi上均有显著变化。相比之下，F440显示，相对于对照，3dpi的I区域和7dpi叶片的其余区域都有适度增加。在感染LD的情况下，F440（7 dpi）和F520（3和7 dpi）显示有少量但有统计学意义的增加，但仅限于I区域。此外，F440/F520只在感染时显著减少。