赋能药用植物研究 易科泰表型设备落地吉林农大

       近日，北京易科泰生态技术有限公司成功完成吉林农业大学多套植物表型分析设备的安装调试，助力该校实现可见光-近红外高光谱成像、叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像及植物荧光蛋白活体成像等核心技术的全面升级与深度应用。

       此次交付的表型系列设备，专为药用植物研发设计，可对幼苗及冠层开展非接触、无损伤检测。设备能精准实现药用植物生长发育状况、生理生态特征及光化学利用效率的定量与定性分析，同时高效识别病虫害等生物胁迫及干旱、盐碱等非生物胁迫，精准检测植株水分、色素含量，为抗性种质筛选提供关键数据支撑。

       该套设备兼具温室实验的稳定性与野外作业的机动性，可大幅提升研究效率，广泛服务于药用植物优良种质性状快速筛选、遗传育种、表型组学研究、生理生态分析、种质资源性状检测、高效种苗繁育及表型大数据监测等多个研究场景，为吉林农大药用植物研究注入全新技术动力。

图1 高光谱反射成像用于无损评估高丽参根腐病：从上到下为对照组与根腐病感染组的根发育对比图；两组在可见-近红外和短波红外的平均光谱图；两组的彩色图像和多光谱图像（Vis/NIR和SWIR区域中主要波段的差异）

       来自韩国的科研人员利用400–1800 nm 高光谱反射成像技术为高丽参根腐病早期无损诊断、病情预警及生理机制解析提供了有效技术路径（Eunsoo Park, etc. 2023）。研究通过 VIP–SPA 算法，筛选出可见-近红外区 29 个、短波红外区 19 个关键波段，这些波段分别对应叶绿素、类胡萝卜素、淀粉、酚类化合物等生理成分的特征波长；基于此构建的 PLS-DA 模型，可见-近红外区平均鉴别准确率达 84%，短波红外区达 95%，且短波红外区模型在胁迫后 7–10 周始终保持 90% 以上准确率，能精准捕捉病害引发的养分吸收下降、光合活性降低等早期生理变化。该技术无需损伤植株，可通过地上部叶片光谱反演地下根部病害情况，解决传统检测耗时、难以及早发现的问题，为高丽参根腐病田间监测与绿色防控提供关键支撑。

图2 褪黑素对冷冻胁迫后人参叶表型和光合特性的影响（Deyue Su, etc. 2024）：不同处理下人参幼苗生长情况；人参叶片的Fv/Fm荧光成像变化；人参叶片荧光参数非光化学淬灭（qP）和光化学淬灭（NPQ）随时间的变化

       叶绿素荧光成像技术为冷冻胁迫下人参损伤评估、褪黑素缓解效果验证及抗逆机制研究提供了直观数据依据。借助叶绿素荧光成像系统监测发现，Fv/Fm 比值（反映 PSⅡ 光化学效率）在 - 2.5℃冷冻胁迫后显著降至 0.78 以下，而喷施 100 nmol・L⁻¹ 褪黑素 1 周后，该比值可恢复至 0.8 以上；NPQ（非光化学淬灭，反映光保护能力）在胁迫后未施药组较对照组升高 11.44%，施药组则显著降低，证明褪黑素可减轻光抑制损伤。说明叶绿素荧光成像技术能无损、可视化呈现冷冻胁迫对人参光合系统的影响及缓解效果，动态追踪叶片光合功能恢复过程，为人参抗寒栽培与逆境损伤修复提供精准的表型观测手段。

参考文献：

Park E, Kim Y S, Faqeerzada M A, et al. Hyperspectral reflectance imaging for nondestructive evaluation of root rot in Korean ginseng (Panax ginseng Meyer)[J]. Frontiers in Plant Science, 2023, 14: 1109060.
Su D, Du L, Wang J, et al. Effects of melatonin on ginseng leaf phenotypic and photosynthetic properties following chilling and freezing stress[J]. Plant Stress, 2024, 14: 100599.

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