易科泰预祝中国植物保护学会2024年学术年会成功召开植保领域案例集锦

       值此中国植物保护学会2024年学术年会召开之际，易科泰推出植保领域案例集锦，涵盖高光谱成像、叶绿素荧光成像、红外热成像、激光诱导击穿光谱、动物能量代谢等国际先进技术，适应于病害、虫害、鼠害、杂草、化学防 治等多个研究领域。

蚜虫靶向农药检测筛选

       EcoTech®生态实验室以植物培养平台培养的感染蚜虫的“黄玫瑰”白菜为对象，选取其中的一片叶子正面喷洒1500倍液吡虫啉溶液（RGB中画红圈），其余部分不做处理（对照），使用FluorTron®系统分别采集两次UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱数据，喷药前进行第 一次数据采集，喷药72h后进行第二次数据采集。

左：RGB图（红圈部位为施药叶片，其余为对照）；右：施药组施药前后荧光高光谱曲线图

F450/F740荧光图（左：施药前  右：施药三天后）

       结果显示，施药后叶绿素荧光强度提高，比值指数降低，叶片上的红色斑点显著减少（斑点为蚜虫危害造成），说明施药后叶片上的蚜虫死亡，证明该系统可通过快速、无损、简便且高效的方式，为靶向农药筛选提供有效的技术支持。

番茄苗DCMU实验

       EcoTech®实验室技术人员以PhenoTron®复式智能LED光源培养平台上培养的两株生长周期一致的番茄苗为实验对象，对其中一株（施药组）土壤中滴入3ml浓度为0.02g/ml的DCMU（可阻断植物光合电子传递链，抑 制植物光合作用），另一株（对照组）滴入等量水，3小时后使用FluorTron®多功能高光谱成像分析系统和FluorCam多光谱荧光成像系统，采集紫外光激发的番茄苗荧光数据，结果如下：

左图：样品RGB图（左边为对照组，右边为施药组）；右图：FluorTron®系统采集的番茄苗UV-MCF叶绿素荧光红色峰值F685与远红峰值F740的比值，可以看出施药植株沿叶脉比值增大

左图：FluorCam系统采集的F520/F740；右图：FluorTron®系统采集的Fg/F740。

可以看出施药植株沿叶脉比值降低

       实验结果表明：施加DCMU三小时后，沿叶脉方向蓝绿荧光与叶绿素荧光比值降低，而表征叶绿素的F685/F740则比值增加，与预期结果吻合。FluorTron®多功能高光谱成像系统的紫外光激发生物荧光（UV-MCF）高光谱成像功能与FluorCam多光谱荧光成像系统都可以早期灵敏检测植物光合生理状态和胁迫。

植物对敌草隆的荧光响应

上图叶片自上到下分别为冬青叶、新萌发冬青叶、锦带花叶，其中左边冬青叶为整片叶片施加敌草隆10分钟后，右边为在局部点滴施加敌草隆（上面叶片一个点滴，下面叶片2个点滴）10分钟后的成像分析，下面锦带花点滴（6个小区）施加敌草隆10分钟后的成像分析。自左到右依次为：RGB成像、叶片叶绿素荧光成像、Fb/Fr成像分析、紫外光激发荧光光谱曲线，可以看出，施加敌草隆叶绿素荧光显著提高、Fb/Fr则显著降低。

小球藻光谱成像

       Fluortron多功能高光谱成像系统整合国际先进技术资源，以其高光谱分辨率和图像处理能力，在微藻的生理状态、生物量、种类识别等方面展现出强大的应用潜力。通过捕捉微藻在不同光谱波段的反射或荧光特性，可以实现对微藻生长状态的高精度监测和快速分析。相较于传统方法，Fluortron多功能高光谱成像技术具有多功能、非接触、无损伤、实时性强、信息量丰富等显著优势，为微藻培养与监测提供了一种全新的解决方案

施加不同浓度草甘膦的小球藻液RGB图片（左），静置16h后不同处理藻液在蓝光激发下的光谱曲线（右）

施加胁迫静置16h后不同处理藻液在紫光激发下的光谱曲线（左）、蓝光激发的荧光指数F685及F685/F740。通过蓝色/紫色激光激发后的小球藻光谱曲线可以看出，不同浓度草甘膦胁迫下的藻液曲线有明显差异；根据荧光指数参数也可以看出0.5%GLY处理的F685与F685/F740最 低，说明该组的光合作用效率最 低，小球藻抑制效果最 好。

叶绿素荧光成像技术与LIBS元素分析技术用于植物病虫害早期检测

       植物与病原体的相互作用会影响植物的生产力和其对生物及非生物胁迫的耐受性，现代农业需要快速、可重复的方法来尽早检测病原体攻击，以防止生产损失。部分研究利用叶绿素荧光成像（CFI）和激光诱导击穿光谱（LIBS）技术构建高精度的植物病原体早期检测模型。LIBS是一种检测原子跃迁的技术，从而提供有关植物元素组成的数据，而CFI则侧面提供有关叶绿素含量的相关信息，这与植物的光合性能密切相关，两种技术的结合使用基于它们所提供信息的互补性。因此，LIBS和CFI产生互补信息，即LIBS可以告知植物病毒引起的植物元素组成的变化，而CFI揭示植物病毒如何影响植物的生理状态，特别是感染时其光合能力的变化。

上图：感染根结线虫的番茄叶片叶绿素荧光成像对比图；左下图：感染根结线虫的番茄叶片叶绿素a和叶绿素b提取含量对比；右下图：感染根结线虫的番茄叶片的LIBS元素分析对比光谱

       科研人员首先利用传统化学提取的方法确认了根结线虫感染对番茄叶绿素含量的影响，其中感染根结线虫的番茄叶片中叶绿素a和b含量显著减少。然后用叶绿素荧光成像技术对番茄叶片进行分析，能够明显看到叶绿素荧光参数（Fm）的变化，这表明叶绿素荧光参数对根结线虫的胁迫响应灵敏度很高。LIBS光谱数据显示感染根结线虫的番茄叶片中Mg信号强度显著高于对照，线虫胁迫中Mg元素含量上升，对其进一步分析有助于了解番茄应对线虫胁迫的响应机制。

左图：感染根结线虫的番茄茎叶绿素荧光成像对比图；右图：感染根结线虫的番茄茎和根的LIBS元素对比光谱

       对线虫感染的番茄根茎的CFI+LIBS分析结果基本与番茄叶片的实验数据一致。其中感染后的番茄茎叶绿素荧光强度显著降低，茎中Mg元素信号强度显著上升。

左图：感染建兰花叶病毒的烟草叶片叶绿素荧光成像图；右图：感染建兰花叶病毒的烟草叶片LIBS元素对比图谱

       感染建兰花叶病毒的烟草叶中叶绿素也明显减少，出现黄化区域。叶绿素荧光参数在病毒感染后变化十分明显，其中叶片感染区域和非感染区域叶绿素荧光差异显著。这映证了叶绿素荧光成像技术在植物病毒感染评估方面的应用前景。与对照相比，感染样本中C元素的发射线强度增加，Mg元素的发射线强度降低。这种不同感染情境下，不同作物的元素含量变化差异可能与不同病原菌感染和植物本体的抗胁迫作用机理相关。

无人机高光谱进行蓝藻水华丰度及风险评估

       国内研究学者基于高光谱成像技术开发了一个经验模型，可以估算蓝藻藻蓝素（PC）和叶绿素a（Chl-a）的浓度比，进而检测蓝藻在内陆水域中的相对丰度。基于遥感反演的PC:Chl-a成果可以快速推进内陆水域中蓝藻风险的初步评估，极大地提高管理内陆水域质量的能力。

左图：由多张高光谱图像生成的盖斯特水库(A)和莫尔斯水库(B)中蓝藻相对丰度的空间分布；

右图：基于决策树分类模型评估盖斯特水库(A)和莫尔斯水库(B)中蓝藻对人类健康造成的风险

中国水稻所PlantScreen高通量植物表型系统水稻测试实验

叶绿素荧光成像模块

 干旱处理水稻幼苗叶绿素荧光成像。A：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顶部成像和360度侧面成像

  干旱处理水稻幼苗形态学分析图像。A：第3天株型紧凑度图像；B：第10天株型紧凑度图像；C：第15天株型紧凑度图像；D：第3天侧面积图像；B：第10天侧面积图像；C：第15天侧面积图像；

干旱处理水稻幼苗色度变化分析。左图：水稻幼苗干旱处理及复水过程中色度变化；右图：水稻幼苗定时定量正常灌溉过程中色度变化。

近红外及可见光（NIR）及短波红外（SWIR）高光谱成像

  干旱处理水稻幼苗形态学分析图像。A：第2天NDVI图像；B：第10天NDVI图像；C：第14天NDVI图像；D：第2天SWIR水分指数图像；B：第10天SWIR水分指数图像；C：第14天水分指数图像；

大麦病虫害研究

病原体会改变其主要宿主和病媒的表型，对疾病传播和生态产生影响。如大麦黄矮病毒，增加了受感染的宿主植物的表面温度（平均2°C），同时也大大提高了其蚜虫载体（Rhopalosiphum padi）的热耐受性（8°C）。

大麦黄矮病毒（BYDV）感染导致宿主小麦表面温度（红外热成像）升高并增强蚜虫的热耐受性和生态位扩张（引自Mitzy F. Porras etc. Enhanced heat tolerance of viral-infected aphids leads to niche expansion and reduced interspecific competition. Nature Communications, 2020）.

螨虫寄生对果蝇呼吸代谢的影响

加拿大阿尔伯塔大学的研究人员利用MAVEn果蝇代谢监测系统研究了螨虫寄生对果蝇呼吸代谢的影响。实验结果表明：M. subbadius螨虫优先感染标准代谢率较高的果蝇宿主，并且感染会导致宿主呼吸频率增加，所以已经携带螨虫的苍蝇在随后的接触中可能会吸引更多的螨虫，形成了一种潜在的正反馈循环。不过这种增加并不是严格线性的，存在一个阈值（2只螨虫），超过该阈值感染就会产生更实质性的影响。且在感染强度实验中，体重也与二氧化碳的产生呈正相关，这与之前的同类研究结论相符。

实验使用的MAVEn果蝇代谢监测系统——高通量高分辨率媒介生物呼吸表型监测系统（左图）；感染螨虫后果蝇的呼吸代谢率与螨虫数量（右上）/自身质量（右下）的关系