如何实现植物的药用成分快速无损分析？——以易科泰多功能高光谱成像技术检测黄酮醇和多酚为例

反射光谱包含样品的光谱信息与空间图像信息，穿透传统可见光局限，精准反映植物内部生理生化、成分含量、结构差异等深层特征。生物荧光特别是植物荧光（植物自发光）则可以进一步高灵敏度反应植物生理状态与生理生化状态，如红色和远红波段的叶绿素荧光可以反应植物光合生理，蓝绿荧光可以反应胁迫诱导次级代谢产物状态、植物胁迫状态，同时可以进一步活体检测叶绿素、花青素、黄酮醇及氮素状态。

Fluortron多功能高光谱成像系统，便是一款兼具反射光高光谱成像和植物自发光高光谱成像分析的多功能态系统，可同时采集反射光光谱指纹和自发光（生物荧光）光谱指纹。该系统适合应用于作物表型组学研究检测、种质资源检测、抗性筛选、光合表型、病虫害早期检测，及中药材溯源与品质检测等众多领域。

一、生物荧光高光谱——分析银杏叶中的黄酮醇含量

黄酮醇是银杏叶的主要活性成分，具有抗氧化、清除自由基等作用。利用FluorTron多功能高光谱成像的黄酮醇测量程序，获得阳光照射条件好的银杏叶（光照组）和常年处于阴影状态下的银杏叶（遮荫组）的生物荧光高光谱信息，并计算FLAV=log（FRF_R/FRF_UV），该指数可以反映叶片表皮黄酮醇含量。实验结果表明，光照条件下银杏叶Flav平均值为1.397，显著大于遮荫条件下的平均值0.861。同时，利用该系统实现活体银杏叶黄酮含量分布的可视化。

光照条件好的银杏叶与长期阴影条件（遮荫）下银杏叶黄酮含量活体成像及叶绿素荧光光谱曲线

二、反射高光谱——集合机器学习技术，鉴定罗勒中的总酚含量

此前一篇发表于PLOS ONE的研究，以PlantScreen系统的高光谱成像功能为核心，结合机器学习技术，成功实现了药用植物圣罗勒（Ocimum tenuiflorum L.）总酚含量的多生育期快速无损判别，为功能成分表型分析提供了可直接复用的权威范式。

PlantScreen植物表型成像系统（传送带式PlantScreen、PlantScreen XYZ等）将高光谱技术与自动化表型平台深度融合的一体化科研解决方案——系统集成高光谱、RGB 3D、叶绿素荧光、激光扫描等多模态成像模块，搭配自动化传送 、标准环境控制、原生算法分析等

得益于系统自动化、高通量的优势，对26个圣罗勒品种，分3个生育期（cut1、2、3）在可见近红外（VNIR ：355–900 nm）和短波红外（SWIR：900–1700 nm）光谱范围内获取罗勒的高光谱图像数据。使用PlantScreen™数据分析软件对这些高光谱图像进行处理，包括图像转换处理、提取光谱信息、图像分割、光谱统计、2nm间隔降维等，输出单株平均光谱。之后经过提取特征参数、剔除异常数据、测量总酚含量、建模等步骤，开发并评估用于表征酚类物质含量水平的机器学习模型

左图为实验测量和分析流程；右图：A首次测量光谱反射率模式与较老样本存在显著差异，这凸显了不同生长阶段间光谱响应特征的差异性；表格展示了4种模型的准确率

结果表明，光谱与生育期强相关幼龄植株（第 1 茬）光谱反射率显著更高；成熟植株（第 2、3 茬）总酚含量更高，光谱更稳定，更适合用以预测，预测置信度更高。神经网络模型是最优的方法（AUC=0.8113，准确率 = 0.7345）；XGBoost 准确率次之，但效率更高（速度为神经网络3倍）。

易科泰提供全面的光谱表型成像技术方案：

● FluorTron多功能高光谱成像技术

● PhenoTron-HSI植物高光谱表型成像技术

● PhenoPlot近地遥感成像技术

● PlantScreen植物表型成像技术

● 叶绿素荧光/多光谱荧光成像技术