FluorTron®多功能高光谱成像分析技术—解码生物荧光

生物荧光现象蕴含丰富的生命信息，如叶绿素荧光可以反映植物的光合作用生理状态、植物次级代谢产物荧光可以反映生物活性成分含量分布及其环境响应等等，但由于极其微弱，往往很难被发现和定性定量研究。易科泰生态技术公司长期致力于农业-生态-健康领域先进仪器技术引进推广、研发集成及应用创新服务，基于近二十年叶绿素荧光测量与成像技术、紫外光激发多光谱荧光成像技术服务与实验研究，及近几年来高光谱成像技术创新应用研究实验（SpectrAPP®项目），推出FluorTron®多功能高光谱成像分析系统，为生物样品实验室高光谱成像分析、荧光成像分析及光谱分析提供非接触、非损伤、高通量、数字化、可视化研究检测解决方案。

左图：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统；右图：番茄叶片叶绿素荧光成像

主要功能特点：

1) 多激发光叶绿素荧光高光谱成像分析，叶绿素荧光成像分析与荧光光谱分析，全面解析植物（包括藻类）光合生理生化信息

2) UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱成像分析，同步成像分析叶绿素荧光、蓝绿荧光空间异质性分布及生物荧光光谱特征。其中蓝绿荧光通常有蓝色和绿色两个峰值，由表皮、叶肉细胞壁和叶脉发出（指示次级代谢产物等）；叶绿素荧光有F690红色和F740远红两个显著的峰值，反映植物光合生理状态。UV-MCF可以用来灵敏、特异性地评估植物生理状态包括受胁迫状态如干旱、病虫害、环境污染、氮胁迫等

3)（反射光）高光谱成像分析

4)可选配GFP、荧光素酶等生物活体荧光成像，用于转基因标记等

5)可选配成像室温控系统及温控载物台

6) FluorVision专业荧光成像分析软件

应用领域：

✓ 植物表型成像分析，特别适合叶片、种苗、根系等表型成像分析

✓ 种质资源研究检测鉴定，包括种子活力、萌发检测、种子分捡模型构建、种质资源数字化等，可同时采集构建种子反射光光谱指纹和荧光光谱指纹

✓ 作物遗传育种，如作物胁迫检测与生理生态研究分析、抗性筛选、高光效优良品种筛选等

✓ 智慧农业、光生物学研究，采后生物学研究

✓ 食品、中药材品质检测鉴定，珍贵中药材光谱指纹（包括反射光光谱指纹和荧光光谱指纹），劣质或掺假检测等

✓ 环境科学研究，如污染生态学、环境毒理学研究检测分析等

产品特点：

a) 集多激发光叶绿素荧光成像、UV-MCF生物荧光成像技术，图谱合一解码生物荧光现象

b) 可同时进行（反射光）高光谱成像，在空间维度（形影图像）和光谱维度上对物体表面反射光信息和生物荧光信息成像，全面可视化分析其理化性质、生化组分、生理状态（如作物光合效率、病虫害胁迫、抗性等），变不可见为可见

c) 基于高光谱成像技术的紫外光激发生物荧光光谱成像分析，可同时获得蓝色、绿色、红色及远红波段的荧光成像，不仅可对生物荧光如次级代谢产物（如多酚、黄酮类、阿魏酸等）荧光和叶绿素荧光在二维尺度上进行成像分析，还可以获得荧光光谱特征（光谱指纹）并在高光谱维度上（多达几百个）进行荧光光谱分析

上图为银杏叶高光谱荧光成像

（自左至右依次为：彩色成像、绿色荧光F533成像、UV-MCF荧光光谱。易科泰光谱成像实验室提供）

d)可对绿色荧光蛋白（GFP）、红色荧光蛋白（RFP）、荧光素酶等进行成像检测（选配）

e)可进行多激发光（蓝色、绿色及红色激发光）植物荧光光谱成像分析，并进一步成像分析花青素指数、叶绿素指数、黄酮指数等及氮素指数，分析反映植物光合作用、生理生化状况及胁迫等现象

f)高光谱反射光谱成像分析，标配 400-1000nm，选配900-1700nm，可成像分析植物生理生化指标、光利用效率、健康指数、覆盖度、胁迫、水分等近百种参数

g)SpectrAPP高光谱成像分析软件及FluorVision高光谱荧光成像分析软件，可进行光谱融合、ROI选区分析、光谱分析、频率直方图、自动识别不同波段峰值并分析其比值等

h)物联网+5G通信技术，星型组网，具备强大的扩展功能，可实现远程控制

i)嵌入式操作系统，触摸屏+电脑端软件双重控制，无线操控，支持自定义程序，自动运行

j)基于机器视觉技术、深度学习算法及人工智能驯化模型，实现在线分析、实时输出结果

分析参数：

1)蓝绿荧光Fb（或F440）和Fg（或F520）等

2)叶绿素荧光Fr（或F690）和Ffr（或F740）等

3) 荧光比值，如Fb/Fg、Fb/Fr、Fb/Ffr、Fr/Ffr等，及F730-740/F680-690（反应叶绿素含量及植物长期胁迫等）、F735/F700（可精确反映叶绿素含量）

4) 通过PLSR等算法建立基于生物荧光光谱的检测模型，用于早期诊断植物生物胁迫（如病虫害）与非生物胁迫（如干旱胁迫等）、抗性筛选

5)花青素指数（log(Ffr_R/Ffr_G)）、黄酮指数（log(Ffr_R/Ffr_UV）及氮素平衡指数NBI

6)高光谱成像分析，可自动分析计算NDVI、NDVI705红边归一化植被指数（对衰老敏感）、VOG1红边指数（对叶绿素浓度、物候变化等敏感）、PRI光化学植被指数、PSRI 植被衰减指数（用于指示冠层胁迫、植物衰老、果实成熟等）、SIPI结构不敏感色素指数（反映冠层胁迫程度、生理胁迫检测等）、CRI1 类胡萝卜素反射指数、ARI1/ ARI2 花青素反射指数、CI 叶绿素指数（红边指数）、WBIR水波段指数（反映水分含量分布）、HI健康指数等植物色素指数和胁迫敏感指数、NPQI归一化脱镁指数（用于早期胁迫检测）、PSSRa（R800/R680）指数等

应用案例：

（1）植物对敌草隆的荧光响应

敌草隆处理乌蔹莓实验：左图左上角和右下角为实验组（叶柄浸药）、右上角和左下角为对照组，可以看出实验组的叶柄和叶脉最 大光量子产量QY_max明显降低（蓝色）；右图为其叶绿素荧光光谱，实验组叶绿素荧光明显高于对照组（易科泰SpectrAPP光谱成像实验室提供）

（2）中药材检测鉴定

不同品种及产地的西洋参、甘草、黄芪检测分析，两种西洋参表现出最 强的生物荧光，反映其所含的活性次级代谢产物成分含量最 高（易科泰SpectrAPP光谱成像实验室提供）

（3）人参热胁迫早期诊断

上左图：热敏感型和热抗性（热不敏感）人参品种RGB图；上右图不同处理人参品种荧光光谱。下图：荧光光谱分析结果，通过PLSR模型构建，可以明确区分热敏感型人参热胁迫前后的变化（a、b为热胁迫前，c、f为热胁迫处理后）；c、d和g、h分别为热抗性人参品种热胁迫处理前后（引自：M.A.Faqeerzada etc. Fluorescence hyperspectral imaging for early diagnosis of heat-stressed Ginseng Plant, Applied Sciences, 2023）