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高光譜成像與葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)在生菜和玉米無損檢測(cè)中的應(yīng)用——中國(guó)生物器材網(wǎng)

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-07-02  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):551
高光譜成像與葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)在生菜和玉米無損檢測(cè)中的應(yīng)用 點(diǎn)擊次數(shù):13 發(fā)布日期:2019-7-2 來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
    近年來,通過無損檢測(cè)方法高精度地提高研究植物功能和結(jié)構(gòu)的能力已成為植物育種和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要目標(biāo),植物表型的新興研究方法在揭示植物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)和抗各種脅迫的數(shù)量性狀方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。除了全自動(dòng)表型分析系統(tǒng)之外,其它一些成本可接受的高通量研究方案可以幫助研究人員更準(zhǔn)確把握各種植物性狀,例如高光譜成像與葉綠素?zé)晒獬上衤?lián)用技術(shù)(Pasquale Tripodi等,2018年)。
 
案例一利用高光譜成像與葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)檢測(cè)鮮切生菜的易腐程度
 
    美國(guó)農(nóng)業(yè)研究所和澳大利亞高分辨率植物表型中心聯(lián)合對(duì)市場(chǎng)上常見的氣調(diào)保鮮包裝(Modified atmosphere packaging,MAP)中的9種生菜易腐程度進(jìn)行了研究(論文發(fā)表于Postharvest Biology and Technology期刊,2015年)。因?yàn)樯藰O易腐爛,而在腐爛早期通過肉眼檢測(cè)又很難發(fā)現(xiàn),因此對(duì)于生菜加工產(chǎn)業(yè)和育種公司而言,一套可用于生菜新品種和育種品質(zhì)的早期腐爛檢測(cè)及其變化評(píng)估的系統(tǒng)就顯得尤為重要。
 
    為方便閱讀和理解,編者列出了9個(gè)品種生菜的名稱和實(shí)物照片,見下。       研究人員開發(fā)了兩種生菜衰變指數(shù)(lettuce decay indices,LEDI),分別為基于三個(gè)波段高光譜成像的指數(shù)LEDI4和基于葉綠素?zé)晒獬上竦闹笖?shù)LEDICF,除了檢測(cè)生菜腐爛外,該指數(shù)還可識(shí)別受低溫凍結(jié)破壞的組織,對(duì)于紅色、深綠色、綠色、淺綠色和黃色葉子而言,兩項(xiàng)指數(shù)在新鮮/腐爛的分級(jí)評(píng)定上可達(dá)將近97%的準(zhǔn)確度。        新鮮組織和腐爛組織在反射率上的差異圖示,基于100個(gè)新鮮和腐爛樣本的高光譜成像數(shù)據(jù)        上圖左為5組生菜樣本的新鮮/腐爛可視化分級(jí)和基于LEDI4指數(shù)的高光譜分級(jí),上圖右為2種生菜不同溫度處理后葉綠素?zé)晒獬上駡D及相應(yīng)LEDICF指數(shù)    葉綠素?zé)晒庵笖?shù)LEDICF和高光譜指數(shù)LEDI4相關(guān)關(guān)系圖   
案例二葉綠素?zé)晒夂透吖庾V成像無損檢測(cè)抗草甘膦型轉(zhuǎn)基因玉米莽草酸濃度
 
    浙江大學(xué)以及農(nóng)科院的研究人員利用可見光-近紅外高光譜成像和葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)對(duì)抗草甘膦型轉(zhuǎn)基因玉米進(jìn)行了研究(Frontiers in Plant Science,2018年),對(duì)wild-type和transgenic兩種3葉期玉米幼苗分別進(jìn)行水噴灑和草甘膦噴灑實(shí)驗(yàn),并對(duì)植物葉片內(nèi)的莽草酸濃度進(jìn)行化學(xué)方法測(cè)定,結(jié)果表明,建立在最優(yōu)波長(zhǎng)上的偏最小二乘回歸模型有效地預(yù)測(cè)了莽草酸濃度,校準(zhǔn)組和預(yù)測(cè)組的確定系數(shù)分別達(dá)到0.79和0.82,而且,通過可視化光譜圖像預(yù)測(cè)莽草酸濃度有助于開發(fā)簡(jiǎn)單的多光譜成像儀器用于無損表型檢測(cè),新型的數(shù)據(jù)方法結(jié)合葉綠素?zé)晒獬上褚蔡峁┝肆钊藵M意的莽草酸濃度擬合模型。    基于葉綠素?zé)晒獬上窈透吖庾V成像的玉米葉片莽草酸流程確定圖       上圖左為可見光下玉米葉片隨時(shí)間變化;上圖右為利用高光譜所做的可視化分級(jí),顏色條從藍(lán)到紅表示莽草酸濃度增加程度     注:WT代表wild-type,TG代表transgenic,control為水噴灑處理,treat為草甘膦噴灑處理       在草甘膦處理期間整個(gè)玉米冠層的PSII最大光量子產(chǎn)額(Fv/Fm)葉綠素?zé)晒獬上駡D,右側(cè)的顏色條表示數(shù)值范圍以及和彩圖的關(guān)系
 
易科泰為您提供以上無損檢測(cè)技術(shù)方案
 
Specim高光譜成像技術(shù)
 
    高光譜成像是一種新的作物檢測(cè)技術(shù),它結(jié)合了傳統(tǒng)的成像和光譜學(xué),以同時(shí)獲得樣品的空間和光譜信息。由于功能強(qiáng)大,它已廣泛應(yīng)用于作物養(yǎng)分檢測(cè),疾病診斷和生長(zhǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。Specim高光譜成像技術(shù)不僅可以檢測(cè)植物健康或者受到病害,還可以對(duì)植物病害的種類進(jìn)行鑒別、嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)、病害時(shí)期進(jìn)行判斷。     
FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)
 
    FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)是在FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)基礎(chǔ)上升級(jí)擴(kuò)展,既可用于葉綠素?zé)晒鈩?dòng)態(tài)成像分析,又可用于長(zhǎng)波段UV紫外光(320nm -400nm)對(duì)植物葉片激發(fā)產(chǎn)生的多光譜熒光成像測(cè)量分析。FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裨缫呀?jīng)成為檢測(cè)植物生物與非生物脅迫的重要儀器。FluorCam多光譜熒光成像可以檢測(cè)植物產(chǎn)生的初級(jí)及次生代謝物質(zhì),廣泛應(yīng)用于植物病害檢測(cè),尤其是植物早期病害檢測(cè)。     
Thermo-RGB紅外熱成像技術(shù)
 
    紅外熱成像技術(shù)具有高靈敏度、非接觸式、圖像精度高、測(cè)量范圍廣和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今無損檢測(cè)研究的熱點(diǎn)。Thermo-RGB紅外熱成像技術(shù)結(jié)合了紅外熱成像技術(shù)與RGB技術(shù),不僅可以對(duì)病害植物進(jìn)行RGB成像,還可以通過紅外熱成像檢測(cè)病害早期感染時(shí)植物表面溫度差異,揭示受到病害脅迫后氣孔異質(zhì)性開閉情況,反映作物感染病害后的早期特征。  
 
關(guān)鍵詞: 成像 光譜 葉綠素 熒光 莽草
 
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