根腐病評估-RhizoTron®根系高光譜成像技術(shù)應(yīng)用

2024年01月11日 10:14北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司點(diǎn)擊量：347

根腐病又稱“植物癌癥”，該病發(fā)生范圍廣、極易傳染，是毀滅性很強(qiáng)的土傳病害之一。該病具有很強(qiáng)的隱蔽性，當(dāng)?shù)厣喜勘憩F(xiàn)出明顯癥狀時，地下根系早已死亡過半。因此，培育抗病品種是防治該病的關(guān)鍵策略之一，而早期檢測及客觀評估疾病嚴(yán)重性是抗病品種培育中的一項(xiàng)重要步驟。

根系研究的關(guān)鍵在于對植物“隱藏的一半”進(jìn)行可視化和量化，基于高光譜成像的根箱栽培法在抗性篩選及遺傳育種等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和出色的表現(xiàn)，北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司推出了RhizoTron^®植物根系高光譜成像系統(tǒng)，為根腐病評估提供非接觸、非損傷、數(shù)字化、可視化解決方案。

上圖從左至右依次為：RhizoTron^®系統(tǒng)、根系高光譜合成圖（650、550、450nm）、PRI指數(shù)及根系形態(tài)參數(shù)（EcoTech^®實(shí)驗(yàn)室提供）

小麥根腐病識別

Gernot et.al基于根箱培養(yǎng)技術(shù)對小麥進(jìn)行培養(yǎng)，并對植株進(jìn)行扦插處理，基于根系高光譜成像技術(shù)，在扦插后第14、28、47、94、101和201天分別對根箱的上三分之一進(jìn)行高光譜成像（900-1700nm）?；谝浑A導(dǎo)數(shù)差分光譜（1649-1447nm）構(gòu)建根系腐爛時間指數(shù)模型，使用修剪后28天和101天的光譜數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證集，其R²=0.96。

光譜反射率(一階導(dǎo)數(shù)差譜1649~1447nm)與衰減時間(拍攝后天數(shù))的關(guān)系

不同基因型扁豆的霉菌根腐病評估

Afef et.al以不同基因型扁豆為實(shí)驗(yàn)對象，設(shè)置對照組和實(shí)驗(yàn)組，培養(yǎng)14日后實(shí)驗(yàn)組接種黃芽孢桿菌，對照組施以清水。接種14日后使用0-5疾病評分量表對根系進(jìn)行評分，作為地面參考數(shù)據(jù)^[11]。采用高光譜成像技術(shù)對植株地上和地下部分進(jìn)行成像分析，通過研究高通量表型技術(shù)評估霉菌根腐病的嚴(yán)重程度，以快速鑒別耐藥基因型。

霉菌根腐病嚴(yán)重程度量圖

通過提取感興趣區(qū)的光譜，發(fā)現(xiàn)從地上樣品的高光譜反射曲線來看，健康和感染的樣品光譜反射曲線相差較小，而根系的光譜曲線差異較顯著。使用歸一化差異光譜指數(shù)（NDSI）對根系疾病程度進(jìn)行預(yù)測，其R²達(dá)到0.54，使用地上部光譜特征進(jìn)行預(yù)測，其R²僅為0.27。結(jié)果表明，相比較于地上部，根系高光譜成像技術(shù)能夠更好的評估根腐病。

扁豆的平均反射光譜(GH_LSP和GH_RIL數(shù)據(jù))。(A)GH_LSP基因型扁豆新梢的平均光譜曲線。(B)GH_RIL基因型扁豆新梢的平均光譜曲線。(C)GH_LSP基因型扁豆根系的平均光譜曲線。(D)GH_RIL基因型扁豆根系的平均光譜曲線。

參考文獻(xiàn)

[1] Gernot B , Mouhannad A , Alireza N , et al. RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setupand Imaging Protocols. [J]. Journal of visualized experiments : JoVE, 2017, (126).

[2] Advanced Imaging for Quantitative Evaluation of Aphanomyces Root Rot Resistance in Lentil[J]. Frontiers in Plant Science,2019,10.

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