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  中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室近期在《New Plant Protection》，發(fā)表了題為 《Hyperspectral signatures reveal hidden stress in soybean caused by residual nicosulfuron》的研究，利用 FluorTron^®多功能高光譜成像技術(shù)，實現(xiàn)了對大豆在不同濃度煙嘧磺隆脅迫下的早期高靈敏度檢測。北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司為本研究提供多模態(tài)表型分析技術(shù)方案（FluorTron^®多功能高光譜成像系統(tǒng)+葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)）并在 EcoTech^®實驗室完成實驗檢測分析。

一、研究背景

  煙嘧磺?。∟icosulfuron）是一種通過抑制乙酰乳酸合成酶而廣泛使用的除草劑，但其在土壤中殘留時間較長，會對后茬大豆產(chǎn)生持續(xù)性植物毒性，那么如何檢測作物的早期生理損傷并了解這些毒性的生理機(jī)制？如何篩選抗性與敏感植株？

論文采用非損傷成像技術(shù)捕捉植物實時生理變化，進(jìn)一步研究多模態(tài)表型分析技術(shù)檢測和表征殘留煙嘧磺隆暴露下大豆的早期、隱性脅迫響應(yīng)。

二、研究方法與核心設(shè)備

研究團(tuán)隊進(jìn)行盆栽實驗評估煙嘧磺隆對大豆幼苗的植物毒性，在土壤中滴入不同濃度的煙嘧磺隆溶液（0、50、100、500 μg/kg），共計4個處理，每個處理3個重復(fù)，進(jìn)行播種培養(yǎng)14天后，手動計算形態(tài)特征并采集多模態(tài)表型分析數(shù)據(jù)。將反射光高光譜成像、UV-MCF生物熒光高光譜成像以及葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像三者融合，構(gòu)建了一套全方位、多角度的非損傷、高靈敏、早期檢測體系。

多模態(tài)表型分析技術(shù)方案：

• FluorTron^® 多功能高光譜成像系統(tǒng) —— 同時獲取反射光高光譜 + UV-MCF生物熒光高光譜，在空間維度和光譜維度上對植物反射光信息和生物熒光信息（包括次級代謝產(chǎn)物熒光和葉綠素?zé)晒猓┏上瘢婵梢暬治銎淅砘再|(zhì)、生化組分（如葉綠素含量、胡蘿卜素含量、葉綠素與胡蘿卜素比值指數(shù)等信息）、生理狀態(tài)（如作物光合效率、病蟲害脅迫、抗性等）。
• 葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像系統(tǒng) —— 通過葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)成像，高靈敏度捕獲葉綠素?zé)晒庑盘?，量化PSII光化學(xué)效率與熱耗散，并能生成光響應(yīng)曲線及多維度參數(shù)圖像，直觀揭示光合電子傳遞鏈功能、脅迫損傷位點及恢復(fù)動態(tài)，可靈敏檢測植物早期脅迫響應(yīng)（干旱、高溫、病害、重金屬等）。

三、研究結(jié)果

  反射光高光譜分析表明，低濃度煙嘧磺隆即可引起大豆葉片葉綠素相關(guān)指數(shù)及紅邊參數(shù)的明顯改變，而常規(guī)生長指標(biāo)尚未出現(xiàn)異常；UV-MCF生物熒光成像捕捉到藍(lán)綠熒光增強(qiáng)、葉綠素相關(guān)熒光占比下降，反映次級代謝激活與光系統(tǒng)能量分配失調(diào)；葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像則進(jìn)一步證實，高濃度脅迫下光系統(tǒng)II的光化學(xué)效率顯著降低、能量耗散調(diào)節(jié)能力先升后失。三種光學(xué)成像技術(shù)相互印證，共同揭示了殘留煙嘧磺隆從“色素失衡—次級代謝激活—光合崩潰”的漸進(jìn)式損傷路徑，且各階段變化均早于可見生長抑制，為除草劑殘留的早期無損檢測和抗性篩選提供了多維度診斷依據(jù)。

反射光高光譜參數(shù)圖。A)RGB圖；B)綜合響應(yīng)指數(shù)（IBRv2）；C) 色素、冠層結(jié)構(gòu)相關(guān)指數(shù)雷達(dá)分布；D)葉綠素指數(shù)；E)光化學(xué)指數(shù)。基于上圖可發(fā)現(xiàn)IBRv2的早期增加，色素指數(shù)降低，這表明在明顯的生長抑制發(fā)生之前，與色素相關(guān)的光學(xué)特性和冠層結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到影響

UV-MCF生物熒光成像及葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像分析。A)-C)為UV-MCF參數(shù)圖：A）藍(lán)色熒光成像圖；B)葉綠素?zé)晒獬上駡D；C）F682/F737柱狀圖；藍(lán)色熒光F450相比較于對照組均上升，揭示了大豆本身的對抗機(jī)制。F682/F737比率顯著下降，表明PSII和PSI相關(guān)熒光發(fā)射之間存在早期不平衡。D)-F)為葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)參數(shù)圖：D) 綜合響應(yīng)指數(shù)（IBRv2）; E)熒光衰減速率；F) NPQ熱耗散參數(shù)。

四、公司介紹

  北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司深耕“生態(tài) - 農(nóng)業(yè) - 健康”領(lǐng)域，聚焦前沿科技研發(fā)，為國內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)提供高端研究檢測設(shè)備與技術(shù)服務(wù)。公司推出的FluorTron^®多功能高光譜成像技術(shù)、新一代農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)——FluorTron葉綠素?zé)晒獬上衽c多光譜熒光成像、植物葉綠素?zé)晒庋矙z機(jī)器人等，先后獲得國家發(fā)改委宏觀經(jīng)濟(jì)雜志社“千城百企”新質(zhì)生產(chǎn)力優(yōu)秀案例、中國楊凌農(nóng)業(yè)高新科技成果博覽會“重大農(nóng)業(yè)成果新技術(shù)”與“后稷獎”、中國農(nóng)學(xué)會“中國農(nóng)業(yè)重大科技新成果——新技術(shù)”、種植業(yè)科技創(chuàng)新獎等殊榮，廣泛應(yīng)用于作物高通量表型分析、植物脅迫檢測與抗性篩選、作物農(nóng)藥生理響應(yīng)評估等領(lǐng)域。公司致力于為科研與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高靈敏度、高通量、非損傷多模態(tài)成像解決方案，助力智慧農(nóng)業(yè)與綠色植保發(fā)展。EcoTech^®實驗室配置有 FluorTron^®多功能高光譜成像系統(tǒng)、植物光合表型與葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)、PhenoTron^®高通量表型成像分析系統(tǒng)等先進(jìn)儀器設(shè)備，可提供植物表型分析、植物抗性與敏感性篩選、植物對農(nóng)藥響應(yīng)檢測等實驗合作與技術(shù)服務(wù)。