賦能藥用植物研究-易科泰表型設(shè)備落地吉林農(nóng)大

近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司成功完成吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)多套植物表型分析設(shè)備的安裝調(diào)試，助力該校實(shí)現(xiàn)可見光-近紅外高光譜成像、葉綠素?zé)晒獬上瘛⒍喙庾V熒光成像及植物熒光蛋白活體成像等核心技術(shù)的全面升級與深度應(yīng)用。

此次交付的表型系列設(shè)備，專為藥用植物研發(fā)設(shè)計，可對幼苗及冠層開展非接觸、無損傷檢測。設(shè)備能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)藥用植物生長發(fā)育狀況、生理生態(tài)特征及光化學(xué)利用效率的定量與定性分析，同時高效識別病蟲害等生物脅迫及干旱、鹽堿等非生物脅迫，精準(zhǔn)檢測植株水分、色素含量，為抗性種質(zhì)篩選提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

該套設(shè)備兼具溫室實(shí)驗的穩(wěn)定性與野外作業(yè)的機(jī)動性，可大幅提升研究效率，廣泛服務(wù)于藥用植物優(yōu)良種質(zhì)性狀快速篩選、遺傳育種、表型組學(xué)研究、生理生態(tài)分析、種質(zhì)資源性狀檢測、高效種苗繁育及表型大數(shù)據(jù)監(jiān)測等多個研究場景，為吉林農(nóng)大藥用植物研究注入全新技術(shù)動力。

圖1 高光譜反射成像用于無損評估高麗參根腐病：從上到下為對照組與根腐病感染組的根發(fā)育對比圖；兩組在可見-近紅外和短波紅外的平均光譜圖；兩組的彩色圖像和多光譜圖像（Vis/NIR和SWIR區(qū)域中主要波段的差異）

來自韓國的科研人員利用400–1800 nm 高光譜反射成像技術(shù)為高麗參根腐病早期無損診斷、病情預(yù)警及生理機(jī)制解析提供了有效技術(shù)路徑（Eunsoo Park, etc. 2023）。研究通過 VIP–SPA 算法，篩選出可見-近紅外區(qū) 29 個、短波紅外區(qū) 19 個關(guān)鍵波段，這些波段分別對應(yīng)葉綠素、類胡蘿卜素、淀粉、酚類化合物等生理成分的特征波長；基于此構(gòu)建的 PLS-DA 模型，可見-近紅外區(qū)平均鑒別準(zhǔn)確率達(dá) 84%，短波紅外區(qū)達(dá) 95%，且短波紅外區(qū)模型在脅迫后 7–10 周始終保持 90% 以上準(zhǔn)確率，能精準(zhǔn)捕捉病害引發(fā)的養(yǎng)分吸收下降、光合活性降低等早期生理變化。該技術(shù)無需損傷植株，可通過地上部葉片光譜反演地下根部病害情況，解決傳統(tǒng)檢測耗時、難以及早發(fā)現(xiàn)的問題，為高麗參根腐病田間監(jiān)測與綠色防控提供關(guān)鍵支撐。

圖2 褪黑素對冷凍脅迫后人參葉表型和光合特性的影響（Deyue Su, etc. 2024）：不同處理下人參幼苗生長情況；人參葉片的F_v/F_m熒光成像變化；人參葉片熒光參數(shù)非光化學(xué)淬滅（qP）和光化學(xué)淬滅（NPQ）隨時間的變化

葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)為冷凍脅迫下人參損傷評估、褪黑素緩解效果驗證及抗逆機(jī)制研究提供了直觀數(shù)據(jù)依據(jù)。借助葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，Fv/Fm 比值（反映 PSⅡ 光化學(xué)效率）在 - 2.5℃冷凍脅迫后顯著降至 0.78 以下，而噴施 100 nmol?L?1 褪黑素 1 周后，該比值可恢復(fù)至 0.8 以上；NPQ（非光化學(xué)淬滅，反映光保護(hù)能力）在脅迫后未施藥組較對照組升高 11.44%，施藥組則顯著降低，證明褪黑素可減輕光抑制損傷。說明葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)能無損、可視化呈現(xiàn)冷凍脅迫對人參光合系統(tǒng)的影響及緩解效果，動態(tài)追蹤葉片光合功能恢復(fù)過程，為人參抗寒栽培與逆境損傷修復(fù)提供精準(zhǔn)的表型觀測手段。

參考文獻(xiàn)：
Park E, Kim Y S, Faqeerzada M A, et al. Hyperspectral reflectance imaging for nondestructive evaluation of root rot in Korean ginseng (Panax ginseng Meyer)[J]. Frontiers in Plant Science, 2023, 14: 1109060.
Su D, Du L, Wang J, et al. Effects of melatonin on ginseng leaf phenotypic and photosynthetic properties following chilling and freezing stress[J]. Plant Stress, 2024, 14: 100599.

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