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    根腐病評估-RhizoTron?根系高光譜成像技術應用

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    概述
    實驗/設備條件
    樣品提取
    實驗/操作方法
    實驗結果/結論
    儀器/耗材清單

    根腐病又稱“植物癌癥”,該病發生范圍廣、極易傳染,是毀滅性極強的土傳病害之一。該病具有極強的隱蔽性,當地上部表現出明顯癥狀時,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鍵策略之一,而早期檢測及客觀評估疾病嚴重性是抗病品種培育中的一項重要步驟。

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    根系研究的關鍵在于對植物“隱藏的一半”進行可視化和量化,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域具有廣泛的應用和出色的表現,北京易科泰生態技術公司推出了RhizoTron?植物根系高光譜成像系統,為根腐病評估提供非接觸、非損傷、數字化、可視化解決方案。

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    上圖從左至右依次為:RhizoTron?系統、根系高光譜合成圖(650、550、450nm)、PRI指數及根系形態參數(EcoTech?實驗室提供)

    小麥根腐病識別

    Gernot et.al基于根箱培養技術對小麥進行培養,并對植株進行扦插處理,基于根系高光譜成像技術,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行高光譜成像(900-1700nm)?;谝浑A導數差分光譜(1649-1447nm)構建根系腐爛時間指數模型,使用修剪后28天和101天的光譜數據作為驗證集,其R2=0.96。

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    光譜反射率(一階導數差譜1649~1447nm)與衰減時間(拍攝后天數)的關系

    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驗對象,設置對照組和實驗組,培養14日后實驗組接種黃芽孢桿菌,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行評分,作為地面參考數據[11]。采用高光譜成像技術對植株地上和地下部分進行成像分析,通過研究高通量表型技術評估霉菌根腐病的嚴重程度,以快速鑒別耐藥基因型。

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    霉菌根腐病嚴重程度量圖

    通過提取感興趣區的光譜,發現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(NDSI)對根系疾病程度進行預測,其R2達到0.54,使用地上部光譜特征進行預測,其R2僅為0.27。結果表明,相比較于地上部,根系高光譜成像技術能夠更好的評估根腐病。

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    扁豆的平均反射光譜(GH_LSP和GH_RIL數據)。(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

    [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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