根腐病评估-RhizoTron®根系高光谱成像技术应用

根腐病又称“植物癌症”，该病发生范围广、极易传染，是毁灭性极强的土传病害之一。该病具有极强的隐蔽性，当地上部表现出明显症状时，地下根系早已死亡过半。因此，培育抗病品种是防治该病的关键策略之一，而早期检测及客观评估疾病严重性是抗病品种培育中的一项重要步骤。

根系研究的关键在于对植物“隐藏的一半”进行可视化和量化，基于高光谱成像的根箱栽培法在抗性筛选及遗传育种等领域具有广泛的应用和出色的表现，北京易科泰生态技术公司推出了RhizoTron®植物根系高光谱成像系统，为根腐病评估提供非接触、非损伤、数字化、可视化解决方案。

上图从左至右依次为：RhizoTron®系统、根系高光谱合成图（650、550、450nm）、PRI指数及根系形态参数（EcoTech®实验室提供）

小麦根腐病识别

Gernot et.al基于根箱培养技术对小麦进行培养，并对植株进行扦插处理，基于根系高光谱成像技术，在扦插后第14、28、47、94、101和201天分别对根箱的上三分之一进行高光谱成像（900-1700nm）。基于一阶导数差分光谱（1649-1447nm）构建根系腐烂时间指数模型，使用修剪后28天和101天的光谱数据作为验证集，其R2=0.96。

光谱反射率(一阶导数差谱1649~1447nm)与衰减时间(拍摄后天数)的关系

不同基因型扁豆的霉菌根腐病评估

Afef et.al以不同基因型扁豆为实验对象，设置对照组和实验组，培养14日后实验组接种黄芽孢杆菌，对照组施以清水。接种14日后使用0-5疾病评分量表对根系进行评分，作为地面参考数据[11]。采用高光谱成像技术对植株地上和地下部分进行成像分析，通过研究高通量表型技术评估霉菌根腐病的严重程度，以快速鉴别耐药基因型。

霉菌根腐病严重程度量图

通过提取感兴趣区的光谱，发现从地上样品的高光谱反射曲线来看，健康和感染的样品光谱反射曲线相差较小，而根系的光谱曲线差异较显著。使用归一化差异光谱指数（NDSI）对根系疾病程度进行预测，其R2达到0.54，使用地上部光谱特征进行预测，其R2仅为0.27。结果表明，相比较于地上部，根系高光谱成像技术能够更好的评估根腐病。

扁豆的平均反射光谱(GH_LSP和GH_RIL数据)。(A)GH_LSP基因型扁豆新梢的平均光谱曲线。(B)GH_RIL基因型扁豆新梢的平均光谱曲线。(C)GH_LSP基因型扁豆根系的平均光谱曲线。(D)GH_RIL基因型扁豆根系的平均光谱曲线。

参考文献

[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.