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生物熒光現(xiàn)象蘊(yùn)含豐富的生命信息,，如葉綠素?zé)晒饪梢苑从持参锏墓夂献饔蒙頎顟B(tài),、植物次級(jí)代謝產(chǎn)物熒光可以反映生物活性成分含量分布及其環(huán)境響應(yīng)等等,，但由于極其微弱,，往往很難被發(fā)現(xiàn)和定性定量研究,。易科泰生態(tài)技術(shù)公司長(zhǎng)期致力于農(nóng)業(yè)-生態(tài)-健康領(lǐng)域先進(jìn)儀器技術(shù)引進(jìn)推廣,、研發(fā)集成及應(yīng)用創(chuàng)新服務(wù),，基于近二十年葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量與成像技術(shù),、紫外光激發(fā)多光譜熒光成像技術(shù)服務(wù)與實(shí)驗(yàn)研究,，及近幾年來(lái)高光譜成像技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)（SpectrAPP?項(xiàng)目），推出FluorTron?多功能高光譜成像分析系統(tǒng),，為生物樣品實(shí)驗(yàn)室高光譜成像分析,、熒光成像分析及光譜分析提供非接觸、非損傷,、高通量,、數(shù)字化,、可視化研究檢測(cè)解決方案。

 

左圖：FluorTron?多功能高光譜成像分析系統(tǒng),；右圖：番茄葉片葉綠素?zé)晒?/span>成像

 

主要功能特點(diǎn)

1) 多激發(fā)光葉綠素?zé)晒飧吖庾V成像分析,，葉綠素?zé)晒獬上穹治雠c熒光光譜分析，全面解析植物（包括藻類(lèi)）光合生理生化信息

2) UV-MCF紫外光激發(fā)生物熒光高光譜成像分析,，同步成像分析葉綠素?zé)晒?、藍(lán)綠熒光空間異質(zhì)性分布及生物熒光光譜特征。其中藍(lán)綠熒光通常有藍(lán)色和綠色兩個(gè)峰值,，由表皮,、葉肉細(xì)胞壁和葉脈發(fā)出（指示次級(jí)代謝產(chǎn)物等）；葉綠素?zé)晒庥蠪690紅色和F740遠(yuǎn)紅兩個(gè)顯著的峰值,，反映植物光合生理狀態(tài),。UV-MCF可以用來(lái)靈敏、特異性地評(píng)估植物生理狀態(tài)包括受脅迫狀態(tài)如干旱,、病蟲(chóng)害,、環(huán)境污染、氮脅迫等

3) （反射光）高光譜成像分析

4) 可選配GFP,、熒光素酶等生物活體熒光成像,，用于轉(zhuǎn)基因標(biāo)記等

5) 可選配成像室溫控系統(tǒng)及溫控載物臺(tái)

6) FluorVision專(zhuān)業(yè)熒光成像分析軟件

 

應(yīng)用領(lǐng)域

? 植物表型成像分析，特別適合葉片,、種苗,、根系等表型成像分析

? 種質(zhì)資源研究檢測(cè)鑒定，包括種子活力,、萌發(fā)檢測(cè),、種子分撿模型構(gòu)建、種質(zhì)資源數(shù)字化等,，可同時(shí)采集構(gòu)建種子反射光光譜指紋和熒光光譜指紋

? 作物遺傳育種,，如作物脅迫檢測(cè)與生理生態(tài)研究分析、抗性篩選,、高光效優(yōu)良品種篩選等

? 智慧農(nóng)業(yè),、光生物學(xué)研究，采后生物學(xué)研究

? 食品,、中藥材品質(zhì)檢測(cè)鑒定,，珍貴中藥材光譜指紋（包括反射光光譜指紋和熒光光譜指紋），劣質(zhì)或摻假檢測(cè)等

? 環(huán)境科學(xué)研究,，如污染生態(tài)學(xué),、環(huán)境毒理學(xué)研究檢測(cè)分析等

 

產(chǎn)品特點(diǎn)

a) 集多激發(fā)光葉綠素?zé)晒獬上?、UV-MCF生物熒光成像技術(shù),，圖譜合一解碼生物熒光現(xiàn)象

b) 可同時(shí)進(jìn)行（反射光）高光譜成像,，在空間維度（形影圖像）和光譜維度上對(duì)物體表面反射光信息和生物熒光信息成像，全面可視化分析其理化性質(zhì),、生化組分,、生理狀態(tài)（如作物光合效率、病蟲(chóng)害脅迫,、抗性等）,，變不可見(jiàn)為可見(jiàn)

c) 基于高光譜成像技術(shù)的紫外光激發(fā)生物熒光光譜成像分析，可同時(shí)獲得藍(lán)色,、綠色,、紅色及遠(yuǎn)紅波段的熒光成像，不僅可對(duì)生物熒光如次級(jí)代謝產(chǎn)物（如多酚,、黃酮類(lèi),、阿魏酸等）熒光和葉綠素?zé)晒庠诙S尺度上進(jìn)行成像分析，還可以獲得熒光光譜特征（光譜指紋）并在高光譜維度上（多達(dá)幾百個(gè)）進(jìn)行熒光光譜分析

 

上圖為銀杏葉高光譜熒光成像（自左至右依次為：彩色成像,、綠色熒光F533成像,、UV-MCF熒光光譜。易科泰光譜成像實(shí)驗(yàn)室提供）

 

d) 可對(duì)綠色熒光蛋白（GFP）,、紅色熒光蛋白（RFP）,、熒光素酶等進(jìn)行成像檢測(cè)（選配）

e) 可進(jìn)行多激發(fā)光（藍(lán)色、綠色及紅色激發(fā)光）植物熒光光譜成像分析,，并進(jìn)一步成像分析花青素指數(shù),、葉綠素指數(shù)、黃酮指數(shù)等及氮素指數(shù),，分析反映植物光合作用,、生理生化狀況及脅迫等現(xiàn)象

f) 高光譜反射光譜成像分析，標(biāo)配 400-1000nm,，選配900-1700nm,，可成像分析植物生理生化指標(biāo)、光利用效率,、健康指數(shù),、覆蓋度、脅迫,、水分等近百種參數(shù)

g) SpectrAPP高光譜成像分析軟件及FluorVision高光譜熒光成像分析軟件,，可進(jìn)行光譜融合、ROI選區(qū)分析,、光譜分析,、頻率直方圖、自動(dòng)識(shí)別不同波段峰值并分析其比值等

 

 

h) 物聯(lián)網(wǎng)+5G通信技術(shù)，星型組網(wǎng),，具備強(qiáng)大的擴(kuò)展功能,，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

i) 嵌入式操作系統(tǒng)，觸摸屏+電腦端軟件雙重控制,，無(wú)線操控,，支持自定義程序，自動(dòng)運(yùn)行

j) 基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù),、深度學(xué)習(xí)算法及人工智能馴化模型,，實(shí)現(xiàn)在線分析、實(shí)時(shí)輸出結(jié)果

 

 

分析參數(shù)

1) 藍(lán)綠熒光Fb（或F440）和Fg（或F520）等

2) 葉綠素?zé)晒釬r（或F690）和Ffr（或F740）等

3) 熒光比值,，如Fb/Fg,、Fb/Fr、Fb/Ffr,、Fr/Ffr等,，及F_730-740/F_680-690（反應(yīng)葉綠素含量及植物長(zhǎng)期脅迫等）、F₇₃₅/F₇₀₀（可精確反映葉綠素含量）

4) 通過(guò)PLSR等算法建立基于生物熒光光譜的檢測(cè)模型,，用于早期診斷植物生物脅迫（如病蟲(chóng)害）與非生物脅迫（如干旱脅迫等）,、抗性篩選

5) 花青素指數(shù)（log(Ffr_R/Ffr_G)）、黃酮指數(shù)（log(Ffr_R/Ffr_UV）及氮素平衡指數(shù)NBI

6) 高光譜成像分析,，可自動(dòng)分析計(jì)算NDVI,、NDVI705紅邊歸一化植被指數(shù)（對(duì)衰老敏感）、VOG1紅邊指數(shù)（對(duì)葉綠素濃度,、物候變化等敏感）,、PRI光化學(xué)植被指數(shù)、PSRI 植被衰減指數(shù)（用于指示冠層脅迫,、植物衰老,、果實(shí)成熟等）、SIPI結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)（反映冠層脅迫程度,、生理脅迫檢測(cè)等）,、CRI1 類(lèi)胡蘿卜素反射指數(shù)、ARI1/ ARI2 花青素反射指數(shù),、CI 葉綠素指數(shù)（紅邊指數(shù)）,、WBIR水波段指數(shù)（反映水分含量分布）、HI健康指數(shù)等植物色素指數(shù)和脅迫敏感指數(shù),、NPQI歸一化脫鎂指數(shù)（用于早期脅迫檢測(cè)）,、PSSRa（R800/R680）指數(shù)等

 

應(yīng)用案例

（1）植物對(duì)敵草隆的熒光響應(yīng)

 

敵草隆處理烏蘞莓實(shí)驗(yàn)：左圖左上角和右下角為實(shí)驗(yàn)組（葉柄浸藥）、右上角和左下角為對(duì)照組,，可以看出實(shí)驗(yàn)組的葉柄和葉脈最大光量子產(chǎn)量QY_max明顯降低（藍(lán)色）,；右圖為其葉綠素?zé)晒夤庾V,，實(shí)驗(yàn)組葉綠素?zé)晒饷黠@高于對(duì)照組（易科泰SpectrAPP光譜成像實(shí)驗(yàn)室提供）

 

（2）中藥材檢測(cè)鑒定

不同品種及產(chǎn)地的西洋參、甘草,、黃芪檢測(cè)分析,，兩種西洋參表現(xiàn)出最強(qiáng)的生物熒光，反映其所含的活性次級(jí)代謝產(chǎn)物成分含量最高

（易科泰SpectrAPP光譜成像實(shí)驗(yàn)室提供）

 

（3）人參熱脅迫早期診斷

 

 

上左圖：熱敏感型和熱抗性（熱不敏感）人參品種RGB圖,；上右圖不同處理人參品種熒光光譜。下圖：熒光光譜分析結(jié)果,，通過(guò)PLSR模型構(gòu)建,，可以明確區(qū)分熱敏感型人參熱脅迫前后的變化（a、b為熱脅迫前,，c,、f為熱脅迫處理后）；c,、d和g,、h分別為熱抗性人參品種熱脅迫處理前后

（引自：M.A.Faqeerzada etc. Fluorescence hyperspectral imaging for early diagnosis of heat-stressed Ginseng Plant, Applied Sciences, 2023）