光谱成像在高通量植物重金属胁迫表型分析中的应用

Plant Phenomics | 湖州师范学院综述可见光/近红外光谱和高光谱成像在高通量植物重金属胁迫表型分析中的应用

由于工业发展和人类活动，重金属污染已成为空气、水和土壤中的主要污染物之一。研究表明，重金属污染会造成植物外部形态和内部结构发生变化。此外，重金属还会通过食物链积累，威胁人类健康。传统的重金属检测方法费工、费时、费力，且成本高昂。而快速、准确、无损地检测植物重金属胁迫，有助于实现对植物生长状态的精准管理，加速抗重金属植物品种的选育。
 

2023年11月，Plant Phenomics 在线发表了湖州师范学院、南京林业大学和石河子大学等单位合作完成的题为Application of Visible/Near-Infrared Spectroscopy and Hyperspectral Imaging with Machine Learning for High-Throughput Plant Heavy Metal Stress Phenotyping: A Review 的综述论文。
 

本文综述了可见光/近红外（V/NIR）光谱和高光谱成像（HSI）在植物重金属胁迫表型分析中的应用，并介绍了光谱学与机器学习方法相结合的植物重金属胁迫高通量表型分析方法，包括非胁迫和胁迫的鉴定、胁迫类型的鉴定、胁迫度的鉴定和重金属含量的估算。此外，本文还综述了不同植物重金属胁迫表型方法鉴定的植被指数、全范围光谱和特征波段，并讨论了V/NIR光谱和HSI在植物重金属胁迫表型分析中的优势、局限性、挑战和前景。
 

图1 植物重金属胁迫表现分析

图2 （A） V/NIR光谱和（B） HSI系统的实验装置示意图
 

图3 基于HSI检测植物重金属胁迫的步骤

总之，V/NIR光谱和HSI技术在植物重金属胁迫表型分析中具有广泛的应用场景。未来，可以结合多种传感技术和建模方法，提高检测模型的稳定性和适用性，进一步促进技术与实际应用的融合，实现植物重金属胁迫的早期检测和准确诊断，为保障人类健康和生态环境安全做出贡献。

论文链接：

https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0124‍

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《植物表型组学》（Plant Phenomics）是由南京农业大学和美国科学促进会（AAAS）合作创办的英文学术期刊，于2019年1月正式上线发行。采用开放获取形式，刊载植物表型组学交叉学科热点领域具有突破性科研进展的原创性研究论文、综述、数据集和观点。具体范围涵盖高通量表型分析的最新技术，基于图像分析和机器学习的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育种和农业实践中的表型组学新应用，与植物表型相结合的分子生物学、植物生理学、统计学、作物模型和其他组学研究，表型组学相关的植物生物学等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等数据库收录。科睿唯安JCR2021影响因子为6.5，位于农艺学、植物科学、遥感一区。中科院农艺学、植物科学一区，遥感二区，生物大类一区（TOP期刊）。2020年入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。

说明：本文由《植物表型组学》编辑部负责组稿。

中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。

撰稿：张帆航（南京农业大学）

编辑：许怡瑶（南京农业大学）

审核：孔敏、王平