植物與病原體的相互作用會影響植物的生產力和其對生物及非生物脅迫的耐受性，病蟲害的檢測與防治只植物保護領域的重點工作。無損、早期、多視角的檢測技術，越來越多的應用于這一領域，本文將分享一種葉綠素熒光成像與LIBS元素分析相結合的全新植保技術方案。
葉綠素熒光成像技術（CFI）側面提供有關葉綠體運行機理的相關信息，這與植物的光合性能密切相關，常用于植物表型研究，其對脅迫反應尤為靈敏。而激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術可以快速獲取植物的元素組成數據，為植物病蟲害的發生機理提供元素構成和分布層面的信息。因此，LIBS和CFI產生互補信息，即LIBS可以告知植物病毒引起的植物元素組成的變化，而CFI揭示植物病毒如何影響植物的生理狀態，特別是感染時其光合能力的變化。
圖1. 上圖：感染根結線蟲的番茄葉片葉綠素熒光成像對比圖；左下圖：感染根結線蟲的番茄葉片葉綠素a和葉綠素b提取含量對比；右下圖：感染根結線蟲的番茄葉片的LIBS元素分析對比光譜
科研人員首先利用傳統化學提取的方法確認了根結線蟲感染對番茄葉綠素含量的影響，其中感染根結線蟲的番茄葉片中葉綠素a和b含量顯著減少。然后用葉綠素熒光成像技術對番茄葉片進行分析，能夠明顯看到葉綠素熒光參數的變化，這表明葉綠素熒光參數（Fm）對根結線蟲的脅迫響應靈敏度很高。LIBS光譜數據顯示感染根結線蟲的番茄葉片中Mg信號強度顯著高于對照，線蟲脅迫中Mg元素含量上升，對其進一步分析有助于了解番茄應對線蟲脅迫的響應機制。
圖2. 左圖：感染根結線蟲的番茄莖葉綠素熒光成像對比圖；右圖：感染根結線蟲的番茄莖和根的LIBS元素對比光譜
對線蟲感染的番茄根莖的CFI+LIBS分析結果基本與番茄葉片的實驗數據一致。其中感染后的番茄莖葉綠素熒光強度顯著降低，莖中Mg元素信號強度顯著上升。
圖3. 左圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片葉綠素熒光成像圖；右圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片LIBS元素對比圖譜
感染建蘭花葉病毒的煙草葉中葉綠素明顯減少，出現黃化區域。葉綠素熒光參數在病毒感染后變化十分明顯，其中葉片感染區域和非感染區域葉綠素熒光差異顯著。這映證了葉綠素熒光成像技術在植物病毒感染評估方面的應用前景。與對照相比，感染樣本中C元素的發射線強度增加，Mg元素的發射線強度降低。這種不同感染情境下，不同作物的元素含量變化差異可能與不同病原菌感染和植物本體的抗脅迫作用機理相關。
以上案例用數據證明了葉綠素熒光成像與LIBS元素分析技術在病蟲害領域的應用潛力，可以作為一種多維視角的技術方案應用于植保領域的各個方面。
易科泰植物葉綠素熒光成像技術產品
應用：
遺傳育種、作物表型分析、作物生理生態、光合作用與光合表型、作物生物與非生物脅迫響應、植物保護、農藥效果評估等研究領域。
易科泰LIBS快速元素分析與成像技術產品
應用：
土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評估土壤肥力和污染情況；
地質勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質勘探和礦物成分研究；
金屬材料檢測：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學和質量控制；
環境監測：監測環境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評估環境污染；
生物材料分析：測定生物樣本（如毛發、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫學研究；
植物分析：用于植物組織中元素含量的測定，幫助研究植物營養狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫下的反應和耐受性。
參考文獻：
1. Senesi G S, De Pascale O, Marangoni B S, et al. Chlorophyll fluorescence imaging (CFI) and laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) applied to investigate tomato plants infected by the root knot nematode (RKN) Meloidogyne incognita and tobacco plants infected by Cymbidium ringspot virus[C]//Photonics. MDPI, 2022, 9(9): 627.
