Fotric红外热像仪应用于烟草植物病害研究

背景概述

中国的烟草产地分布十分广泛，烟草产量丰富，在国际烟草市场上也占有十分重要的地位，超过三分之一的烟草产品的原产地都是中国。烟草的生长会受到多种因素的影响，自然条件的变化会导致烟草生长发育迟缓，甚至死亡。在我国，烟草生长地域广泛，受我国气候类型和地理条件的影响，大部分地区的烟草培育基地都存在缺水、虫害等问题。长期的病害会导致烟草减产，同时质量也会受到影响。

植物对病害胁迫的响应机理一直是植物生理生态学研究的热点。小麦、玉米和水稻等粮食作物的响应机理已有较深入研究, 而烟草作为我国最重要的经济作物, 但涉及烟草于干旱、病害等生理应答机制研究还相对较少。

当前方案及弊端

目前，判断烟草以及植物是否干旱、受病害胁迫主要是通过人工感官判定和理化检测，但是人工感官判定易受一些主客观因素的影响，而理化检测花费时间周期长，步骤繁冗，会造成植物体破损。

代替方案及优势

红外热成像技术对温度具有高敏感性，能非接触在线检测物体表面温度，并生成一个更加直观的热量分布图（如图一所示），能够大幅度提高检测效率，同时还避免对植物体造成破坏。在电气、航空和医学等领域已有比较成熟的研究成果并已经被实际运用。随着热成像技术的进一步发展，其应用领域也在不断拓宽，红外热成像技术在烟草等植物干旱、病害检测中的应用就是一个新的方向，也将逐渐成为一个新的研究热点。

图一、烟草叶片红外热图

红外热成像于植物病害检测原理机制

当植物遭受病害时，膜结构遭到破坏，植物代谢紊乱，水分调节失调，使得气孔发生异质性开闭。植物通过蒸腾而散失的水分中90%以上是通过气孔散失的，气孔异质性开闭会直接引起气孔导度和蒸腾强度等生理指标的改变，使得叶片表面热量损失的程度大小改变，继而造成叶表温度异常变化，而叶温变化常被用来监测诊断植株的受胁迫情况。病情和病害种类不同，蒸腾强度会增强或降低，继而病害部位温度与健康部位相比会下降或上升。

红外热成像在植物病害检测中的应用

1.红外热成像用于非侵染性病害检测

非侵染性病害及干旱、重金属等。气孔变化对植物水分亏缺相当敏感，气孔导度值是一个很好的反映植物水分状况的参数，当植物遭受干旱胁迫时，气孔关闭，蒸腾作用下降，叶温升高（如图二所示），利用红外热成像技术可以获取植物冠层温度，从而间接反映植物水分胁迫。对于植物的耐旱培育研究有着重大帮助。更重要的是，可以实时监测植物的水分状况，从而开展适时适量的灌溉预报，可以避免叶片萎蔫而引起的作物产量下降，对于实现经济作物生产可持续、稳产、高产具有一定的实际意义。

图二、烟草干旱状态叶片红外热图

2.红外热成像用非侵染性病害检测

侵染性病害及真菌病毒和病原微生物等。这类病害对植物的侵染是一个主动的过程，它们可以通过本身所分泌的酶、毒素等来达到侵染的目的，也可以通过直接进入植物体内并大量繁殖而对植物造成伤害。此类病害具有传染性，一旦一株或小块区域植株遇害，如不采取措施，就会大面积传播。

在病原物侵染植物后，寄主植物光合作用速率降低，呼吸速率显著增加，体内水分状况以及植物激素水平发生明显变化；然后，植物叶片表现黄化、坏死、腐烂、萎蔫、畸形等可见症状（如图三所示）。在日常管理中，一般可根据植株表现出的可见症状进行防治，但此时病害往往已经相当严重。若利用热成像技术，对于植物的抗虫害研究有着显著帮助，同时根据受侵染叶片在未显症状时的叶温变化，可以尽早检测出病因，以及抗性。

图三、烟草虫害状态叶片红外热图

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l综合性高校的烟草、种子、生物技术等院系；

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