植物病害是影響全球農業生產與糧食安全的重要生物脅迫因素。據統計，全球每年因植物病害造成的作物產量損失達10%~30%，其中真菌病害最為突出，其寄主范圍廣泛，常造成嚴重的經濟損失。傳統病害研究方法依賴肉眼觀察、病原菌分離培養和破壞性取樣測定，存在檢測周期長、無法定量、難以實現早期預警和空間可視化等局限。近年來，隨著植物表型組學與光譜成像技術的快速發展，利用非侵入式、可視化、定量化的傳感技術解析植物-病原菌互作過程已成為國際前沿熱點。

AI+易科泰新一代農業傳感器技術

ü 易科泰多功能高光譜成像技術，集反射光高光譜成像與植物自發熒光成像、多光譜成像等功能

ü FluorTron®葉綠素熒光成像與多光譜熒光成像技術，實現從葉片到冠層、從time-resolved 到 spectral-resolved，全面、高靈敏度解析葉綠素熒光現象。而FluorCam葉綠素熒光成像技術是易科泰生態技術公司與國際葉綠素熒光成像技術公司（PSI）20年來合作

ü Thermo-RGB^©融合分析技術，融合紅外熱成像與 RGB 真彩成像，實現氣孔導度、脅迫狀態、形態與顏色的綜合檢測；冠層水平可區分陽光照射葉片、陰影葉片與土壤，葉片水平可精準提取病斑與健康區域的溫度、顏色、紋理等表型信息；

ü 光合作用測量監測：葉片水平、整株植物及冠層水平光合作用測量監測全面解決方案

ü AI+智能平臺，包括基于PTS技術或STP技術的智能平臺、機器人平臺、智慧農業平臺、無人機平臺、固定監測站等多種使用場景

案例一：甜瓜對灰葡萄孢菌侵染生理響應成像檢測研究

西班牙Matilde Barón（2025, Plant Stress）團隊將多類傳感器同步應用于灰葡萄孢菌-甜瓜互作研究，在無癥狀期捕捉到宿主光合系統、水分生理和次生代謝的多重變化，為多模態數據融合解析植物-病原菌互作提供了經式。

1) 葉綠素熒光成像——光合系統的早期損傷探測

該研究以三周齡甜瓜幼苗為材料，在第一片真葉上接種灰葡萄孢菌分生孢子懸浮液，對葉片進行RGB成像追蹤，結合FluorCam葉綠素熒光成像系統測定了最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光化學效率（ΦPSII）和非光化學淬滅（NPQ）等關鍵參數。

實驗結果表明：與對照相比，侵染區（BcI）的最大光化學效率Fv/Fm在接種后2 dpi已出現顯著下降，該時間節點尚未出現肉眼可見的發病癥狀，至4 dpi時Fv/Fm已降至0.78以下（健康葉片Fv/Fm參考值約為0.82）；實際光化學效率ΦPSII在接種后2 dpi時，于侵染區（BcI）和侵染鄰近健康區（BcH）均呈現下降趨勢；非光化學淬滅NPQ在侵染外圍健康區（BcH）于接種后2 dpi出現短暫升高，反映寄主植物在侵染區域外圍啟動了適應性光保護機制，而侵染中心（BcI）在3 dpi后NPQ顯著下降，表明該區域光合機構已發生不可逆損傷。截面剖面線分析進一步證實，Fv/Fm的下降區域以接種點為中心呈同心圓狀向外擴展。

? 葉綠素熒光成像揭示了一個重要現象：病原菌侵染對光合系統的損傷具有明顯的空間梯度——侵染中心組織發生不可逆壞死，而外圍看似健康的組織仍在通過增強熱耗散（NPQ）來維持光合功能。這種“中心損傷—外圍適應"的格局僅靠單點測量無法捕捉，正是二維成像的價值。

2) 熱成像——葉片溫度反映水分生理與組織壞死

熱成像檢測結果表明，侵染區（BcI）葉片溫度自3 dpi起呈現顯著升高趨勢，侵染區與相鄰健康組織的溫差可達0.6–1.0°C，且升高幅度隨病斑擴展持續增加；對照葉片各區域溫度始終維持均勻分布。截面剖面線分析顯示，溫度升高區域以接種點為中心向外擴散，其空間覆蓋范圍隨接種時間延長逐步增大。已有研究普遍認為，病原菌侵染早期可通過調控氣孔開閉引發葉片溫度改變，但本研究發現，甜瓜被侵染后的葉片溫度升高與組織壞死、脫水進程同步發生（3 dpi后），表明該溫度升高主要源于組織壞死與脫水進程，而非侵染初期的主動氣孔調節。

3) 多光譜熒光成像——次生代謝與防御反應的活體探測

FluorCam多光譜熒光成像結果顯示，來自酚類等次生代謝產物的F520在侵染區（BcI）3 dpi起顯著升高，并由接種點向周圍擴散。生化測定表明，侵染葉片可溶性酚類含量實際下降，總抗氧化能力（TAA）在侵染后期也降低。研究者認為，F520信號增強并非源于植物防御性酚類積累，更可能與真菌菌絲自熒光、侵染組織水分散失有關。因此，綠色熒光（F520）信號的生物學解讀需謹慎，須結合生化測定交叉驗證 —— 灰霉菌作為死體營養型真菌，其菌絲細胞壁與代謝產物同樣可貢獻藍綠熒光信號。盡管如此，F520信號空間分布與病斑發展高度吻合，仍可作為侵染區域可視化的有效指標。

4) 高光譜成像——植被指數驅動的早期診斷與精準農業

基于400–1000 nm的高光譜反射成像對多個植被指數進行計算，結果顯示：光化學反射指數（PRI）在侵染區（BcI）1 dpi即顯著下降，是所有成像參數中最早出現的信號，較可見癥狀提前兩天；歸一化植被指數（NDVI）自1–2 dpi起在BcI區顯著降低；氣候脅迫指數（CSIB）則在3 dpi后隨癥狀出現而升高。整葉偽彩色圖像顯示，3 dpi時病斑區域與健康組織對比鮮明，而1 dpi時肉眼和RGB圖像均未能察覺異常。PRI與類胡蘿卜素循環及光合光利用效率密切相關，其在1 dpi的下降說明病原菌在侵染初期即已擾亂葉片的光能利用平衡；NDVI反映葉綠素含量和植株長勢，其降低指示色素開始降解。這些敏感的植被指數可作為機器學習分類算法的輸入特征，在無癥狀期自動識別受侵染植株，為精準農業中的早期病害預警奠定基礎。

案例二：大豆對煙嘧磺隆殘留的脅迫響應的多模態成像檢測研究

除草劑殘留是影響后茬作物安全種植的重要風險因素。煙嘧磺隆作為玉米田廣泛使用的ALS抑制劑類除草劑，其土壤殘留可對后茬大豆產生持續的植物毒性效應。中國農業科學院植物保護研究所Hao等（2026, New Plant Protection）利用易科泰FluorTron®多功能高光譜成像系統與葉綠素熒光成像系統，建立了整合高光譜反射、UV-MCF熒光與葉綠素熒光淬滅成像的多模態表型框架，系統解析了大豆對煙嘧磺隆殘留“隱藏脅迫"的階段性生理響應。

試驗結果表明，煙嘧磺隆脅迫下大豆最先發生擾動的生理指標為色素層面的微小變化：其中葉綠素指數3（CHL3）較對照組顯著下降12.3%，可作為煙嘧磺隆誘導早期色素損傷的標志性識別信號。100 μg/kg處理組葉片的F450熒光強度為3.26±0.16，顯著高于對照組的2.05±0.05，說明煙嘧磺隆在引發色素組分擾動的同時，可誘導葉片發生代謝重組。隨著處理體系中煙嘧磺隆濃度升高，光適應條件下PSII最大光化學效率Fv/Fm_Lss由0.71降低至0.37，光適應下最大熒光Fm_Lss下降38%，而非光化學淬滅NPQ_Lss升高102%，該結果表明，過剩激發能大量通過熱耗散途徑消耗，光合系統功能逐步喪失?；谏鲜錾碇笜说膭討B變化，本研究解析得到大豆響應煙嘧磺隆殘留脅迫的“色素損傷—代謝調控—光系統功能崩潰"三階段響應通路，并進一步采用整合生物標志物指數IBRv2對多模態成像參數開展整合分析，顯著提升了早期脅迫信號的檢測靈敏度。本研究證實，FluorTron®多功能高光譜成像系統與FluorCam葉綠素熒光成像系統的多模態組合技術，可在可見癥狀顯現前靈敏檢測農藥殘留誘導的植物脅迫響應，為除草劑殘留風險評估、后茬作物安全生產與精準農業管理提供了可靠的無損檢測技術手段。

北京易科泰生態技術有限公司憑借二十余年植物生理生態與表型成像技術國際合作與科研技術服務積累，自主研發生產多模態新一代農業傳感器技術與AI智能平臺，提供植物表型分析、植物光合作用與生理生態測量監測、植物對病蟲害生理響應檢測研究、植物對農藥生理響應檢測研究、植物脅迫響應檢測等全面解決方案：

l 多模態融合：整合葉綠素熒光、高光譜、熱成像與RGB成像等多種新一代農業傳感器技術，從光合效率、色素組成、水分生理與次生代謝等多個生理維度同步解析植物 - 病原菌互作及植物對脅迫的響應，信息互補、檢測更全面；

l 全場景覆蓋：提供從手持式便攜設備、實驗室精密成像系統到高通量表型平臺、近地遙感與無人機遙感系統的全系列產品，滿足從實驗室到田間、從葉片到冠層的多尺度研究需求；

l 非侵入無損檢測：所有成像技術均為非接觸、非損傷測量，可對同一植株進行長期動態追蹤監測，避免破壞性取樣帶來的個體差異誤差，實現真正的縱向時序比較；

l 高靈敏度、早期預警：葉綠素熒光和藍綠熒光成像能夠在肉眼癥狀出現前數天檢測到病原菌侵染引起的光合系統變化和防御反應，實現病害的早期診斷與預警；

l 時空可視化：二維成像技術直觀展示病原菌侵染和植物響應的空間分布異質性，通過截面剖面線分析精確定位侵染中心與外圍組織的生理梯度差異，突破傳統單點測量的局限。

參考文獻：

[1] BARóN M, MORENO-MARTíN M T, PINEDA M. Uncovering Botrytis cinerea-induced physiological changes in melon plants using multi-sensor imaging approaches[J]. Plant Stress, 2025, 15: 100769.

[2] HUANG M, WANG C, et al. The CmCt gene induced reversibility of copper toxicity in melon[J]. Journal of Hazardous Materials, 2025.

[3] HAO S, HUANG Z, et al. Hyperspectral signatures reveal hidden stress in soybean caused by residual nicosulfuron[J]. New Plant Protection, 2025.