Fotric紅外熱像儀應用于煙草植物病害研究

背景概述

中國的煙草產地分布十分廣泛，煙草產量豐富，在國際煙草市場上也占有十分重要的地位，超過三分之一的煙草產品的原產地都是中國。煙草的生長會受到多種因素的影響，自然條件的變化會導致煙草生長發育遲緩，甚至死亡。在我國，煙草生長地域廣泛，受我國氣候類型和地理條件的影響，大部分地區的煙草培育基地都存在缺水、蟲害等問題。長期的病害會導致煙草減產，同時質量也會受到影響。

植物對病害脅迫的響應機理一直是植物生理生態學研究的熱點。小麥、玉米和水稻等糧食作物的響應機理已有較深入研究, 而煙草作為我國最重要的經濟作物, 但涉及煙草于干旱、病害等生理應答機制研究還相對較少。

當前方案及弊端

目前，判斷煙草以及植物是否干旱、受病害脅迫主要是通過人工感官判定和理化檢測，但是人工感官判定易受一些主客觀因素的影響，而理化檢測花費時間周期長，步驟繁冗，會造成植物體破損。

代替方案及優勢

紅外熱成像技術對溫度具有高敏感性，能非接觸在線檢測物體表面溫度，并生成一個更加直觀的熱量分布圖（如圖一所示），能夠大幅度提高檢測效率，同時還避免對植物體造成破壞。在電氣、航空和醫學等領域已有比較成熟的研究成果并已經被實際運用。隨著熱成像技術的進一步發展，其應用領域也在不斷拓寬，紅外熱成像技術在煙草等植物干旱、病害檢測中的應用就是一個新的方向，也將逐漸成為一個新的研究熱點。

圖一、煙草葉片紅外熱圖

紅外熱成像于植物病害檢測原理機制

當植物遭受病害時，膜結構遭到破壞，植物代謝紊亂，水分調節失調，使得氣孔發生異質性開閉。植物通過蒸騰而散失的水分中90%以上是通過氣孔散失的，氣孔異質性開閉會直接引起氣孔導度和蒸騰強度等生理指標的改變，使得葉片表面熱量損失的程度大小改變，繼而造成葉表溫度異常變化，而葉溫變化常被用來監測診斷植株的受脅迫情況。病情和病害種類不同，蒸騰強度會增強或降低，繼而病害部位溫度與健康部位相比會下降或上升。

紅外熱成像在植物病害檢測中的應用

1.紅外熱成像用于非侵染性病害檢測

非侵染性病害及干旱、重金屬等。氣孔變化對植物水分虧缺相當敏感，氣孔導度值是一個很好的反映植物水分狀況的參數，當植物遭受干旱脅迫時，氣孔關閉，蒸騰作用下降，葉溫升高（如圖二所示），利用紅外熱成像技術可以獲取植物冠層溫度，從而間接反映植物水分脅迫。對于植物的耐旱培育研究有著重大幫助。更重要的是，可以實時監測植物的水分狀況，從而開展適時適量的灌溉預報，可以避免葉片萎蔫而引起的作物產量下降，對于實現經濟作物生產可持續、穩產、高產具有一定的實際意義。

圖二、煙草干旱狀態葉片紅外熱圖

2.紅外熱成像用非侵染性病害檢測

侵染性病害及真菌病毒和病原微生物等。這類病害對植物的侵染是一個主動的過程，它們可以通過本身所分泌的酶、毒素等來達到侵染的目的，也可以通過直接進入植物體內并大量繁殖而對植物造成傷害。此類病害具有傳染性，一旦一株或小塊區域植株遇害，如不采取措施，就會大面積傳播。

在病原物侵染植物后，寄主植物光合作用速率降低，呼吸速率顯著增加，體內水分狀況以及植物激素水平發生明顯變化；然后，植物葉片表現黃化、壞死、腐爛、萎蔫、畸形等可見癥狀（如圖三所示）。在日常管理中，一般可根據植株表現出的可見癥狀進行防治，但此時病害往往已經相當嚴重。若利用熱成像技術，對于植物的抗蟲害研究有著顯著幫助，同時根據受侵染葉片在未顯癥狀時的葉溫變化，可以盡早檢測出病因，以及抗性。

圖三、煙草蟲害狀態葉片紅外熱圖

哪些客戶需要解決該問題

l農業類高校；

l綜合性高校的煙草、種子、生物技術等院系；

l各類植物研究機構；

有趣的擴展應用

烤煙評吸要求：

l香氣質好，香氣量足;

l雜氣和刺激性小;

l吃味醇和，余味干凈舒適;

l勁頭適中、燃燒性強;

l灰分色淡、聚結性好等。

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