Fotric紅外熱像儀應(yīng)用于煙草植物病害研究

背景概述

中國的煙草產(chǎn)地分布十分廣泛，煙草產(chǎn)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(chǎn)品的原產(chǎn)地都是中國。煙草的生長會(huì)受到多種因素的影響，自然條件的變化會(huì)導(dǎo)致煙草生長發(fā)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?xiàng)l件的影響，大部分地區(qū)的煙草培育基地都存在缺水、蟲害等問題。長期的病害會(huì)導(dǎo)致煙草減產(chǎn)，同時(shí)質(zhì)量也會(huì)受到影響。

植物對病害脅迫的響應(yīng)機(jī)理一直是植物生理生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。小麥、玉米和水稻等糧食作物的響應(yīng)機(jī)理已有較深入研究, 而煙草作為我國最重要的經(jīng)濟(jì)作物, 但涉及煙草于干旱、病害等生理應(yīng)答機(jī)制研究還相對較少。

當(dāng)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(fèi)時(shí)間周期長，步驟繁冗，會(huì)造成植物體破損。

代替方案及優(yōu)勢

紅外熱成像技術(shù)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(gè)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(shí)還避免對植物體造成破壞。在電氣、航空和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已有比較成熟的研究成果并已經(jīng)被實(shí)際運(yùn)用。隨著熱成像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬，紅外熱成像技術(shù)在煙草等植物干旱、病害檢測中的應(yīng)用就是一個(gè)新的方向，也將逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

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(jī)制

當(dāng)植物遭受病害時(shí)，膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，植物代謝紊亂，水分調(diào)節(jié)失調(diào)，使得氣孔發(fā)生異質(zhì)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(zhì)性開閉會(huì)直接引起氣孔導(dǎo)度和蒸騰強(qiáng)度等生理指標(biāo)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(jiān)測診斷植株的受脅迫情況。病情和病害種類不同，蒸騰強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)或降低，繼而病害部位溫度與健康部位相比會(huì)下降或上升。

紅外熱成像在植物病害檢測中的應(yīng)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(dāng)敏感，氣孔導(dǎo)度值是一個(gè)很好的反映植物水分狀況的參數(shù)，當(dāng)植物遭受干旱脅迫時(shí)，氣孔關(guān)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(shù)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(shí)時(shí)監(jiān)測植物的水分狀況，從而開展適時(shí)適量的灌溉預(yù)報(bào)，可以避免葉片萎蔫而引起的作物產(chǎn)量下降，對于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)可持續(xù)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有一定的實(shí)際意義。

圖二、煙草干旱狀態(tài)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(gè)主動(dòng)的過程，它們可以通過本身所分泌的酶、毒素等來達(dá)到侵染的目的，也可以通過直接進(jìn)入植物體內(nèi)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(qū)域植株遇害，如不采取措施，就會(huì)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(nèi)水分狀況以及植物激素水平發(fā)生明顯變化；然后，植物葉片表現(xiàn)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(jù)植株表現(xiàn)出的可見癥狀進(jìn)行防治，但此時(shí)病害往往已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。若利用熱成像技術(shù)，對于植物的抗蟲害研究有著顯著幫助，同時(shí)根據(jù)受侵染葉片在未顯癥狀時(shí)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(tài)葉片紅外熱圖

哪些客戶需要解決該問題

l農(nóng)業(yè)類高校；

l綜合性高校的煙草、種子、生物技術(shù)等院系；

l各類植物研究機(jī)構(gòu)；

有趣的擴(kuò)展應(yīng)用

烤煙評吸要求：

l香氣質(zhì)好，香氣量足;

l雜氣和刺激性小;

l吃味醇和，余味干凈舒適;

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