植物病害是影响全球农业生产与粮食安全的重要生物胁迫因素。据统计，全球每年因植物病害造成的作物产量损失达10%~30%，其中真菌病害最为突出，其寄主范围广泛，常造成严重的经济损失。传统病害研究方法依赖肉眼观察、病原菌分离培养和破坏性取样测定，存在检测周期长、无法定量、难以实现早期预警和空间可视化等局限。近年来，随着植物表型组学与光谱成像技术的快速发展，利用非侵入式、可视化、定量化的传感技术解析植物-病原菌互作过程已成为国际前沿热点。

AI+易科泰新一代农业传感器技术

• 易科泰多功能高光谱成像技术，集反射光高光谱成像与植物自发荧光成像、多光谱成像等功能
• FluorTron®叶绿素荧光成像与多光谱荧光成像技术，实现从叶片到冠层、从time-resolved 到 spectral-resolved，全面、高灵敏度解析叶绿素荧光现象。而FluorCam叶绿素荧光成像技术是易科泰生态技术公司与国际知名叶绿素荧光成像技术公司（PSI）20年来合作的典范
• Thermo-RGB^©融合分析技术，融合红外热成像与 RGB 真彩成像，实现气孔导度、胁迫状态、形态与颜色的综合检测；冠层水平可区分阳光照射叶片、阴影叶片与土壤，叶片水平可精准提取病斑与健康区域的温度、颜色、纹理等表型信息；
• 光合作用测量监测：叶片水平、整株植物及冠层水平光合作用测量监测全面解决方案
• AI+智能平台，包括基于PTS技术或STP技术的智能平台、机器人平台、智慧农业平台、无人机平台、固定监测站等多种使用场景

案例一：甜瓜对灰葡萄孢菌侵染生理响应成像检测研究

  西班牙Matilde Barón（2025, Plant Stress）团队将多类传感器同步应用于灰葡萄孢菌-甜瓜互作研究，在无症状期捕捉到宿主光合系统、水分生理和次生代谢的多重变化，为多模态数据融合解析植物-病原菌互作提供了经典范式。

• 叶绿素荧光成像——光合系统的早期损伤探测

  该研究以三周龄甜瓜幼苗为材料，在第一片真叶上接种灰葡萄孢菌分生孢子悬浮液，对叶片进行RGB成像追踪，结合FluorCam叶绿素荧光成像系统测定了最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSII）和非光化学淬灭（NPQ）等关键参数。

图1  灰葡萄孢菌侵染甜瓜叶片症状发展时序及病斑面积动态变化；Fv/Fm在对照（CI）与侵染（BcI）叶片中的时空分布及截面剖面线

  实验结果表明：与对照相比，侵染区（BcI）的最大光化学效率Fv/Fm在接种后2 dpi已出现显著下降，该时间节点尚未出现肉眼可见的发病症状，至4 dpi时Fv/Fm已降至0.78以下（健康叶片Fv/Fm参考值约为0.82）；实际光化学效率ΦPSII在接种后2 dpi时，于侵染区（BcI）和侵染邻近健康区（BcH）均呈现下降趋势；非光化学淬灭NPQ在侵染外围健康区（BcH）于接种后2 dpi出现短暂升高，反映寄主植物在侵染区域外围启动了适应性光保护机制，而侵染中心（BcI）在3 dpi后NPQ显著下降，表明该区域光合机构已发生不可逆损伤。截面剖面线分析进一步证实，Fv/Fm的下降区域以接种点为中心呈同心圆状向外扩展。

• 叶绿素荧光成像揭示了一个重要现象：病原菌侵染对光合系统的损伤具有明显的空间梯度——侵染中心组织发生不可逆坏死，而外围看似健康的组织仍在通过增强热耗散（NPQ）来维持光合功能。这种“中心损伤—外围适应”的格局仅靠单点测量无法捕捉，正是二维成像的独特价值。
• 热成像——叶片温度反映水分生理与组织坏死

图2热成像监测叶片温度在四个ROI中的动态变化

  热成像检测结果表明，侵染区（BcI）叶片温度自3 dpi起呈现显著升高趋势，侵染区与相邻健康组织的温差可达0.6–1.0°C，且升高幅度随病斑扩展持续增加；对照叶片各区域温度始终维持均匀分布。截面剖面线分析显示，温度升高区域以接种点为中心向外扩散，其空间覆盖范围随接种时间延长逐步增大。已有研究普遍认为，病原菌侵染早期可通过调控气孔开闭引发叶片温度改变，但本研究发现，甜瓜被侵染后的叶片温度升高与组织坏死、脱水进程同步发生（3 dpi后），表明该温度升高主要源于组织坏死与脱水进程，而非侵染初期的主动气孔调节。

• 多光谱荧光成像——次生代谢与防御反应的活体探测

图3  多激发荧光成像：F520在四个ROI中的动态变化及对照与侵染区截面剖面线

FluorCam多光谱荧光成像结果显示，来自酚类等次生代谢产物的F520在侵染区（BcI）3 dpi起显著升高，并由接种点向周围扩散。生化测定表明，侵染叶片可溶性酚类含量实际下降，总抗氧化能力（TAA）在侵染后期也降低。研究者认为，F520信号增强并非源于植物防御性酚类积累，更可能与真菌菌丝自荧光、侵染组织水分散失有关。因此，绿色荧光（F520）信号的生物学解读需谨慎，须结合生化测定交叉验证 —— 灰霉菌作为死体营养型真菌，其菌丝细胞壁与代谢产物同样可贡献蓝绿荧光信号。尽管如此，F520信号空间分布与病斑发展高度吻合，仍可作为侵染区域可视化的有效指标。

• 高光谱成像——植被指数驱动的早期诊断与精准农业

图4  高光谱成像：植被指数CSIB与PRI在四个ROI中的动态变化及整叶伪彩图像

基于400–1000 nm的高光谱反射成像对多个植被指数进行计算，结果显示：光化学反射指数（PRI）在侵染区（BcI）1 dpi即显著下降，是所有成像参数中最早出现的信号，较可见症状提前两天；归一化植被指数（NDVI）自1–2 dpi起在BcI区显著降低；气候胁迫指数（CSIB）则在3 dpi后随症状出现而升高。整叶伪彩色图像显示，3 dpi时病斑区域与健康组织对比鲜明，而1 dpi时肉眼和RGB图像均未能察觉异常。PRI与类胡萝卜素循环及光合光利用效率密切相关，其在1 dpi的下降说明病原菌在侵染初期即已扰乱叶片的光能利用平衡；NDVI反映叶绿素含量和植株长势，其降低指示色素开始降解。这些敏感的植被指数可作为机器学习分类算法的输入特征，在无症状期自动识别受侵染植株，为精准农业中的早期病害预警奠定基础。

案例二：大豆对烟嘧磺隆残留的胁迫响应的多模态成像检测研究

除草剂残留是影响后茬作物安全种植的重要风险因素。烟嘧磺隆作为玉米田广泛使用的ALS抑制剂类除草剂，其土壤残留可对后茬大豆产生持续的植物毒性效应。中国农业科学院植物保护研究所Hao等（2026, New Plant Protection）利用易科泰FluorTron®多功能高光谱成像系统与叶绿素荧光成像系统，建立了整合高光谱反射、UV-MCF荧光与叶绿素荧光淬灭成像的多模态表型框架，系统解析了大豆对烟嘧磺隆残留“隐藏胁迫”的阶段性生理响应。

图5  烟嘧磺隆残留下的大豆光谱伪彩图像

试验结果表明，烟嘧磺隆胁迫下大豆最先发生扰动的生理指标为色素层面的微小变化：其中叶绿素指数3（CHL3）较对照组显著下降12.3%，可作为烟嘧磺隆诱导早期色素损伤的标志性识别信号。100 μg/kg处理组叶片的F450荧光强度为3.26±0.16，显著高于对照组的2.05±0.05，说明烟嘧磺隆在引发色素组分扰动的同时，可诱导叶片发生代谢重组。随着处理体系中烟嘧磺隆浓度升高，光适应条件下PSII最大光化学效率Fv/Fm_Lss由0.71降低至0.37，光适应下最大荧光Fm_Lss下降38%，而非光化学淬灭NPQ_Lss升高102%，该结果表明，过剩激发能大量通过热耗散途径消耗，光合系统功能逐步丧失。基于上述生理指标的动态变化，本研究解析得到大豆响应烟嘧磺隆残留胁迫的“色素损伤—代谢调控—光系统功能崩溃”三阶段响应通路，并进一步采用整合生物标志物指数IBRv2对多模态成像参数开展整合分析，显著提升了早期胁迫信号的检测灵敏度。本研究证实，FluorTron®多功能高光谱成像系统与FluorCam叶绿素荧光成像系统的多模态组合技术，可在可见症状显现前灵敏检测农药残留诱导的植物胁迫响应，为除草剂残留风险评估、后茬作物安全生产与精准农业管理提供了可靠的无损检测技术手段。

北京易科泰生态技术有限公司凭借二十余年植物生理生态与表型成像技术国际合作与科研技术服务积累，自主研发生产多模态新一代农业传感器技术与AI智能平台，提供植物表型分析、植物光合作用与生理生态测量监测、植物对病虫害生理响应检测研究、植物对农药生理响应检测研究、植物胁迫响应检测等全面解决方案：

• 多模态融合：整合叶绿素荧光、高光谱、热成像与RGB成像等多种新一代农业传感器技术，从光合效率、色素组成、水分生理与次生代谢等多个生理维度同步解析植物 - 病原菌互作及植物对胁迫的响应，信息互补、检测更全面；
• 全场景覆盖：提供从手持式便携设备、实验室精密成像系统到高通量表型平台、近地遥感与无人机遥感系统的全系列产品，满足从实验室到田间、从叶片到冠层的多尺度研究需求；
• 非侵入无损检测：所有成像技术均为非接触、非损伤测量，可对同一植株进行长期动态追踪监测，避免破坏性取样带来的个体差异误差，实现真正的纵向时序比较；
• 高灵敏度、早期预警：叶绿素荧光和蓝绿荧光成像能够在肉眼症状出现前数天检测到病原菌侵染引起的光合系统变化和防御反应，实现病害的早期诊断与预警；
• 时空可视化：二维成像技术直观展示病原菌侵染和植物响应的空间分布异质性，通过截面剖面线分析精确定位侵染中心与外围组织的生理梯度差异，突破传统单点测量的局限。

参考文献：

[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.