中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室近期在《New Plant Protection》，发表了题为 《Hyperspectral signatures reveal hidden stress in soybean caused by residual nicosulfuron》的研究，利用 FluorTron^®多功能高光谱成像技术，实现了对大豆在不同浓度烟嘧磺隆胁迫下的早期高灵敏度检测。北京易科泰生态技术公司为本研究提供多模态表型分析技术方案（FluorTron^®多功能高光谱成像系统+叶绿素荧光成像系统）并在 EcoTech^®实验室完成实验检测分析。

一、研究背景

  烟嘧磺隆（Nicosulfuron）是一种通过抑制乙酰乳酸合成酶而广泛使用的除草剂，但其在土壤中残留时间较长，会对后茬大豆产生持续性植物毒性，那么如何检测作物的早期生理损伤并了解这些毒性的生理机制？如何筛选抗性与敏感植株？

论文采用非损伤成像技术捕捉植物实时生理变化，进一步研究多模态表型分析技术检测和表征残留烟嘧磺隆暴露下大豆的早期、隐性胁迫响应。

二、研究方法与核心设备

研究团队进行盆栽实验评估烟嘧磺隆对大豆幼苗的植物毒性，在土壤中滴入不同浓度的烟嘧磺隆溶液（0、50、100、500 μg/kg），共计4个处理，每个处理3个重复，进行播种培养14天后，手动计算形态特征并采集多模态表型分析数据。将反射光高光谱成像、UV-MCF生物荧光高光谱成像以及叶绿素荧光动态成像三者融合，构建了一套全方位、多角度的非损伤、高灵敏、早期检测体系。

多模态表型分析技术方案：

• FluorTron^® 多功能高光谱成像系统 —— 同时获取反射光高光谱 + UV-MCF生物荧光高光谱，在空间维度和光谱维度上对植物反射光信息和生物荧光信息（包括次级代谢产物荧光和叶绿素荧光）成像，全面可视化分析其理化性质、生化组分（如叶绿素含量、胡萝卜素含量、叶绿素与胡萝卜素比值指数等信息）、生理状态（如作物光合效率、病虫害胁迫、抗性等）。
• 叶绿素荧光动态成像系统 —— 通过叶绿素荧光动力学成像，高灵敏度捕获叶绿素荧光信号，量化PSII光化学效率与热耗散，并能生成光响应曲线及多维度参数图像，直观揭示光合电子传递链功能、胁迫损伤位点及恢复动态，可灵敏检测植物早期胁迫响应（干旱、高温、病害、重金属等）。

三、研究结果

  反射光高光谱分析表明，低浓度烟嘧磺隆即可引起大豆叶片叶绿素相关指数及红边参数的明显改变，而常规生长指标尚未出现异常；UV-MCF生物荧光成像捕捉到蓝绿荧光增强、叶绿素相关荧光占比下降，反映次级代谢激活与光系统能量分配失调；叶绿素荧光动态成像则进一步证实，高浓度胁迫下光系统II的光化学效率显著降低、能量耗散调节能力先升后失。三种光学成像技术相互印证，共同揭示了残留烟嘧磺隆从“色素失衡—次级代谢激活—光合崩溃”的渐进式损伤路径，且各阶段变化均早于可见生长抑制，为除草剂残留的早期无损检测和抗性筛选提供了多维度诊断依据。

反射光高光谱参数图。A)RGB图；B)综合响应指数（IBRv2）；C) 色素、冠层结构相关指数雷达分布；D)叶绿素指数；E)光化学指数。基于上图可发现IBRv2的早期增加，色素指数降低，这表明在明显的生长抑制发生之前，与色素相关的光学特性和冠层结构已经受到影响

UV-MCF生物荧光成像及叶绿素荧光动态成像分析。A)-C)为UV-MCF参数图：A）蓝色荧光成像图；B)叶绿素荧光成像图；C）F682/F737柱状图；蓝色荧光F450相比较于对照组均上升，揭示了大豆本身的对抗机制。F682/F737比率显著下降，表明PSII和PSI相关荧光发射之间存在早期不平衡。D)-F)为叶绿素荧光动态参数图：D) 综合响应指数（IBRv2）; E)荧光衰减速率；F) NPQ热耗散参数。

四、公司介绍

  北京易科泰生态技术有限公司深耕“生态 - 农业 - 健康”领域，聚焦前沿科技研发，为国内外高校、科研机构提供高端研究检测设备与技术服务。公司推出的FluorTron^®多功能高光谱成像技术、新一代农业传感器技术——FluorTron叶绿素荧光成像与多光谱荧光成像、植物叶绿素荧光巡检机器人等，先后获得国家发改委宏观经济杂志社“千城百企”新质生产力优秀案例、中国杨凌农业高新科技成果博览会“重大农业成果新技术”与“后稷奖”、中国农学会“中国农业重大科技新成果——新技术”、种植业科技创新奖等殊荣，广泛应用于作物高通量表型分析、植物胁迫检测与抗性筛选、作物农药生理响应评估等领域。公司致力于为科研与农业生产提供高灵敏度、高通量、非损伤多模态成像解决方案，助力智慧农业与绿色植保发展。EcoTech^®实验室配置有 FluorTron^®多功能高光谱成像系统、植物光合表型与叶绿素荧光成像系统、PhenoTron^®高通量表型成像分析系统等先进仪器设备，可提供植物表型分析、植物抗性与敏感性筛选、植物对农药响应检测等实验合作与技术服务。