辣椒早疫病是影響辣椒安全生長(zhǎng)的常見(jiàn)生物災(zāi)害，具有突發(fā)性和易感性等特點(diǎn)，容易引發(fā)大的經(jīng)濟(jì)損失。在辣椒生長(zhǎng)過(guò)程中，針對(duì)病害潛育期侵染情況進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)預(yù)警是保證作物健康生長(zhǎng)的重要前提。傳統(tǒng)的病害檢測(cè)方法是依靠肉眼對(duì)明顯病癥的觀察，但受作物種植面積'產(chǎn)量等因素影響，加上早疫病流行迅速導(dǎo)致很難控制病害的發(fā)展。因此，對(duì)辣椒早疫病潛育期進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別能夠及時(shí)指導(dǎo)病害防治，在作物感染發(fā)病之前控制病情預(yù)防病害傳播，對(duì)作物生長(zhǎng)具有重大指導(dǎo)意義。

01實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

以辣椒葉片為研究對(duì)象，通過(guò)高光譜成像儀連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)離體辣椒葉片早疫病的侵染情況并獲取對(duì)應(yīng)的高光譜圖像，選取整個(gè)葉片表面為感興趣區(qū)域，并提取感興趣區(qū)的平均光譜，獲取不同采集時(shí)間的健康與接種樣本平均光譜曲線。

圖1基于光譜特性的作物病害潛育期高光譜圖像判別流程圖

02結(jié)果

遵循作物病害侵染的一般過(guò)程，為了使得監(jiān)測(cè)圖像覆蓋整個(gè)病害潛育期，高光譜圖像實(shí)行連續(xù)動(dòng)態(tài)采集。為了綜合考慮整個(gè)葉片在接種前后的光譜變化，將整個(gè)葉片在400~1000nm光譜范圍內(nèi)的光譜反射率按256個(gè)波段分別取平均后，得到整個(gè)葉片的平均光譜曲線，有效減少葉片表面的偶然誤差。

圖2感興趣區(qū)域選擇流程圖

圖3健康與接種樣本的平均光譜隨時(shí)間的演變趨勢(shì)

（a）健康組（b）感染組

從圖3(a)可以看出，隨著時(shí)間推移，健康組辣椒葉片平，均光譜曲線在760~1000nm范圍內(nèi)存在明顯分離，葉片的平均光譜反射率整體逐漸下降，主要由于葉片在離體培養(yǎng)后導(dǎo)致細(xì)胞代謝緩慢，出現(xiàn)失水現(xiàn)象。健康組葉片在其他波段范圍內(nèi)的整體光譜曲線較為密集重合，說(shuō)明在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)期間內(nèi)，健康組葉片生理狀態(tài)較為穩(wěn)定。

圖3(b)接種組葉片在：500~670、680-760及760-1000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均光譜曲線存在明顯差異，表明隨著接種時(shí)間的推移接種組葉片的生理活性一直波動(dòng)，在一定程度上也說(shuō)明了接種的有效性。其中，接種葉片光譜曲線隨著采集時(shí)間在500~670nm范圍內(nèi)逐步分離，且平均光譜反射率逐漸增大，主要是因?yàn)椴≡秩緦?dǎo)致葉片細(xì)胞中葉綠素'葉黃素等色素含量下降，對(duì)光的吸收減弱，光譜反射率增加680~760nm屬于可見(jiàn)光與近紅外區(qū)域的交接處，為綠色植物的,紅邊位置，是描述植物色素狀態(tài)和健康狀況的重要指示波段。在該波段范圍內(nèi)，植物的光譜反射率增長(zhǎng)最快。

通常情況下，植物生長(zhǎng)狀態(tài)越好，紅邊位置會(huì)出現(xiàn),紅移；反之，則會(huì)藍(lán)移，此時(shí)可看出接種組樣本隨著接種時(shí)間的推移，紅邊逐漸發(fā)生左移即藍(lán)移。由圖3可見(jiàn)，與健康作物的平均光譜曲線相比，感染植物的平均光譜曲線會(huì)發(fā)生不同程度的變化，這為利用光譜特性進(jìn)行作物病害潛育期最早可識(shí)別時(shí)間判別提供了可能性。當(dāng)然，僅從樣本在采集時(shí)段的平均光譜曲線整體變化趨勢(shì)上無(wú)法直接得出病害潛育期最早可識(shí)別時(shí)間，需要合適的測(cè)度方法對(duì)光譜曲線之間的差異性進(jìn)行深度挖掘。

表1 樣本 RGB 圖像和主成分分布可視化圖像隨采集時(shí)間的變化

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審核編輯 黃宇