植物與病原體的相互作用會影響植物的生產(chǎn)力和其對生物及非生物脅迫的耐受性，病蟲害的檢測與防治只植物保護領(lǐng)域的重點工作。無損、早期、多視角的檢測技術(shù)，越來越多的應(yīng)用于這一領(lǐng)域，本文將分享一種葉綠素?zé)晒獬上衽cLIBS元素分析相結(jié)合的全新植保技術(shù)方案。

       葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)（CFI）側(cè)面提供有關(guān)葉綠體運行機理的相關(guān)信息，這與植物的光合性能密切相關(guān)，常用于植物表型研究，其對脅迫反應(yīng)尤為靈敏。而激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)可以快速獲取植物的元素組成數(shù)據(jù)，為植物病蟲害的發(fā)生機理提供元素構(gòu)成和分布層面的信息。因此，LIBS和CFI產(chǎn)生互補信息，即LIBS可以告知植物病毒引起的植物元素組成的變化，而CFI揭示植物病毒如何影響植物的生理狀態(tài)，特別是感染時其光合能力的變化。

圖1. 上圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片葉綠素?zé)晒獬上駥Ρ葓D；左下圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片葉綠素a和葉綠素b提取含量對比；右下圖：感染根結(jié)線蟲的番茄葉片的LIBS元素分析對比光譜

       科研人員首先利用傳統(tǒng)化學(xué)提取的方法確認了根結(jié)線蟲感染對番茄葉綠素含量的影響，其中感染根結(jié)線蟲的番茄葉片中葉綠素a和b含量顯著減少。然后用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)對番茄葉片進行分析，能夠明顯看到葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，這表明葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fm）對根結(jié)線蟲的脅迫響應(yīng)靈敏度很高。LIBS光譜數(shù)據(jù)顯示感染根結(jié)線蟲的番茄葉片中Mg信號強度顯著高于對照，線蟲脅迫中Mg元素含量上升，對其進一步分析有助于了解番茄應(yīng)對線蟲脅迫的響應(yīng)機制。

圖2. 左圖：感染根結(jié)線蟲的番茄莖葉綠素?zé)晒獬上駥Ρ葓D；右圖：感染根結(jié)線蟲的番茄莖和根的LIBS元素對比光譜

       對線蟲感染的番茄根莖的CFI+LIBS分析結(jié)果基本與番茄葉片的實驗數(shù)據(jù)一致。其中感染后的番茄莖葉綠素?zé)晒鈴姸蕊@著降低，莖中Mg元素信號強度顯著上升。

圖3. 左圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片葉綠素?zé)晒獬上駡D；右圖：感染建蘭花葉病毒的煙草葉片LIBS元素對比圖譜

       感染建蘭花葉病毒的煙草葉中葉綠素明顯減少，出現(xiàn)黃化區(qū)域。葉綠素?zé)晒鈪?shù)在病毒感染后變化十分明顯，其中葉片感染區(qū)域和非感染區(qū)域葉綠素?zé)晒獠町愶@著。這映證了葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)在植物病毒感染評估方面的應(yīng)用前景。與對照相比，感染樣本中C元素的發(fā)射線強度增加，Mg元素的發(fā)射線強度降低。這種不同感染情境下，不同作物的元素含量變化差異可能與不同病原菌感染和植物本體的抗脅迫作用機理相關(guān)。

       以上案例用數(shù)據(jù)證明了葉綠素?zé)晒獬上衽cLIBS元素分析技術(shù)在病蟲害領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，可以作為一種多維視角的技術(shù)方案應(yīng)用于植保領(lǐng)域的各個方面。

易科泰植物葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)產(chǎn)品

應(yīng)用：

       遺傳育種、作物表型分析、作物生理生態(tài)、光合作用與光合表型、作物生物與非生物脅迫響應(yīng)、植物保護、農(nóng)藥效果評估等研究領(lǐng)域。

易科泰LIBS快速元素分析與成像技術(shù)產(chǎn)品

應(yīng)用：

土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評估土壤肥力和污染情況；

地質(zhì)勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究；

金屬材料檢測：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制；

環(huán)境監(jiān)測：監(jiān)測環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評估環(huán)境污染；

生物材料分析：測定生物樣本（如毛發(fā)、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫(yī)學(xué)研究；

植物分析：用于植物組織中元素含量的測定，幫助研究植物營養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫下的反應(yīng)和耐受性。

參考文獻：

1. Senesi G S, De Pascale O, Marangoni B S, et al. Chlorophyll fluorescence imaging (CFI) and laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) applied to investigate tomato plants infected by the root knot nematode (RKN) Meloidogyne incognita and tobacco plants infected by Cymbidium ringspot virus[C]//Photonics. MDPI, 2022, 9(9): 627.