[发明专利]一种在线诊断并分级作物病害的叶绿素荧光成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种在线诊断并分级作物病害的叶绿素荧光成像系统和方法，包括：暗适应单元、叶绿素荧光成像单元和自动传送单元；将暗适应室与叶绿素荧光成像室相连通，作物从进入暗适应室起，完成暗适应后；到达成像室，载物平台可将植株平行运送到测量中心位置，载物平台上的圆台还可根据植株高度对植株进行升降及旋转操作，直至达到合适的测量位置；叶绿素荧光成像室对植株进行实时检测，可设置实验程序实现自动循环测量，成像数据自动存入计算机并进行在线的数据分析，计算机根据所测叶绿素荧光动力学参数中的光化学量子效率Fv/Fm、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数qN这三个参数诊断作物是否感病以及对感病作物的病害进行分级。

技术领域

本发明涉及作物叶绿素荧光成像技术，特别涉及一种在线诊断并分级作物病害的叶绿素荧光成像系统及方法。

背景技术

作物病虫害是影响作物品质及产量的重要因素，作物病虫害常具有暴发型、毁灭性和突发性等特征，是我国农业生产上主要的生物灾害。农作物病害种类多、影响大、灾害性强，在导致农产品产量和质量下降的同时，还会引起农药的大量投入以及防治费用的上升，从而增加了农业生产成本并造成严重的环境污染。因此，农作物中病虫害的防治是维持农业可持续发展的主导因素。作物的染病大致可分为接触期、侵入期、潜育期和发病期，传统检测作物病害主要有传统技术诊断，免疫反应的利用和基于病原物核酸的方法，各有优缺点但大多耗时耗力、操作复杂，不适用于在大批作物中挑选出合适的抗病品种。以油菜菌核病为例，可对作物不同器官(根、茎、叶)，不同生长期(苗期、抽薹期、花期、角果期)进行作物抗病性的实验研究，挑选出高抗病性的表型对作物后期育种至关重要。

叶绿素荧光现象是指经过暗适应的植物经光照条件后，叶绿素荧光先迅速上升到一个最大值，然后逐渐下降，最后达到一个稳定值的过程。作物光合作用的多数变化都可以通过叶绿素荧光反应出来，叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，具有特异性、高灵敏度的特点，能快速反映植物生理生态状况，并且能够实现无损检测，在突变株筛选、病虫害检测、表型分析等众多领域都有着广泛的应用。但目前存在暗适应时间等待过长，无法实现自动进样和病害分级及在线监测等问题，因此急需一种用于在线诊断作物病害及可进行病害分级的叶绿素荧光成像系统及装置。

为了弥补原有技术手段的不足，该在线检测系统，优势之一在于将暗适应室与成像室相连通，克服了传统方法需要人工将作物批量暗处理的弊端，将作物的暗适应处理流水化，暗适应状态下的叶片，PSII(光系统II)处于完全开放状态，将充分暗适应后的叶片用微弱的调制测量光照射后测得最小荧光Fo，再用饱和光闪照射叶片，PSII完全关闭，此时测得最大荧光Fm，Fm与Fo之差为Fv，Fv/Fm即为PSII光化学反应的最大光量子效率。正常植物叶片的Fv/Fm为0.82-0.84，感病作物的光合作用性能下降，PSII活力降低，Fv/Fm、qP和qN等参数均低于正常植株，因此可依据这些叶绿素荧光动力学参数的变化对作物的病害进行分级，对病害的早期诊断对高抗病作物的筛选和育种有重要影响。

发明内容

本发明公开了在线诊断并分级作物病害的叶绿素荧光成像系统及方法，实现了基于叶绿素荧光成像系统对作物病害的在线诊断与分级。本系统不仅解决了传统检测方法需要人为将作物提前暗处理的弊端，将暗适应处理流水化，并且设置了自动升降旋转操作台，可根据作物的高度自动调节到合适的测量位置，与传感器相连的计算机可根据预设的程序实现自动循环测量。本系统具有自动化程度高，检测快速、无损并且适用范围广泛等特点。系统适用于但不限于水稻、油菜、茄科类蔬菜等典型真菌病害的早期快速诊断。具体技术方案如下：

一种在线诊断并分级作物病害的叶绿素荧光成像系统及方法，包括：

1)作物经传送带系统依次到达与叶绿素荧光成像室相连的暗适应室中，从进入暗适应室起，至检测完毕，全程处于黑暗条件下，作物在进入叶绿素荧光成像室前需要20min的暗适应处理，每次叶绿素荧光成像需要210s，暗适应室每次容纳六盆作物，最先进入暗适应室的作物在经过20min的暗适应后，进入叶绿素荧光成像室，同时又有一盆作物进入暗适应室，依次循环，将暗适应处理流水化；