植物的藥用成分快速無損分析-多功能高光譜成像技術(shù)檢測黃酮醇和多酚

反射光譜包含樣品的光譜信息與空間圖像信息，穿透傳統(tǒng)可見光局限，精準(zhǔn)反映植物內(nèi)部生理生化、成分含量、結(jié)構(gòu)差異等深層特征。生物熒光特別是植物熒光（植物自發(fā)光）則可以進(jìn)一步高靈敏度反應(yīng)植物生理狀態(tài)與生理生化狀態(tài)，如紅色和遠(yuǎn)紅波段的葉綠素?zé)晒饪梢苑磻?yīng)植物光合生理，藍(lán)綠熒光可以反應(yīng)脅迫誘導(dǎo)次級(jí)代謝產(chǎn)物狀態(tài)、植物脅迫狀態(tài)，同時(shí)可以進(jìn)一步活體檢測葉綠素、花青素、黃酮醇及氮素狀態(tài)。

Fluortron多功能高光譜成像系統(tǒng)，便是一款兼具反射光高光譜成像和植物自發(fā)光高光譜成像分析的多功能態(tài)系統(tǒng)，可同時(shí)采集反射光光譜指紋和自發(fā)光（生物熒光）光譜指紋。該系統(tǒng)適合應(yīng)用于作物表型組學(xué)研究檢測、種質(zhì)資源檢測、抗性篩選、光合表型、病蟲害早期檢測，及中藥材溯源與品質(zhì)檢測等眾多領(lǐng)域。

一、生物熒光高光譜——分析銀杏葉中的黃酮醇含量

黃酮醇是銀杏葉的主要活性成分，具有抗氧化、清除自由基等作用。利用FluorTron多功能高光譜成像的黃酮醇測量程序，獲得陽光照射條件好的銀杏葉（光照組）和常年處于陰影狀態(tài)下的銀杏葉（遮蔭組）的生物熒光高光譜信息，并計(jì)算FLAV=log（FRF_R/FRF_UV），該指數(shù)可以反映葉片表皮黃酮醇含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光照條件下銀杏葉Flav平均值為1.397，顯著大于遮蔭條件下的平均值0.861。同時(shí)，利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)活體銀杏葉黃酮含量分布的可視化。

二、反射高光譜——集合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，鑒定羅勒中的總酚含量

此前一篇發(fā)表于PLOS ONE的研究，以PlantScreen系統(tǒng)的高光譜成像功能為核心，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了藥用植物圣羅勒（Ocimum tenuiflorum L.）總酚含量的多生育期快速無損判別，為功能成分表型分析提供了可直接復(fù)用的范式。

得益于系統(tǒng)自動(dòng)化、高通量的優(yōu)勢，對(duì)26個(gè)圣羅勒品種，分3個(gè)生育期（cut1、2、3）在可見近紅外（VNIR ：355–900 nm）和短波紅外（SWIR：900–1700 nm）光譜范圍內(nèi)獲取羅勒的高光譜圖像數(shù)據(jù)。使用PlantScreen™數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)這些高光譜圖像進(jìn)行處理，包括圖像轉(zhuǎn)換處理、提取光譜信息、圖像分割、光譜統(tǒng)計(jì)、2nm間隔降維等，輸出單株平均光譜。之后經(jīng)過提取特征參數(shù)、剔除異常數(shù)據(jù)、測量總酚含量、建模等步驟，開發(fā)并評(píng)估用于表征酚類物質(zhì)含量水平的機(jī)器學(xué)習(xí)模型

結(jié)果表明，光譜與生育期強(qiáng)相關(guān)幼齡植株（第 1 茬）光譜反射率顯著更高；成熟植株（第 2、3 茬）總酚含量更高，光譜更穩(wěn)定，更適合用以預(yù)測，預(yù)測置信度更高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是的方法（AUC=0.8113，準(zhǔn)確率 = 0.7345）；XGBoost 準(zhǔn)確率次之，但效率更高（速度為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3倍）。

易科泰提供全面的光譜表型成像技術(shù)方案：

? FluorTron多功能高光譜成像技術(shù)

? PhenoTron-HSI植物高光譜表型成像技術(shù)

? PhenoPlot近地遙感成像技術(shù)

? PlantScreen植物表型成像技術(shù)

? 葉綠素?zé)晒?/span>/多光譜熒光成像技術(shù)