[發明專利]基于葉綠素熒光成像的綠豆葉斑病的早期檢測方法

有效

• 申請號: 202010999601.3
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112179881B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 吳然然;陳新;李靈慧;袁星星;薛晨晨;陳景斌;閆強;林云
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種基于葉綠素熒光成像的綠豆葉斑病的早期檢測方法，通過葉綠素熒光成像系統獲取接菌不同天數的及未接菌綠豆葉片的葉綠素熒光參數，利用主成分分析(PCA)進行降維處理，選擇解釋率超99％的主成分作為輸入，建立三次多項式支持向量機(Cubic?Support?Vector?Machine，Cubic?SVM)檢測模型。本發明可以實現綠豆葉斑病的早期檢測，且具有快速精準、無損且操作簡便等優點，可為農業生產中精準防治該病害提供參考。

技術領域

本發明涉及農作物病害無損檢測領域，特別是涉及一種基于葉綠素熒光成像的綠豆葉斑病的早期檢測方法。

背景技術

綠豆葉斑病是我國及亞洲地區綠豆生產上危害最嚴重的真菌病害之一，該病害是由變灰尾孢菌(Cercospora?canescens?Ell.et?Martin)引起的，病原菌主要侵染植株的葉片，以開花結莢期受害最嚴重。病害的發展一般分為侵入期、潛育期、發病期三個階段，若可以在發病早期及時檢測到病害，適時施藥，可以有效地阻止病害的擴展，減少農藥施用和環境破壞。傳統的病害檢測在實際的農業生產中有很多的不足。肉眼觀測無法準確客觀的對植物病害作出評價，且難以成規模的檢測。光學顯微鏡技術、透射電子顯微鏡技術、生物測定技術、血清學技術、PCR技術等雖然能夠進行精確的檢測，但是需要專業人員操作，且費時費力，因此這些技術難以應用到實時的農田病害在線檢測。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種基于葉綠素熒光成像技術的綠豆葉斑病早期檢測方法，方法中Cubic-SVM算法模型預測精度較高，提供了一種綠豆葉斑病的早期快速無損檢測手段。

技術方案：本發明關于一種基于葉綠素熒光成像的綠豆葉斑病的早期檢測方法，包括如下步驟：

(1)選取同等種植條件下的綠豆植株，并設置試驗組和對照組，試驗組在復葉期進行致病菌菌絲塊接種；對照組為未接菌綠豆植株；其中，試驗組接種包括在綠豆長出第一組復葉時，選擇健康復葉進行變灰尾孢菌菌絲塊的接種；

(2)采用葉綠素熒光成像系統(FluorCam?FC800)獲取試驗組和對照組的葉綠素熒光數據；

其中，熒光成像前對植株進行暗處理，暗處理時間大于25分鐘；且分別取試驗組接種1天、2天、3天及相應對照組的綠豆葉片進行數據獲取。

(3)采用主成分分析(PCA)的方法對數據進行降維處理，以主成分分析降維后的數據作為輸入進行模型訓練；

(4)對試驗樣本獲取的響應最敏感的熒光參數和熒光圖像隨接種天數的變化趨勢進行了分析；

(5)利用MATLAB2019a軟件Classification?Learner工具箱構建綠豆葉斑病機器學習模型，采用Cubic-SVM算法模型對采集的葉綠素熒光數據進行訓練及預測。

其中，步驟(1)中，綠豆統一種植在溫度和濕度可控的人工氣候室中。接種用變灰尾孢菌菌塊先在V8培養基上28℃培養7d。接菌時，利用無菌的6mm打孔器取新鮮培養的變灰尾孢菌邊緣部分，將菌絲一面貼于綠豆葉片的中央且偏離葉脈的位置。最后將接種好的綠豆植株移至25℃人工氣候室并進行保濕處理，保證葉片發病條件。

本發明主要檢測在綠豆葉片未形成明顯可見病斑及可見微小病斑時期，采用接種后1、2、3d的綠豆葉片各150片及正常未接種葉片100片作為供試樣本。

步驟(2)中，本系統中熒光成像前需要對植株進行充分的暗處理(25min以上)，保證光合反應中心PSII處于完全開放狀態，葉綠素中的原初電子受體完全失去電子，處于最大氧化態。