基于日光诱导叶绿素荧光的柑橘黄龙病原位诊断

来源：农业工程学报杂志2022年第9期北京时间：

作者：陈硕博,沈煜韬,谢鹏尧,陆旭琦,何勇,岑海燕,

摘要：柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB）是柑橘生产中的毁灭性病害，柑橘植株遭到黄龙病菌侵染后光合能力发生变化而后表现出相应的黄化症状。及早实现HLB的原位快速诊断是防控HLB的重要手段。为探究黄龙病菌侵染柑橘叶片的光合响应机制并实现HLB的原位诊断，该研究分析了健康（Healthy）、未显症HLB（asymptomatic HLB, aHLB）、显症HLB（symptomatic HLB, sHLB）以及黄斑病（Macular，症状与黄龙病相似）柑橘叶片的光合参数与光合色素含量差异。利用光谱技术与日光诱导叶绿素荧光（Sun-induced Chlorophyll Fluorescence, SIF）技术分析了4种类型柑橘叶片的反射率光谱与SIF光谱差异。采用竞争自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling, CARS）算法结合反射率光谱筛选出特征波段，采用SIF光谱的峰值位置（687和741 nm）构建了上行（Upward, Up）和下行（Downward, Dw）SIF产量指数（Up687, Up741, Dw687, Dw741, Up687/741, Dw687/741）。进一步分别利用特征波段的反射率和SIF产量指数，结合K最邻近（K-nearest Neighbor, KNN）分类算法构建了柑橘黄龙病的诊断模型。结果表明，黄龙病菌的侵染使柑橘叶片的光合作用明显减弱，在未显症时期已经表现出来，证明了SIF技术在诊断早期HLB的优势。基于特征波段反射率的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为72.7%和75.6%，健康叶片和黄斑病叶片分别为82.2%和64.1%，而基于687和741 nm波长处的上行比值SIF产量指数Up687/741构建的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为84.8%和91.1%，健康和黄斑病叶片分别为88.9%和82.1%，均优于反射率光谱模型。结果证明了SIF技术用于诊断柑橘HLB的潜力，为实现柑橘HLB的田间原位、快速、早期诊断提供了可能。

关键词：光谱, 光合作用, 柑橘, 黄龙病, 日光诱导叶绿素荧光, 光合参数, 光合色素