摘要：種子健康測試非常耗時，需要對種子上致病真菌的特性進行大量測試。奧胡斯大學在菠菜（菠菜屬）上試驗了一種利用多光譜視覺系統識別不同真菌感染表面特性的新方法。我們的研究表明，波長在395-970 nm之間的多光譜成像可用于區分未感染的菠菜種子和感染黃萎病、鐮刀菌、葡萄莖葉菌、枝孢菌和交鏈孢菌的種子。基于平均像素強度、典型判別分析（CDA）和Jeffries Matusita分類（JM）距離的分析分離表明，近紅外光譜（NIR）和可見光譜（VIS）的組合能夠從80-100%范圍內的受感染種子中識別未受感染的種子。僅使用NIR進行分類，未感染和鐮刀菌感染種子之間的分離率為26-88%。鏈格孢菌和鐮刀菌可以相互區別，也可以與枝孢菌、輪枝菌和莖葉菌相區別。枝孢菌、輪枝菌和莖葉菌的分離在實際應用之前需要進一步發展。
 

圖1.六類自然感染種子在不同波長下的像素強度平均值。平均值的計算基于多光譜圖像中18×18像素的ROI
 

圖1所示的曲線圖顯示了19種不同波長下所有六種種子類別的像素強度平均值。在較低波長（395-505nm）下，所有六類的平均強度均低于40。在波長850-970 nm處，未感染和鐮刀菌屬感染的種子的平均值高于其他種子（強度高于110），而鏈格孢菌感染的種子的平均值低于30。同一類種子之間的差異表明，鏈格孢菌具有一致的特征，與輪生菌屬和葡萄莖葉菌相比，其通過近紅外波長測量的像素強度在60-120之間變化。未感染和鐮刀菌感染的種子更為均勻，但干擾了其他兩類（數據未顯示）。
 

圖2.用可見光（550nm）（a）和近紅外光（890nm）（b）拍攝六組種子的圖像。種子分為六組，每組三個種子：1）未感染種子，2）葡萄莖葉菌3）鐮刀菌屬，4）枝孢菌屬，5）輪枝菌屬和6）交替鏈格孢菌

在代表可見光波長（395-700 nm）的圖片中，所有種子都呈現黑色，無法區分六種種子類別（圖2a）。在代表NIR波長（850-970 nm）的圖片中，可以從視覺上區分未感染的種子和受感染的種子，但鐮刀菌屬受感染的種子除外，它們看起來像未感染的種子（圖2b）。在六個類別的反射分布模式（以像素強度測量）中，比較了人工感染和自然感染的種子（圖3）。NIR波長由基于890 nm數據的曲線圖表示。對于自然和人工感染的種子，顯示了三組模式，其峰值分別為低（鏈格孢菌）、中（莖葉菌、枝孢菌和黃萎病）和高像素強度（未感染和鐮刀菌）（圖3 c+d）。在以550 nm表示的可見光波長中，沒有組，但自然和人工感染種子的低像素強度的類的峰值（圖3 a+b）。
 

圖3.顯示六個種子類別的反射率分布的圖：在550nm處捕獲的人工感染種子；灣在550nm處捕獲的自然感染種子；C。人工感染的種子在890nm和d.自然感染的種子在890nm處捕獲

使用可見光和近紅外波長進行成對比較的結果表明，在所有六個種子中，15對中只有3對可以完全分離（數據未顯示）。一般來說，未感染的種子可以從真菌感染的種子中分離出來，只有少數種子的JM距離在80-94%之間。黃萎病菌、枝孢菌和葡萄莖葉菌的分離獲得較低的JM值，表明它們更難分離。
 

基于近紅外區域波長的Jefferies Matusita距離給出了類似的結果，除了從鐮刀菌屬感染種子分離的未感染種子，其中JM值范圍為26-88%（表2）。表3中基于可見光波長的數據中發現了對比結果，其中鐮刀菌屬感染和未感染種子的JM距離范圍為92-100%。通過比較葡萄莖葉菌、黃萎病菌屬、鐮刀菌屬和枝孢菌屬，發現了14-100%的數值（表3），表明當使用可見光波長作為唯一的測量方法時，將真菌感染的種子彼此分離更加困難。