高(gao)光(guang)譜成(cheng)像技(ji)術用於(yu)檢(jian)測(ce)植(zhi)物根系與(yu)葉片重(zhong)金屬(shu)含(han)量(liang)

重(zhong)金屬(shu)汙(wu)染(ran)是全(quan)球性(xing)環(huan)境(jing)問(wen)題。重(zhong)金屬(shu)如(ru)鎘(ge)（Cd）、鉛(qian)（Pb）、銅(tong)（Cu）、鉻（Cr）、砷（As）等(deng)在(zai)土(tu)壤(rang)中的(de)過量(liang)存(cun)在(zai)會(hui)影(ying)響(xiang)土壤的(de)肥力和植物的(de)營養(yang)吸(xi)收。這(zhe)些重(zhong)金屬(shu)能(neng)夠通(tong)過根系進入(ru)植(zhi)物體內(nei)，影響(xiang)植物的(de)正常(chang)生長發育(yu)，導致生長緩慢、葉(ye)色(se)變黃(huang)、產量(liang)下(xia)降(jiang)，甚(shen)至(zhi)死(si)亡；同(tong)時會(hui)通(tong)過食(shi)物鏈(lian)對人類(lei)健(jian)康造(zao)成(cheng)威脅。

江蘇大學(xue)電子與(yu)信(xin)息(xi)工程(cheng)學(xue)院等(deng)研(yan)究(jiu)學者以(yi)油菜(cai)為實(shi)驗(yan)對象(xiang)，使用添(tian)加(jia)不同(tong)濃(nong)度Pb試(shi)劑(ji)的(de)營養(yang)液灌(guan)溉12天(tian)，采用離(li)體的(de)方(fang)式(shi)分別進(jin)行葉(ye)片和根系的高(gao)光(guang)譜成(cheng)像。使(shi)用支(zhi)持(chi)向(xiang)量(liang)機(ji)（SVM）和SAE深(shen)度神經(jing)網(wang)絡對樣品(pin)中的(de)鉛（Pb）含(han)量(liang)建立(li)模型並(bing)預(yu)測，發現(xian)SAE深(shen)度神經(jing)網(wang)絡模型精度較高(gao)。在(zai)SAE模型的基(ji)礎(chu)上(shang)使(shi)用遷(qian)移學(xue)習(xi)的(de)方(fang)法(fa)得到T-SAE模型，並(bing)對油(you)菜葉片和根系中的(de)Pb含(han)量(liang)進(jin)行預(yu)測(ce)，發現(xian)其精(jing)度有(you)所(suo)提(ti)升(sheng)，油(you)菜葉片R²達(da)到0.92，根系R²達(da)0.93。基(ji)於(yu)此可(ke)以(yi)發現(xian)高(gao)光(guang)譜成(cheng)像技(ji)術結(jie)合深(shen)度神經(jing)網(wang)絡能(neng)夠對油(you)菜植物中的(de)重(zhong)金屬(shu)Pb進(jin)行定(ding)性(xing)定(ding)量(liang)檢(jian)測(ce)。

北(bei)京(jing)易科(ke)泰(tai)生態(tai)技術(shu)有(you)限公司推(tui)出的(de)RhizoTron^®植(zhi)物根系高(gao)光(guang)譜成(cheng)像系統，該(gai)系統基(ji)於(yu)根窗(chuang)技(ji)術和多功能(neng)高(gao)光(guang)譜成(cheng)像技(ji)術，可同(tong)時對植(zhi)物根系（roots）和地(di)上(shang)冠(guan)層（shoots）進(jin)行原位多功能(neng)高(gao)光(guang)譜成(cheng)像，進(jin)而從反(fan)射光和熒(ying)光的(de)兩(liang)個(ge)高(gao)光(guang)譜維度對植(zhi)物及(ji)根系樣品(pin)的理(li)化性(xing)質(zhi)、生化組分、生理狀(zhuang)態(tai)進行綜(zong)合分析，為植物表(biao)型(xing)研(yan)究(jiu)和生理生態(tai)研(yan)究(jiu)提供了(le)壹(yi)種(zhong)高(gao)效、無損的監(jian)測手(shou)段(duan)。通(tong)過非接(jie)觸(chu)、非損(sun)傷(shang)、數字化和可(ke)視化技(ji)術(shu)，為植物地(di)上(shang)及(ji)地(di)下(xia)部位形態(tai)、生理生化特性(xing)及(ji)其與(yu)環(huan)境(jing)互(hu)作(zuo)關系的研(yan)究(jiu)提供了(le)強有力(li)的支(zhi)持(chi)。

隨著(zhe)高(gao)光(guang)譜成(cheng)像技(ji)術與(yu)深(shen)度學(xue)習(xi)模型的結(jie)合，不(bu)僅能(neng)夠對植(zhi)物體內(nei)（地(di)上(shang)冠(guan)層、地(di)下(xia)根系）的重(zhong)金屬(shu)含(han)量(liang)進(jin)行更(geng)精(jing)確(que)的(de)評估(gu)，而且為環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)和植物健(jian)康研(yan)究(jiu)提供了(le)新(xin)的(de)可能(neng)性(xing)。展(zhan)望未(wei)來(lai)，易(yi)科(ke)泰(tai)生態(tai)將(jiang)繼(ji)續深(shen)耕於(yu)生態(tai)健康領(ling)域(yu)，為環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)和植物健(jian)康研(yan)究(jiu)貢獻(xian)自己(ji)的力量(liang)！