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利用近端遥感区分非病毒性和病毒性昆虫媒介—数据抗干扰性的证明及重要性

日期: 2020-07-10
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利用近端遥感区分非病毒性和病毒性昆虫媒介—数据抗干扰性的证明及重要性

近端遥感作为昆虫病媒中植物病原检测的诊断工具,有两个基本假设。首先,通过昆虫媒介获得植物病原体会引起昆虫媒介的生理变化;也就是说,病原体可能只存在于非常特殊的组织或器官(如唾液腺),但它可能引起昆虫媒介对病原体的系统生理变化/反应。其次,根据体表反射特征,即使在杀死昆虫标本,并将其储存在70%的乙醇中以后,也能检测到病原体对昆虫生理学的影响。最近对后一种假设进行了调查,并证明建议将样本储存在70%乙醇(与50%或90%相比)中。这项研究表明,在70%乙醇中储存长达数周的时间对昆虫样品反射特性的影响微乎其微。这些技术细节非常重要,因为它们强调了昆虫标本可以在现场收集、储存在70%乙醇中,并可以在进行诊断成像测试之前装运,但是在开始广泛试验之前,应评估每种昆虫的这种效果是否可行。


越来越多的学者开始研究利用近端遥感技术来检测和诊断植物和昆虫病媒中的病原体,这说明这种基于反射的技术可用于改进检疫和检验工作以及区域作物疾病监测。也就是说,与商业诊断实验室目前提供的基于PCR和酶联免疫吸附试验的服务类似,反射的技术似乎也拥有提供此类服务的潜力,以便农业利益相关者能够将昆虫样本运送到这些实验室,并获得关于感染率的快速、可靠和经济有效的数据。

利用近端遥感区分非病毒性和病毒性昆虫媒介—数据抗干扰性的证明及重要性

遥感数据是在与先前研究类似的环境条件下从单个成年甜菜叶蝉样本中获取的。成体样本的年龄、性别和交配状态未知,目的是模拟成体甜菜叶蝉在田间采样时遇到的变异。使用安装在样本上方20 cm处的推扫式高光谱照相机(PIKA XC;Resonon公司),在人工照明(四个15 W 12 V灯泡,透镜两侧各有两个)下以约50像素mm-2的空间分辨率获取高光谱图像。高光谱相机的主要规格为FireWire IEEE 1394B接口、14位数字输出和7°角视场。物镜的焦距为17 mm(最大光圈为F1.4),对近红外和可见近红外光谱进行了优化。在383至1036 nm(光谱分辨率=2.1 nm)的240个光谱带中获得了反射率数据,包括435至1008 nm的210个光谱带。为避免低信噪比,将所获得频谱两端的频谱数据忽略。随着谱带数量超过样本数量(第一组数据=70个样本,第二组数据=100个样本,第三组数据=112个样本),主要关注的是由休斯效应或违反节俭原则而导致的模型过度拟合。因此,进行了光谱分块,将原始210个光谱带,转换为70个光谱带(光谱分辨率=6.3 nm)。


【结论】本研究的结果表明,作为概念的证明,近端遥感技术可以用来诊断昆虫媒介是否携带重要的植物病原体。然而,这项技术的成功大规模商业应用将取决于最大限度地提高输入反射率数据抗干扰性的能力。一些文献强调了低反射率和不一致反射率数据的抗干扰性,这是对不同对象基于反射率分类精度产生不利影响的主要挑战(包括植物和昆虫样品)。然而,据我们所了解,这是第一个研究,其中反射数据的抗干扰性已被检验。由于与现有诊断方法相比,样本成本可能更低,处理时间也可能更短,因此区域性害虫管理组织可以开发具有高空间和时间分辨率的综合数据库,以便对新疾病暴发的时空流行病学进行特征化与控制。


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