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研究背景植物胁迫会引起叶片细胞结构和色素组成的改变,但现有检测方法难以兼顾无损分析、组织分层与光谱表征。传统视觉和RGB成像灵敏度有限,生化与分子检测具有破坏性,常规高光谱成像缺乏深层结构信息,而高分辨率显微技术又难以同步获取连续光谱。因此,亟需构建兼具高空间分辨率、高光谱分辨率和光学层析能力的成像平台,实现完整叶片结构与色素变化的同步、分层和无损检测。近日,新加坡南洋理工大学与曼尼帕尔高等教育学院曼尼帕尔理工学院的研究人员开发了一套结构光照明高光谱显微镜。该系统将结构光照明显微成像的光学层析能力与高光谱成像的精细光谱识别能力结合,可对完整叶片开展分层、无损的结构与色素表征。相关成果发表于《Information Processing in Agriculture》。图1.结构光照明高光谱显微镜实验方案。研究方法研究团队构建了结构光照明高光谱显微镜(SIHM),以超连续谱激光器为光源,通过空间光调制器生成不同方向和相位的正弦结构光,并利用Resonon Pika XC2高光谱成像仪采集叶片图像,经光学切片算法重建获得具有深度分辨能力的高光谱图像。研究以野胡椒叶片为对象,分别对上表皮、叶肉和下表皮进行分层成像,并采集健康、黄化和坏死区域的高光谱数据,结合线性光谱解混和NDVI分析,比较不同组织层及健康状态下的结构特征与色素分布。Resonon Pika XC2光谱参数:光谱范围:400-1000 nm;空间通道数:1600;Bin光谱通道数:447;光谱分辨率:1.9 nm; 图2.图a)和b)分别使用传统高光谱显微镜和SIHM(波长λ = 640 nm)在z = 70 μm处对叶肉组织进行成像。比例尺代表40 μm。 图3.叶片不同深度处的SIHM图像。 图4.利用开发的SIHM记录了a)健康叶片、b)黄化叶片和c)坏死叶片样本区域的高光谱数据立方体。d)从健康、黄化和坏死...
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