植物病理學是研究植物病害的病原、發生、發展以及防治的一門應用學科。它以植物病害為研究對象，探討發病的原因，或在解剖學、生理學或生物化學上，探討感染和癥狀出現的過程。為了確立防病和治病的方法，還研究形成病原的環境條件、病原體傳染途徑以及病害的診斷法等，另外還研究防病的藥劑對病原體或植物體的藥理作用，以及包括所有與植物病害有關的廣闊領域。
 

WIWAM植物表型成像系統整合了LED植物智能培養、自動化控制系統、葉綠素熒光成像模塊、植物熱成像模塊、植物近紅外成像模塊、植物高光譜模塊、植物多光譜模塊、植物CT斷層掃描模塊、等多項先進技術，以較優化的方式實現大量植物樣品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態與形態結構成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應成像分析測量、植物生長分析測量、植物病理學、性狀識別及植物生理生態分析研究等。
 

當一株健全的植物受到干擾，導致器官和組織的生理機制局部的或系統的反常植物自身表現了病狀（symptom），并能從患病部位提取出的物質具有相應病原物的病征（sigh），就是發生了植物病害。干擾植物正常生理機制的因素，主要是外來的，內在的因子導致遺傳性病害；外來的因子有的是非生物性的，有的是生物性的。因此，根據誘發病害因子的本質，植物病害可分為非侵染性病害和侵染性病害兩大類。
 

非侵染病害

植物在長期的進化歷程中，逐漸適應了各種不斷變化的環境，產生了較強的適應能力。但對各類環境因素的適應能力有一定限度，如果植物所處的環境中某些物理如光照、水分、溫度或化學因素如營養元素失調再貨生存環境發生惡化，連續不斷影響植物，其強度又較過植物忍耐限度，就會對植物的生長發育產生不利影響，擾亂正常生理和代謝活動，甚至對植物造成嚴重傷害，使植物在生理和外觀上表現異常，產生病變。
 

侵染病害

侵染性病害是植物病原物在外界條件影響下相互斗爭并導致植物生病的病害具有感染性。常見的植物病原體有真菌如黑粉病、銹病、白粉病等；卵菌如腐霉、霜霉等；原核生物以細菌為主如土壤桿菌、支原體、衣原體等；病毒如馬鈴薯Y病毒、黃征病毒、煙草花葉病毒等；高等植物如菟絲子、列當獨腳金等；原生動物如線蟲。其中以細菌、真菌、病毒、支原體和線蟲誘發的病害較普遍和嚴重，尤以真菌性病害為較，如水稻的瘟病、小麥銹病、棉花的萎蔫病等。各種病原體的生理、生態、增殖方法和生活史以及侵染寄主的方式、途徑和時期各不相同。
 

WIWAM葉綠素熒光成像模塊是革新性的植物葉綠素熒光成像系統，是專門針對整個植株成像的相機系統，成像方式為遠程成像，高分辨率和高速成像。生成圖像提供了光合作用性能信息。該模塊有兩種版本: 高分辨率版本和高速版本。同時配有分析軟件，可為科學研究和工業應用提供少有的解決方案。所依據的原理是基于持續激發成像熒光計，用以測量Kautsky響應曲線。采用了高能紅燈來使光合作用飽和，通過使用敏感相機，在不同時間點對相應曲線成像以測量F0和Fm。依賴于所拍攝圖像的有效信號/噪音比，相機積分時間是從20µs-1ms。紅光燈的典型照射強度是1000-5000µmol/(m2s)。
 

科研應用方向

植物生長、活力以及品質主要依賴于其水分吸收、營養、二氧化碳以及光合作用中光的作用。光合作用中，生成了糖和淀粉。光在此過程中作用非常關鍵，因光吸收累積了化學能，是植物生長的能量來源。脅迫條件，如干旱，惡劣溫度、病害，害蟲、除草劑以及營養缺乏會降低其生長速度。

光合作用

通過測量光合作用中的光吸收利用程度，植物的監控，活力以及品質可以數字表述：光合作用效率。該數字指示了多少百分百的光轉化到生長當中。植物可達到83%的光合效率。只意味著達83%的葉綠素捕獲光真正用于光合作用，用于糖和淀粉生產。當光合作用不起作用時，光合效率為零，沒有光被吸收用于光合作用。

葉綠素熒光

植物體內的葉綠素在光照射時發出熒光。這意味著一旦植物被紅光照射，植物發射出較深顏色的紅彩色。 使用鏡頭中的光學濾波輪，可以拍攝熒光圖片。采用特殊測量程序，可從這些熒光信號計算光合效率。
 

下圖為利用WIWAM葉綠素熒光成像模塊拍攝的高分辨率紅掌圖像。使用了CF圖： F0 and Fm, 計算了Fv/Fm 圖像。 使用的假彩表顯示了光合效率。 黑色和紅色顯示光合效率低 ，黃色和綠色顯示高光合效率 。在Fm圖中，可實現大景深（30cm）。
 

擬南芥

高分辨葉綠素熒光成像版本可用于高通量測量。1秒內對四株大型擬南芥進行拍攝。 圖像分辨率為1.4Mp,將圖片分到4個區，每幅圖像大小為 0.35 Mp 。每小時較大處理通量可達14400株。
 

小麥白粉病感染

下圖為高分辨率小麥白粉病感染圖

潛伏時間為 11 天。左圖，很難看出白粉病與葉片間的影響 (僅葉間有棕點）。計算的Fv/Fm 圖顯示葉尖大面積感染區  (紅點)。葉片下端感染 Fv/Fm圖 (右側), 人眼無法分辨。
 

WIWAM葉綠素熒光成像模塊應用案例
防御素對真菌作用模式
 

以百萬像素分辨率對Photosystem II進行全植物成像

該葉綠素熒光成像模塊以百萬像素分辨率測量熒光圖像，提供光系統II的Kautsky誘導曲線的0、I和P。熒光參數按像素計算并顯示為圖像。使用與熒光圖像相同的光學布局和光學濾光片輪捕獲多光譜圖像。這將生成葉綠素指數（與葉綠素含量相關）、花青素指數（與花青素含量相關）、NDVI（歸一化差異植被指數）、NIR和顏色的圖像。
 

新型橄欖樹防御素對近緣子囊真菌病原菌的抗真菌活性和作用模式
 

抗菌肽在植物的天然免疫中起著關鍵作用。防御素是富含半胱氨酸的抗真菌肽，具有多種作用方式。在野生和栽培的多年生橄欖樹木犀的基因組序列中發現了一個新的木犀科特異性防御素基因家族。OefDef1。1是該防御素家族的一員，在體外可有效抑制子囊菌病原菌灰霉病菌和三種鐮刀菌的生長。OefDef1.1快速滲透灰雙歧桿菌分生孢子和生殖細胞的質膜。有趣的是，它只在胚芽中誘導活性氧物種并轉移到細胞質中，而不在分生孢子中。在含有高濃度Na1+的培養基中，OefDef1.1的抗真菌活性顯著降低。令人驚訝的是，嵌合的OefDef1.1含有截形苜蓿防御素γ-核心基序肽MtDef4具有耐Na1+的抗真菌活性。在磷脂-蛋白質重疊分析中，嵌合肽與其磷脂酰肌醇伙伴的結合比OefDef1.1更強。OefDef1.1在抑制煙草和萵苣葉表面灰霉病方面也比OefDef1.1更有效。在生長培養基中添加或不添加提升濃度的Na1+，四種子囊菌病原體對OefDef1.1的反應存在顯著差異。密切相關的子囊菌病原體對這種防御素的不同反應對植物的工程抗病性具有重要意義。
 

關鍵詞：防御素，抗真菌，作用方式，橄欖樹，真菌病原體 
 

利用禾谷鐮刀菌感染的小麥穗篩選競爭性生防細菌的一種新的植物內富集方法

這項工作介紹了一種在小麥中發現新的抗赤霉病細菌生防劑的替代工作流程。與隔離物收集的大規模測試不同，我們從不同的接種物開始，在灌漿期從田間種植的小麥穗中提取微生物組。在感染禾谷鐮刀菌PH1的分離小麥穗上，產生了四個不同的微生物群落，這些微生物群落暴露在3個14天的非培養實驗富集物中。我們發現，一個細菌群落在3個周期后減少了感染癥狀，隨后選擇該細菌群落通過限制稀釋來分離細菌。所有94個分離株均在體外和植物試驗中進行了測試，并選擇了14個分離株在分離的小麥穗上進行了進一步測試。結果似乎表明，我們的富集方法導致細菌在FHB控制方面具有不同的作用模式。波斯歐文氏菌（Erwinia persicina）分離物C3的疾病嚴重程度（Fv/Fm）顯著降低，波斯歐文氏菌（Erwinia persicina）C3和假單胞菌(Pseudomonassp.)B3的真菌生物量（cGFP）顯著降低。然而，這兩種治療的真菌毒素分析顯示，DON水平沒有降低。盡管如此，安那提泛球菌(Pantoea ananatis)H3和H11以及波斯歐文氏桿菌(Erwinia persicina)H2能夠將DON濃度降低50%以上，盡管這些影響在統計學上并不顯著。最后，波斯歐文氏菌(Erwinia persicina)H2也顯示出DON對植物毒性較小的DON-3G的顯著更高的糖基化。據報道，通過富集循環分離的細菌屬在開放棲息地發育的微生物群落中占主導地位，這表明分離的細菌可以降低禾谷鐮刀菌在穗葉層上的感染壓力。

關鍵詞：小麥；禾谷鐮刀菌；生物防治；病理生物群落；獨立培養；微生物組工程；連續通過；實驗富集；葉層
 

WIWAM葉綠素熒光成像模塊是革新性的植物葉綠素熒光成像系統，是專門針對整個植株成像的相機系統，成像方式為遠程成像，高分辨率和高速成像。生成圖像提供了光合作用性能信息。該模塊有兩種版本: 高分辨率版本和高速版本。同時配有分析軟件，可為科學研究和工業應用提供少有的解決方案。所依據的原理是基于持續激發成像熒光計，用以測量Kautsky響應曲線。采用了高能紅燈來使光合作用飽和，通過使用敏感相機，在不同時間點對相應曲線成像以測量F0和Fm。依賴于所拍攝圖像的有效信號/噪音比，相機積分時間是從20µs-1ms。紅光燈的典型照射強度是1000-5000µmol/(m2s)。
 

高通量版葉綠素熒光成像系統的應用

高通量版葉綠素熒光成像系統可用于高度可控環境中進行高清多光譜成像。6Mp-16 bit相機安裝在直角坐標型機器人系統上，用于監控大量幼苗以小植株（15cm）生物脅迫效應(例如，真菌病害 ) 和生物脅迫(如干旱)。基于高度自動化sensor-to-plant原理，疾病擴散或脅迫因子效應可在植物生長時進行追蹤。另外，系統可進行小植株如浮萍Lemna minor或生長在多孔板中的部分進行成像。
 

系統還整合了RGB成像、葉綠素熒光、花青素、NIR以及GFP/RFP成像，系統可以多種方式對生物、非生物脅迫進行成像。另外，可咨詢在LAMP組織（或緊密協作單位）內的有圖像處理經驗的研究者，通過這些圖像科學計算相關測量參數，從而獲取現象可視化植物的解讀。系統安裝在高度可控的環境中，可控環境參數包括溫度、相對濕度以及照明光光譜特征(可達1000 8molm-2 s-1)。系統專門定制了自動澆水系統，用于植物澆水，同時可執行多個澆水方案。

真菌基因組編輯

進行表型組學以及基因編輯技術的組合研究：研究者可進行植物病害修飾或標記和有益菌研究，幫助我們以前所未有的分辨率揭示植物與微生物互作。基于同源重組技術和較先進基于Crispr技術的轉化平臺可在幾種真菌上進行，如鐮刀菌、曲霉以及枯菌。
 

生物分析和生物報告植物

例如該系統可高通量進掃描新型生物活性分子或具有除草劑或生物刺激素作用的新農業化學品。使用生物報告有機物如啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae，帶人雌激素受體，浮萍Lemna minor以及擬南芥（Arabidopsis thaliana）
 

葉綠素熒光成像模塊其它應用
 

硼酸和苯硼酸防治番茄早疫病
 

摘要

在當代農業中，找到一個合適的替代品來替代現有為數不多的抗真菌藥物是一項至關重要的任務。因此，在全球范圍內進行了深入的研究，以發現能夠抑制對目前使用的抗真菌藥物具有耐藥性的病原體的環境友好且高效的藥物。在這里，我們測試了硼酸（BA）及其衍生物苯硼酸（PBA）在控制致病真菌鏈格孢菌侵染番茄植株早期枯萎病癥狀中的活性。通過跟蹤受試植物葉片上病變的外觀和強度，以及測量反映植物健康的四個選定生理因素，我們已經證明BA和PBA對真菌感染都有預防作用。可通過減少早疫病癥狀的數量和嚴重程度以及防止真菌接種后發生的生理特性惡化來做到這一點。苯硼酸在抑制交替鏈球菌感染方面更有效。因此，我們得出結論，BA，甚至PBA，可以作為防治番茄早疫病的藥劑，因為它們既有效又環保。

關鍵詞：植物病害；抗菌作用；預防；抗真菌活性；可持續管理

輪狀鐮刀菌與黃曲霉的植物體內外相互作用

受夏季氣溫升高和熱浪發生率升高的驅動，僅次于輪狀鐮刀菌，歐洲玉米中黃曲霉的發病率預計會增加。在目前的研究中，研究人員調查了這兩個物種之間的相互作用。黃曲霉/輪狀芽孢桿菌菌落生長在在單一培養基、雙重培養基和混合培養基中。黃曲霉和輪狀假絲酵母菌與其他物種在雙重或混合培養中的生長速度明顯低于在單一培養中的生長速度。在大多數情況下，雙重或混合接種對真菌毒素產生負面影響。在植物體內，雙重接種導致黃曲霉的病變減少，而黃曲霉的存在對黃曲霉的病變大小和毒素產生無影響。混合接種導致的病變比單一黃曲霉接種大112%，比單一輪狀芽孢桿菌接種小9%。伏馬菌素水平比單次接種高17%。在輪狀芽孢桿菌接種前兩天出現黃曲霉的情況下，輪狀芽孢桿菌的病變大小比單次輪狀芽孢桿菌接種小55%，伏馬菌素的產生幾乎被完全抑制。黃曲霉和輪狀假絲酵母菌之間的相互作用是高度動態的，取決于實驗條件、測量的變量以及它們在兩個接種點、同時在一個接種點或一個物種在另一個接種點的現有病變中的定殖方式。