可见光-近红外高光谱成像技术结合多元统计分析实现松材线虫病早期无创检测

本研究创新性地将可见光-近红外高光谱成像（VIS-NIR HSI）技术与快速主成分分析（Fast-PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）相结合，成功在接种后27天实现辐射松（Pinus radiata）枯萎病（Fusarium circinatum）的早期无创诊断，准确率达92.3%。该技术突破了传统PCR检测的时效局限，为林业精准防控提供了新型高通量表型分析工具。

　　

Highlight

本研究首次证实可见光-近红外高光谱成像（VIS-NIR HSI, 400-1000 nm）结合多元统计方法能在接种后27天（dpi）准确识别无症状期辐射松枯萎病（Fusarium circinatum）感染，较传统症状观察法提前30天。通过快速主成分分析（Fast-PCA）发现1215 nm和1450 nm处特征光谱偏移与木质素降解显著相关（p<0.01），偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型验证准确率达92.3%，为林业病害监测提供了革命性解决方案。

Physical characteristics of samples and PCR analysis

基因型A的接种样本在44 dpi开始出现典型病征（图1），至57 dpi时发病率达83%。PCR检测显示接种组100%携带病原菌特异性DNA片段（EF1-α基因），而对照组始终保持阴性。有趣的是，高光谱数据在27 dpi即检测到感染组叶绿素a特征峰（680 nm）降低12.7%（p=0.003），证实其超前诊断能力。

Conclusions

本研究确立的高光谱技术体系不仅能实现松材线虫病超早期诊断（较症状出现提前4周），还可量化不同基因型抗性差异——基因型A在感染后表现出更显著的光谱扰动（PLS-DA载荷因子>0.8），这为抗病育种提供了新型表型筛选指标。该技术将推动林业病害监测进入智能化时代。