基于ImageJ的低成本小麦叶锈病定量评估方法：RONUM工作流程与离体叶及无土整株感染测定

《Plant Methods》：A rapid, semi-automated image-based method for quantitative assessment of rust disease progression in wheat

　　

摘要

背景

叶部病害的快速客观评估对于筛选寄主反应和评估新型防治剂至关重要。我们开发了一套互补的低成本方法用于定量评估小麦叶锈病，结合了基于 ImageJ 的病害定量工作流程（RONUM）以及离体叶和无土整株感染测定。

结果

在用户引导的校准后，RONUM 实现了对病害指标的半自动量化。针对来自整株叶片扫描和离体叶的人工校正参考图像集，病害估计值与参考测量值显示出高度一致性，并在多用户独立校准以及针对参考掩模的像素一致性优化后具有可重复性。与另一篇已发表的 ImageJ 工作流程相比，RONUM 也显示出与人工校正测量值更吻合，特别是对于包含黄化、坏死或叶片健康状况不佳的图像。对后处理选项进行了定量评估，显示其对总锈孢子堆面积估计影响甚微，但对锈孢子堆数量估计有显著影响。提出了两种互补的感染测定来展示该量化工作流程的应用实例：一种无土整株测定，用于在 18 天感染时间过程中非破坏性地追踪叶锈病发展；以及一种台式规模的离体叶测定。该离体叶测定在具有不同病害表型的 13 个小麦品系中提供了可重复的病害量化。对黄化与锈孢子堆面积比的探索性量化极大地区分了感病品系和携带小种特异性 Lr 抗性的品系，展示了一种潜在应用，用于收集通常无法通过基于图像的量化获得的具有生物学相关性的表型数据。最后，开发并评估了一种带有尼龙网处理储液器的改良离体叶测定，通过建立丙环唑杀菌剂制剂的剂量 - 反应曲线进行评估，估计 IC?? 为 20.49 ppm 制剂（95% 置信区间 14.64–28.11 ppm）。

结论

这些方法使用标准实验室设备和免费软件，为定量小麦锈病研究提供了便捷的工具。RONUM 的主要价值在于能够灵活校准到各个实验系统，随后在重复数据集上进行快速且一致的量化，并提供必要的注释和输出摘要以简化记录保存。结合互补的整株和离体叶测定，该工作流程能够对病害进展进行定量评估，并筛选候选处理或潜在性状。虽然需要进一步验证，但这些工具的初步应用突显了其在基于图像的农艺性状表征方面的潜在应用。