摘 要：雙孢蘑菇疣孢霉病是由有害疣孢霉菌Mycogone perniciosa引起的、破壞性極強的真菌類病害，且該病害檢測困難耗時，往往導(dǎo)致菇房絕收，菇農(nóng)收益損失嚴(yán)重。早發(fā)現(xiàn)、早處理能夠有效解決病害帶來的經(jīng)濟損失和農(nóng)藥殘留超標(biāo)等質(zhì)檢問題。因此，本研究將能夠快速無損檢測的高光譜成像技術(shù)應(yīng)用到雙孢蘑菇病害早期鑒別。以雙孢蘑菇菌Agaricus bisporus子實體為試材，對健康染病雙孢蘑菇生長早期子實體樣本采集菌蓋的全波段(401～1046 nm)可見/近紅外高光譜圖像信息，利用多元散射校正(MSC)進(jìn)行預(yù)處理，采用決策樹(DT)提取特征波段，對比隨機森林(RF)和極限學(xué)習(xí)機(ELM)兩種模型對健康和染病雙孢蘑菇鑒別準(zhǔn)確度。利用DT選取401.00、951.59、978.09、1006.59和1044.90 nm為鑒別病害的特征波段。對比RF和ELM所建模型效果，得到MSCDTELM模型檢測效果最優(yōu)，測試集和預(yù)測集總體樣本鑒別準(zhǔn)確度分別為92.39%和91.32%。結(jié)果表明，該模型可以有效提高基于全波段的雙孢蘑菇疣孢霉病早期的鑒別準(zhǔn)確度，得到基于高光譜成像技術(shù)的便捷準(zhǔn)確鑒別雙孢蘑菇病害早期的模型，同時，為進(jìn)一步開發(fā)雙孢蘑菇病害早期的多光譜設(shè)備提供了理論依據(jù)和方法。

　　關(guān)鍵詞：雙孢蘑菇;高光譜成像技術(shù);病害早期檢測;鑒別

　　雙孢蘑菇Agaricus bisporus，又稱白蘑菇或紐扣蘑菇，是最常見的栽培蘑菇品種之一，目前在70多個國家進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)[1]。其肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)豐富[2]，具有重要的經(jīng)濟價值，已在全國各地推廣種植[3]。隨著雙孢蘑菇生產(chǎn)和栽培規(guī)模日益擴大，其病害的發(fā)生與危害也逐年加重，經(jīng)濟效益大幅下降，嚴(yán)重挫傷菇農(nóng)生產(chǎn)積極性，成為制約雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素[4]。雙孢蘑菇疣孢霉病，又稱褐腐病、泡濕病，是一種土傳真菌性病害，具有普遍性、強危害性，特別嚴(yán)重的得病菇房減產(chǎn)達(dá)50%～60%。其病原菌為有害疣孢霉Mycogoneperniciosa Magnus Delacr.，屬于子囊菌門Ascomycota、糞殼菌綱Sordariomycetes、肉座菌目Hypocreales、肉座菌科Hypocreaceae、疣孢霉屬Mycogone[5]。我國大部分人工栽培的雙孢蘑菇對疣孢霉病高度敏感，且自抗性較差，至今尚未發(fā)現(xiàn)對疣孢霉病有免疫的菌株[6]。有害疣孢霉菌對雙孢蘑菇子實體侵染的發(fā)病率，高于有害疣孢霉菌在覆土層中間侵染雙孢蘑菇菌絲[7]。當(dāng)雙孢蘑菇菌絲逐漸扭結(jié)到產(chǎn)生菇蕾時，是該病原菌侵染的有利時機。雙孢蘑菇被疣孢霉菌侵染后形成畸形病菇，染病雙孢蘑菇布滿菇房，健康雙孢蘑菇被徹底侵蝕瓦解[8]。但，其具有傳染性強、早期癥狀不明顯、潛伏期長等特點，有經(jīng)驗的菇農(nóng)最快也要在雙孢蘑菇子實體小菇期后才能鑒別染病與否，或者采用內(nèi)源轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(ITS)基因片段的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)鑒定[9]以及傳統(tǒng)的柯赫氏法則[10]等有損耗時的檢測方法。這些方法都需要對雙孢蘑菇進(jìn)行離體檢測，耗時長，得到檢測結(jié)果時，雙孢蘑菇疣孢霉病已蔓延菇房，無法起到及時提醒菇農(nóng)病害發(fā)生并采取措施阻止病害進(jìn)一步擴散的目的。因此，需在病害發(fā)生的早期(小菇期之前)能夠快速、無損地鑒別出染病雙孢蘑菇，幫助菇農(nóng)及時清除染病雙孢蘑菇，及時止損，保證菇房健康雙孢蘑菇的品質(zhì)，極大降低病害發(fā)生時菇農(nóng)的經(jīng)濟損失。

　　由于高光譜成像技術(shù)能夠無損便捷識別農(nóng)產(chǎn)品病害的特點，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品病害檢測。例如，Tao等[11]用近紅外高光譜成像儀，采集被黃曲霉真菌染病和健康的玉米粒在900～2 500 nm光譜范圍的圖像，利用隨機蛙跳算法提取30、50和100個重要變量，分別建立偏最小二乘判別模型得到二分類預(yù)測的準(zhǔn)確度為87.7%、93.8%和95.2%。Gao等[12]利用高光譜成像技術(shù)對赤霞珠葡萄的無癥狀葡萄卷葉病(GLD)和發(fā)病期葡萄卷葉病進(jìn)行無損檢測，分別在5個生長期采集葉片高光譜圖像，為消除高光譜樣本異常值，利用光譜歸一化和蒙特卡洛算法對圖像進(jìn)行預(yù)處理，利用最小絕對收縮和選擇算子對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征波長提取，得到690、715、731、1409、1425和1582 nm是早期檢測該病害的特征波段，用最小二乘支持向量機(LS-SVM)作為分類器得到準(zhǔn)確率在66.67%～89.93%。表明，高光譜成像技術(shù)具有在無癥狀階段無損檢測農(nóng)作物真菌病害的能力。

　　高光譜成像技術(shù)在食用菌病害檢測中也被用于開發(fā)快速檢測蘑菇病害的無損檢測系統(tǒng)。例如，Bagnasco等[13]研究了高光譜成像技術(shù)結(jié)合主成分分析法檢測健康和被嗜真菌感染的牛肝菌，采集樣本在可見/近紅外光譜區(qū)(400～1000 nm)的高光譜圖像，采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換法(SNV)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，基于分?jǐn)?shù)閾值的監(jiān)督規(guī)則，分析了兩種低階主成分的分?jǐn)?shù)圖，結(jié)果表明該方法可以直接在測試樣本的假彩色圖像中顯示被污染的樣本點。但在利用高光譜成像技術(shù)對雙孢蘑菇早期病害方面的研究較少，且針對雙孢蘑菇病害的研究都在其子實體生長的中后期(小菇期之后)。Parrag等[14]采集感染蛛網(wǎng)病的采收期雙孢蘑菇菌蓋在900～1700 nm光譜范圍內(nèi)的高光譜圖像，利用歸一化算法(單個強度值減去整個光譜強度的平均值)和Savitzky-Golay平滑(多項式階為3，窗口大小為9)對原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，在平均光譜中發(fā)現(xiàn)水峰附近(1200 nm和1450 nm)與健康雙孢蘑菇菌蓋的反射值有明顯差異，利用支持向量機(SVM)成功分離出感染蛛網(wǎng)病的樣本，正確率在80%以上，結(jié)果表明利用高光譜成像技術(shù)得出雙孢蘑菇的含水率空間分布，可以用于檢測雙孢蘑菇的腐壞程度。

　　綜上所述，在早期(小菇期之前)對雙孢蘑菇疣孢霉病進(jìn)行檢測識別，能夠及時發(fā)現(xiàn)染病雙孢蘑菇阻止其繼續(xù)侵害健康雙孢蘑菇的同時，還能減少因發(fā)病早期癥狀不明顯，無法及時確診使菇農(nóng)盲目采用大量化學(xué)農(nóng)藥處理，導(dǎo)致的農(nóng)藥超標(biāo)、食品安全、土壤污染等問題。因此，本研究擬基于高光譜成像技術(shù)，建立雙孢蘑菇疣孢霉病早期快速檢測方法，為開發(fā)雙孢蘑菇病害檢測的快速便捷方法提供參考。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　試驗材料為福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所提供的雙孢蘑菇菌種W192。將播種、裝袋后的雙孢蘑菇放入人工氣候箱(MEC-350B-LED型，寧波普朗特儀器有限公司)中培養(yǎng)。

　　1.2 試驗方法

　　1.2.1 雙孢蘑菇的培養(yǎng) 設(shè)置人工氣候箱溫度22℃，相對濕度90%，無光照。培養(yǎng)期間每天早晚通風(fēng)1 h。兩周后，菌絲布滿栽培料，進(jìn)行覆土處理，高度約2.5 cm。此后，調(diào)整人工氣候箱內(nèi)的環(huán)境為溫度20℃，濕度85%，無光照。覆土后7～10 d，菌絲長至2/3覆土層，調(diào)整人工氣候箱內(nèi)的環(huán)境為溫度20℃，相對濕度90%，無光照。

　　1.2.2 雙孢蘑菇染病與鑒定 有害疣孢霉菌My.p0012，由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所提供。將有害疣孢霉菌在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)上，于25℃恒溫黑暗環(huán)境中培養(yǎng)7 d。于無菌操作臺(SWCJ1FB型，蘇州凈化設(shè)備有限公司)內(nèi)用超純水將PDA培養(yǎng)基上的有害疣孢霉菌孢子洗下，制作成有害疣孢霉菌的孢子懸液。用血球計數(shù)板檢查該孢子懸液，確定濃度為1.0×105個·mL-1。雙孢蘑菇菌絲長至2/3覆土層時，將5 mL有害疣孢霉菌孢子懸液均勻噴灑在覆土層表面。將病菇上的褐色液滴和病菇切片分別在無菌臺內(nèi)，置于PDA平板培養(yǎng)基，于25℃黑暗環(huán)境中培養(yǎng)。5 d后，在顯微鏡下挑出菌絲并純化，觀察是否是有害疣孢霉菌。

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