近赤外ハイパースペクトルイメージングと多変量画像解析によって評価された3つのフザリウム種の成長特性

3つのフザリウム属のコロニー成長。ポテトデキストロースでは、55時間まで接種した後、定期的にコロニーの近赤外（NIR）ハイパースペクトル画像を収集しました。主成分分析（PCA）の後、2つのクラスターが主成分1に沿ったスコアプロットで明らかになりました。ブラッシング技術を使用して、これらのクラスターは同様のスコア値を持つピクセルの4つのグループに分割されました。これらは、対応するスコア画像のコロニー内の成長ゾーンとして視覚化できます。3つのスペクトルバンド、すなわち1,166、1,380、および1,918 nmは、乗法散乱補正およびSavitzky-Golayの第2誘導体スペクトルで顕著でした。これらは、菌糸体が成長し成熟するにつれて発生した炭水化物（1,166および1,380 nm）およびタンパク質（1,918 nm）に関連する化学変化を示しています。タンパク質バンドは成熟した真菌物質でより顕著でしたが、炭水化物帯はあまり顕著ではありませんでした。若い材料と寒天は、炭水化物スペクトルバンドによって特徴付けられました。菌糸体全体のコロニーを時間の経過とともにピクセルの合計として統合することで、成長曲線に似た曲線を構築することが可能になりました。これには、LAGフェーズ、アクティブ成長段階、減速相、一定の成長の位相が含まれます。個々の成長ゾーンから構築された成長プロファイルは、より詳細な成長特性を示しています。NIRハイパースペクトルイメージングと多変量画像解析（MIA）を使用することで、PCAスコア画像で放射状の成長リングを視覚化できました。これは、バルク分光法では不可能でした。スペクトルデータの解釈により、寒天培地の微生物成長特性をよりよく理解することができました。MIAと組み合わせたNIRハイパースペクトルイメージングは​​、真菌の成長特性を評価するための強力なツールです。

Colony growth of three Fusarium spp. on potato dextrose agar was followed by collecting near-infrared (NIR) hyperspectral images of the colonies at regular intervals after inoculation up to 55 h. After principal component analysis (PCA), two clusters were apparent in the score plot along principal component 1. Using the brushing technique, these clusters were divided into four groups of pixels with similar score values. These could be visualised as growth zones within the colonies in the corresponding score image. Three spectral bands, i.e. 1,166, 1,380 and 1,918 nm, were prominent in the multiplicative scatter corrected and Savitzky-Golay second derivative spectra. These indicated chemical changes, associated with carbohydrates (1,166 and 1,380 nm) and protein (1,918 nm), that occurred as the mycelium grew and matured. The protein band was more prominent in the mature fungal material while the carbohydrate band was less pronounced. The younger material and the agar were characterised by the carbohydrate spectral band. Integrating whole mycelium colonies as the sum of pixels over time made it possible to construct curves that resembled growth curves; this included the lag phase, active growth phase, deceleration phase and phase of constant growth. Growth profiles constructed from individual growth zones indicated more detailed growth characteristics. The use of NIR hyperspectral imaging and multivariate image analysis (MIA) allowed one to visualise radial growth rings in the PCA score images. This would not have been possible with bulk spectroscopy. Interpreting spectral data enabled better understanding of microbial growth characteristics on agar medium. NIR hyperspectral imaging combined with MIA is a powerful tool for the evaluation of growth characteristics of fungi.