PlantScreenPlattform för fenotypanalys av växter med högt flöde i naturen

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Att skapa en snabb, noggrann och högflödesmässig icke-skadlig multi-egenskapsfönotypanalys av vilda växter är den största utmaningen för genetisk uppfödning av grödor på 2000-talet (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Plattformen för fenotypanalys av växter med hög genomströmning i naturen har stor betydelse för genetik, bioteknik, odling av grödor och övervakning av forskning om grödors svar på klimatförändringar, mark och jordbrukshantering, särskilt för det moderna jordbruket och det intelligenta jordbruket.

PlantScreenPlattformen för fenotypmätning av växter med hög genomströmning i vilda områden integrerar moderna avancerade tekniker som automatiserade kontrollsystem, fluorescerande avbildningsmätning av klorofyl, termisk avbildningsanalys av växter, högspektrala analys av växter, RGB-färgbildningsanalys och Internet + fenotypmätningsplattform för stora data för att uppnå fenotypmätning av växter med hög genomströmning i vilda områden på ett optimalt sätt. Som världens första tillverkare av växtklorofil fluorescerande avbildningssystem, är PSI företaget i världsledande teknik inom växtfenotyp avbildningsanalys.PlantScreenBli den mest avancerade instrumenten för växtfenotypanalys och funktionell bildanalys.

Funktioner:

1) stor mångfunktionell bildplattform (Multi-funktionell sensorplattform), integrerad klorofyl fluorescensavbildning, RGB-avbildning, infraröd termisk avbildning, LiDAR、 Högspektral avbildning och andra avancerade sensorutrustningar, omfattande analys:

a) Fenotypanalys av strukturella egenskaper (RGB-avbildning och LiDAR)

b) Funktionell fenotypanalys (fluorescensavbildning av klorofyl)

c) Utvärdering av form och tillväxt (RGB-avbildning och LiDAR)

d) fotosyntetisk prestanda (fluorescensavbildning av klorofyl)

e) Biostressrespons och icke-biologisk stressrespons (klorofluorescensbildning, högspektralbildning, infraröd termisk bildning)

f) Fysiologiska och ekologiska manifestationer, inklusive fotosyntetisk fysiologi, poredynamik, biokemiska metabolska indikatorer, etc. (klorofluorescensbildning, högspektral bildning, infraröd termisk bildning)

2) världens ledande fluorescerande avbildningsteknik FluorCam är en nödvändig analysteknik för fysiologiska och ekologiska funktionella egenskaper hos grödor, och den intelligenta LED-ljuskällan ger modulerat mätljus som kan mätas automatiskt under dagtid för att mäta fluorescerande och fotosyntetisk effektivitet under ljusanpassningsförhållanden; Utrustad med ett unikt högkänsligt klorofluorescensbildobjektiv med bildområden upp till 35cm x 35cm (kundanpassat 80cm x 80cm), är den största tekniska utrustningen för klorofluorescensbildning i världen

3) Kan installeras på traktor för mobil automatisk avbildningsanalys, eller kan installeras på en dedikerad automatisk driftsplattform för automatisk körning längs provbandsspåren samtidigt som provbandet täcker automatisk skanning av avbildning och online-analys

4) Fenotyp analys stordataplattform, inklusive systemkontroll, datainsamling, databehandling analys och visualisering online-visning, databaser etc.

5) Tekniskt stöd av expertteam från PSI Fenotyp Research Center, som årligen anordnar en världs växtfenotyp workshop i USA och Europa respektive

6) Valfri PhenoUAS-plattform för högflödes fenotypanalys baserad på dronteknik (UAV-baserad), vilket gör markbaserad fenotypanalys scalling-up till snabb fenotypanalys i stora områden i luften

7) Valfri jordmeteorologisk övervakningsstation för en omfattande analys av förhållandet mellan miljöförhållanden och fenotypiska egenskaper

8) Valfritt växtfysiologiskt och ekologiskt övervakningssystem, synkron övervakning av växtfotosyntes och frukttillväxt och annan information

9) kan vara valfri med automatisk vägning av digitala krukor för exakt vägning, övervakning av jordfuktighet, automatisk vattning etc.

Huvudtekniska indikatorer:

1. All-in-one mångfunktionell automatisk bildanalysplattform, integrerad med intelligent LED-ljuskälla och klorofyl fluorescerande bildavbildningsmodul, RGB-bildanalysmodul och andra valfria bildmoduler som infraröd termisk bildavbildning, LiDAR-laserskanning, högspektral och andra, automatisk körning genom operativsystemet, automatisk klassificeringslagring, automatisk online-analys etc.

2. klorofyl fluorescerande avbildningsanalys (standard):

a) 3 färg intelligent LED-exciterad ljuskälla, 620nm pulsmätningsljus, vitt fotokemiskt ljus och maximal mättad blixt, 735nm infrarött ljus för mätning av Fo'etc.

b) Valfritt med blå ljuskälla och 7-bitars filterhjul för flerspektral flerbandsfluorescensmätning såsom GFP-avbildningsmätning

c) Exklusiv högkänslig CCD-klorofluorescensbildsensor med bildfrekvens upp till 50 fps, effektivt fångar klorofluorescenstransienter, upplösning 720 x 560 pixlar, A / D 12 bitar, med videoläge och ögonblicksbildsläge; Valfritt med högupplöst CCD, upplösning 1360x1024, bildfrekvens 20fps, A/D 16 bitar

d) Enkelbild 35x35cm

e) Avbildningsmätningsparametrar: Mörkradapteringsmätningar kan utföras på natten och dagsljusadaptationsmätningar, mätningsparametrar inkluderar Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Klorofylfluorescensparametrar för att analysera växternas fotosynteseffektivitet, lämplighet, biologisk och icke-biologisk stress och grödmotståndskraft, motståndskraft etc.

f) Fullständiga automatiserade mätrutiner (protokoll) och mätparametrar såsom Fv/Fm, Kautsky-inducerad effekt, fluorescerande släckningsanalys, t.ex. Fv/Fm-procedurens mättid tar bara 10 s

g) Klorofil fluorescensdata online-analys, inklusive kolumndiagram, mätparametradiagram, datatabeller etc., med anpassade bilddelning och andra funktioner, kan utföra dynamisk multi-parametrisk analys av olika tidsskalor (t.ex. dag, månad, hela tillväxtsäsongen etc.)

h) är verklig tvådimensionell synkroniserad avbildning, de resulterande klorofylfluorescensparametrarna är verkliga tvådimensionella fördelningsparametrar baserade på pixelpunkter, undvika förenklad "laserinducerad avbildning" (fördelarna är lätthet, strömbesparing) bara endimensionell avbildning (punkt eller linje), kan inte synkronisera tvådimensionell avbildning, utsatt för miljöfaktorer (t.ex. vind blåser för allvarliga fel), avbildningsparametrar är bara analoga parametrar (enligt laserskanning snabb mätning av fluorescens och långsam mätning av fluorescens är inte den verkliga minsta fluorescensen och maximala fluorescensen, den resulterande parametern "ljuskvantproduktion" är bara den analoga ljuskvantproduktionen som behöver användas för kalibrerade parametrar för att använda), mätningsparametrar är ensamma (kan endast få snabb mätning av fluorescens och långsam mätning av fluorescens och därav beräknad analog ljuskvantproduktion eller kvanteffektivitet), Problemen med teknik som inte är mogna (referenser kan inte hittas)

i) är världens mest användbara och mest publicerade tekniska instrument för fenotypanalys av växter med hög genomströmning

3. RGB-bildanalys (standard): bildanalys av växternas form, färg och grönhet, upplösning 5Mpx, och automatisk statistisk analys av antalet blommor, risorter och andra, de viktigaste mätparametrarna för analys inkluderar:

Bladsområde: användbart för att övervaka tillväxttakten och dess dynamiska förändringar

2)植物紧实度／紧密度(Soliditet/kompakthet. Förhållandet mellan det område som täcks av växtens konveksa skrov och det område som täcks av den faktiska växten)

3)叶片周长(Bladperioder: Särskilt användbar för den grundläggande bladformen och breddens utvärdering (kombinerad med bladområdet))

4) eccentricitet (eccentricitet: uppskattning av växtformen, skalärtal, ellipsens eccentricitet med samma sekunder som växten (0...cirkel, 1...linjesegment))

5)叶圆度(Rundhet: Baserat på utvärdering av förhållandet mellan bladområdet och omkretsen. Ger information om bladrundhet)

6)叶宽指数(Medium Leaf Width Index: Bladsområde proportionellt till växtskelettet (dvs. minskning av bladet till linjesegmentet))

Leaf Length SOL (Slenderness of Leaves)

8)植物圆直径(Circle Diameter. Diameter av en cirkel med samma område som växten)

Convex Hull Area (användbar för utvärdering av kompakthet)

10)植物质心(Centroid. Center av växtens massposition (särskilt användbar för utvärdering av eccentricitet))

Flattening index (plattningsindex)

Relativ tillväxttakt (Relative growth rate)

13) Grönhetsindex och klassanalys (mörkgrön, hälsogrön, ljusgrön osv.)

Färgsegmentering för utvärdering av växtkondition (Color segmentation for plant fitness evaluation)

Dynamisk analys av andra egenskaper och färg

4.3D-laserskanningsanalys (valfritt): Används för fenotypanalys av växtstrukturer, genom automatisk analys av punktmolnmodell för att beräkna växtstrukturen, biomassa, antal blad, bladareal, bladlutningsvinkel, växthöjd och andra morfologiska strukturparametrar

5. Infraröd termisk avbildningsanalys (valfritt): Fokusplan Array Microthermal Radiometer, upplösning 640 x 480 pixlar, band 7,5-13 μm, temperaturintervallet -20 - 120 ℃, upplösning < 0,05 ℃ @ 30 ℃ / 50mK, avbildningsområde 35x35cm, för att avbilda växternas koronatoriska temperaturfördelning under ljusstrålning och analysera växternas poreledande dynamik, torketryck och torkebeständighetsbedömning, etc. Bra avvärmning kan göra att växterna tålar lång tid hög ljusstrålning eller låga vattenförhållanden (torka)

6. hög spektral avbildningsanalys (valfritt): våglängdsområdet 380-1000nm, spektralt band (antal band) 675, kan avbilda och analysera normaliserad skillnad vegetationsindex (NDVI), enkel förhållandeindex (ekvation: SR = RNIR / RRED), förbättrad klorofyllabsorption i reflekteringsindex (MCARI1), ekvation: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)]), optimerad jordjusterad vegetationsindex (OSAVI), ekvation: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), fotokemisk vegetationsreflekteringsindex (PRI), ekvation: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570) etc.

7. Felt mobil plattform: plattform arm 12m spänning, mångfunktionell bildplattform kan automatiskt skanna bildanalys till vänster och höger på den mobila plattformen, kan automatiskt skanna ett provband med en bredd på upp till 10m, varje skanning avbildningsområde kan uppgå till 10x0,35m (3,5m2), slutföra en skanning tid från mindre än 1 minut till några minuter (beroende på protokollet för experimentella mätprogram), den mobila plattformen kan köras automatiskt längs banan, driftsavstånd är i princip obegränsat (begränsat av banans längd); Mobil plattform höjd 2,5 m, mångsidig bildplattform höjdjusterbar för att anpassa sig till olika höjder gröda bildanalys; Mobil plattform 4 gummihjul kan både automatiskt köras på banan genom kontrollsystemet och automatiskt skanna avbildning, men också lätt att flytta på allmän mark, svänga och så vidare, för 75x20m prov, kan den mobila plattformen ladda mångfunktionell avbildningsplattform på en gång för att slutföra 75x10 provband, sedan manuellt svänga och automatiskt slutföra den andra halvan av 75x10 avbildningsanalys; Utrustad med GPS-system med precision upp till 2 cm, automatisk registrering av mätdata, plats, tid etc. genom programvara, kan drivas av dieselgenerator för att driva hela plattformen

8. valfritt miljömätningssensornätverk för automatisk övervakning av PAR, miljökonsentration av CO2, lufttemperatur och luftfuktighet, nederbörd och jordfuktighet.

Systemstyrning och analyssystem för datainsamling (fenotypisk stordataplattform):

1) Användarvänligt grafiskt gränssnitt

2) GPS-positioneringsfunktionen kan utföra rumslig fördelningsinformation och tids- och rumslig fördelningsmönsteranalys

3) Inbyggda olika mogna protokoll, med användardefinierade, redigeringsbara automatiska mätprogram (protokoll), automatiskt slutföra alla experiment enligt användarens inställningsprogram. Dataresultat lagras och analyseras automatiskt och analyserade data visas automatiskt i form av dynamiska kurvor

4) MySQL databas hanteringssystem, kan hantera en stor databas med tiotals miljoner poster, stöder flera lagringsmotorer, relaterade data lagras automatiskt i olika tabeller i databasen

5) Alla mätningar kan utföras med standardprogram, eller skapa en anpassad arbetsprocess genom utvecklingsverktyg, eller manuellt använda LED-ljuskällor på eller av, RGB-skanning, klorofluorescensbildning etc.

6) Protokoll med starttangent, avslutningstangent och paustangent

7) Systemet kan via Internet trådlös fjärrkontroll, tillåter användaren fjärråtkomst via Internet, utföra databehandling, nedladdning och ändring av experimentets design, har användarrättighetsgraderingsfunktion för att förhindra att andra personer misshandlar påverkar experimentet

Ursprung: PSI Europa

Tillämpningsfall:

Använd FluorCamKlorofil fluorescensteknik för in situ långsiktig övervakning av vilda växter under olika säsonger, samtidigt som växter övervakar fotosyntes (CO2-assimilation) A, se nedan. FluorCam klorofylfluorescensteknologi använder stimulerande ljuspulsmodulationsteknik, högkänslig CCD-sensor (provtagningsfrekvens upp till 50 gånger per sekund) och intelligent LED-ljuskälla för stora områden (35x35cm per bildram som standard) Analys av växter / grödor, i naturen kan både utföra klorofluorescensbildning under mörka anpassningsförhållanden på natten, kan också utföra klorofluorescensbildning under miljöljusanpassningsförhållanden, än enkel laserinducerad klorofluorescensmätning (genom en stråle av punktlig eller linjär monofärg stimulerande ljuskälla för att stimulera klorofluorescens och mäta, fördelen är strömbesparing och kan vara lättare) jämfört med många funktionella fördelar, inte bara mäta fler parametrar, kan utföra olika klorofluorescensexperiment för bildmätningsanalys, men en tvådimensionell avbildning (verklig bildanalys) undviker punktlig eller linjär stimulerande ljuskanning orsakad av klorofluorescensmätning osynkroniserad, allvarligt minskad upplösning av vilda vindblåsningar.

Anmärkning: Andra fältfenotyp bildanalyssystem:

1)PhenoUASFlygplattform för fenotypanalys av grödor med hög genomströmning

2)FluorCamMobilt klorofil fluorescens- och RGB-avbildningsanalyssystem

3)FluorCamProvskanningssystem för fluorescerande klorofyl och RGB-avbildning (valfritt med infraröd termisk avbildning)