PlantScreen高通量植物表型成像分析平臺(tái)（傳送帶版）（一）

PlantScreen高通量植物表型成像分析平臺(tái)（傳送帶版）（一）

PlantScreen高通量植物表型成像分析平臺(tái)由國(guó)際知名公司PSI公司研制生產(chǎn)，整合了LED植物智能培養(yǎng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量分析（可擴(kuò)展多光譜熒光成像）、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、RGB真彩3D成像、高光譜成像、3D激光掃描成像分析、RhizoTron根系成像分析、自動(dòng)條碼識(shí)別管理、自動(dòng)稱重與澆灌系統(tǒng)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，以ZY化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣品的全方位生理功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)自動(dòng)成像分析，用于玉米、水稻、小麥、大豆及椰樹等熱帶作物高通量表型成像分析測(cè)量、脅迫響應(yīng)成像分析測(cè)量、生長(zhǎng)分析測(cè)量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識(shí)別、抗性篩選、作物遺傳育種及植物生理生態(tài)分析研究等。

PlantScreen技術(shù)特點(diǎn)：

1.模塊式結(jié)構(gòu)，配置靈活，可選配不同的功能模塊，系統(tǒng)具備強(qiáng)大的可擴(kuò)展性

2.領(lǐng)先的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)，是作物生理生態(tài)功能性狀的必備分析技術(shù)，配備獨(dú)有的高靈敏度葉綠素?zé)晒獬上耒R頭，成像面積可選配35cm x 35cm或80cm x 80cm

3.可選配不同的表型成像分析模塊：

1)葉綠素?zé)晒獬上駟卧瑔畏上衩娣e35cm x 35cm或選配80cm x 80cm

2)多激發(fā)光、多光譜熒光成像模塊，包括GFP等熒光蛋白成像、多光譜熒光成像分析等

3)3D RGB可見光成像分析單元，包括頂部和側(cè)面兩個(gè)高分辨率RGB鏡頭、0－360度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、光源燈

4)高光譜成像分析單元，有VNIR高光譜和SWIR高光譜供選配

5)紅外熱成像分析單元（標(biāo)配頂部2維成像分析，可選配頂部與側(cè)面3D成像分析），用于對(duì)植物干旱脅迫、氣孔導(dǎo)度成像分析

6)3D激光掃描單元，用于對(duì)作物3D點(diǎn)云模型和形態(tài)結(jié)構(gòu)分析，PSI專業(yè)技術(shù)，可以把葉綠素?zé)晒獬上?、高光譜成像等投射到3D點(diǎn)云模型上進(jìn)行3D分析、作物生長(zhǎng)模型研究等

7)根系成像分析單元，RhizoTron根窗技術(shù)

8)NIR（近紅外）成像單元，用于對(duì)植物水分狀態(tài)分析，可選配3D近紅外成像

9)自動(dòng)稱重與澆灌系統(tǒng)

4.世界的智能LED光適應(yīng)室，確保作物表型成像分析前穩(wěn)定可比的光適應(yīng)和暗適應(yīng)

5.Shoot & Root Phenotyping全面分析植物表型

6.植物傳送系統(tǒng)可根據(jù)客戶需求定制、擴(kuò)展

7.客戶定制智能LED溫室或作物生長(zhǎng)室（選配），可模擬晝夜節(jié)律、多云天氣等，傳送系統(tǒng)可自動(dòng)將植物從生長(zhǎng)室中傳送光適應(yīng)室然后進(jìn)入成像室進(jìn)行成像分析，并遠(yuǎn)程在線瀏覽分析

8.功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)及作物表型大數(shù)據(jù)平臺(tái)，具備葉片跟蹤監(jiān)測(cè)功能、3D投射功能

9.PSI表型研究中心專家團(tuán)隊(duì)技術(shù)支持，每年在美國(guó)和歐洲分別組織舉辦一次世界植物表型研討會(huì)

國(guó)際植物表型分析技術(shù)應(yīng)用情況

作為DY家研制生產(chǎn)FluorCam植物葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的廠家，PSI公司在植物表型成像分析領(lǐng)域處于的技術(shù)前列，其FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)ZX應(yīng)用于植物表型分析研究，代表性論文如Celine Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis, Plant Methods 2013）。在FluorCam技術(shù)基礎(chǔ)上集成RGB 3D成像分析、高光譜成像分析、近紅外成像分析、紅外熱成像分析及激光雷達(dá)掃描分析等先進(jìn)技術(shù)的PlantScreen全自動(dòng)高通量植物表型成像分析平臺(tái)，成為目前世界上的表型組學(xué)和作物遺傳育種研究設(shè)備（應(yīng)用案例另附）。

系統(tǒng)配置與工作原理：

整套系統(tǒng)由自動(dòng)化植物傳送系統(tǒng)、光適應(yīng)室、FluorCam葉綠素?zé)晒獬上瘛GB成像、高光譜成像、根系成像、植物紅外熱成像、植物近紅外成像、自動(dòng)澆灌與稱重系統(tǒng)、植物標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及表型大數(shù)據(jù)平臺(tái)等組成，溫室或生長(zhǎng)室內(nèi)植物通過自動(dòng)識(shí)別傳送系統(tǒng)運(yùn)送到光適應(yīng)室內(nèi)，然后進(jìn)行必要的澆灌稱重，再由傳送帶到成像室進(jìn)行成像分析等，ZH植物自動(dòng)返回原位。系統(tǒng)服務(wù)器及數(shù)據(jù)分析平臺(tái)在線采集分析并自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

技術(shù)指標(biāo)：

1. 光適應(yīng)室：

·對(duì)作物成像分析前進(jìn)行均一穩(wěn)定的光適應(yīng)或暗適應(yīng)，以確保植物表型分析數(shù)據(jù)的可靠性

·智能冷白LED（6500K）+遠(yuǎn)紅LED（735nm）光源，對(duì)植物無(wú)輻射升溫效應(yīng)，光強(qiáng)1000 μmoles /m2/s 0-100%（步進(jìn)增幅1%）可調(diào)

·適應(yīng)室內(nèi)由通風(fēng)系統(tǒng)保持空氣交流通風(fēng)

·具備植物高度激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以根據(jù)高度調(diào)整成像高度等

·具備激光定位系統(tǒng)，以調(diào)整控制植物移動(dòng)與成像程序（imaging protocols）的同步性

·垂直簾門確保與環(huán)境光線及成像系統(tǒng)的隔離

·具備IP監(jiān)測(cè)鏡頭以始終保持對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和植物移動(dòng)狀況的監(jiān)視

·規(guī)格容量8盆／培養(yǎng)托

2.RGB 3D結(jié)構(gòu)成像分析單元

a)2個(gè)高分辨率RGB鏡頭（頂部和側(cè)面），新一代CMOS彩色傳感器，分辨率12.8Mpix（4096x3000），像素大小3.45μm

b)成像高度可客戶定義或設(shè)置，范圍0-1050mm，精確度3mm

c)360度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、LED均一光源照明

d)數(shù)據(jù)傳輸：千兆以太網(wǎng)

e)測(cè)量參數(shù)：葉面積、植物緊實(shí)度／緊密度、葉片周長(zhǎng)、偏心率、葉圓度、葉寬指數(shù)、植物圓直徑、凸包面積、植物質(zhì)心、生長(zhǎng)高度、植物ZD高度和寬度、相對(duì)生長(zhǎng)速率等

f)可進(jìn)行顏色分割分析、植物適合度評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)期葉面積動(dòng)態(tài)變化比較分析、綠度指數(shù)、顏色分級(jí)分析（健康綠色、亮綠色、暗綠色、其他顏色）等表型參數(shù)

3.FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧?/span>

a)成像面積：35×35cm或選配80x80cm

b)橙色620nm LED脈沖調(diào)制測(cè)量光源

c)雙色光化學(xué)光，橙色620nm LED和冷白LED光源

d)冷白LED飽和光閃，ZD光強(qiáng)4000 μmol(photons)/m2.s

e)735nm LED紅外光源用于測(cè)量Fo’等

f)可選配藍(lán)色光源與7位濾波輪，用于GFP穩(wěn)態(tài)熒光測(cè)量

g)高靈敏度葉綠素?zé)晒獬上駥I(yè)CCD傳感器，1.4M分辨率， A/D 16比特，具備視頻模式和快照模式

h)測(cè)量參數(shù)：Fo、Fm、Fv、Fo'、Fm'、Fv'、Ft、Fv/Fm、Fv'/Fm'、PhiPSII、NPQ、qN、qP、Rfd、ETR等，用于分析植物光合效率、適合度、生物與非生物脅迫及作物抗性、恢復(fù)力等

i)Fv/Fm、Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)、熒光淬滅分析等完備自動(dòng)化測(cè)量程序（protocols）與測(cè)量參數(shù)，如Fv/Fm程序測(cè)量時(shí)間僅需10s

j)葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)在線分析，包括柱狀圖、測(cè)量參數(shù)圖、數(shù)據(jù)表格等，具備自定義圖像分割等功能

4. 多光譜熒光成像模塊

·不僅可以運(yùn)行PAM葉綠素?zé)晒獬上瘢€可以進(jìn)行GFP/YFP等熒光蛋白成像、多光譜熒光成像

·9種LED激發(fā)光源：UV（365nm）、青色光源（440nm）、藍(lán)色光源（470nm）、綠色光源（530nm）、琥珀色光源（590nm）、橙色光源（630nm）、深紅色光源（660nm）、遠(yuǎn)紅光源（730nm）及冷白光源（5700K）

·可成像分析多酚類（黃酮醇類、花青素等）、N素指數(shù)等

·分辨率1360x1024像素，binning 2x2、680x512像素

5. 紅外熱成像單元

·成像傳感器：焦平面陣列微測(cè)熱輻射計(jì)，分辨率 640×480 像素，靈敏度30mK（0.03°C），波段7.5-13μm；

·可選配高分辨率紅外熱成像，分辨率可達(dá)1024x768像素，靈敏度20mK（0.02°C）

·溫度范圍 -20 – 120℃，分辨率<0.03℃@30℃/30mK

·專用成像光源：冷白LED光源板，用于給測(cè)量植物提供穩(wěn)定熱環(huán)境，6500K，ZD光強(qiáng) 1000 μmol(photons)/m2.s，0-100%可調(diào)

·具備溫度動(dòng)態(tài)Protocols，光照強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、熱成像分布數(shù)據(jù)同步獲取，以研究分析植物溫度分布動(dòng)態(tài)等

·具備溫度參考傳感器（reference sensors）

·測(cè)量參數(shù)：植物每一點(diǎn)的實(shí)際溫度，植物表面溫度分布圖

·專業(yè)分析軟件用于數(shù)據(jù)獲取、分析、存儲(chǔ)等

6. NIR成像分析單元（選配）：

·用于成像監(jiān)測(cè)分析植物水分狀態(tài)分布，具備假彩調(diào)色板，可以方便對(duì)比分析，快速監(jiān)測(cè)脫水植物，因而可以監(jiān)測(cè)評(píng)估干旱脅迫條件下植物水分的動(dòng)態(tài)變化響應(yīng)及水分利用效率等

·可與RGB成像形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)及FluorCam光合效率參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析等；可完整記錄追溯干旱過程與復(fù)水過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等

·通過測(cè)量水分吸收光譜和940nm參考光譜，有效避免環(huán)境光及陰影效應(yīng)

·InGaAs傳感器，有效芯片大小9.6x7.7mm，波段范圍900－1700nm，分辨率638x510像素，幀頻118fps，A/D 14比特

·可選配頂部與側(cè)面雙鏡頭三維成像分析

·選配根系成像分析單元，以對(duì)根系進(jìn)行近紅外成像分析

7. 可見光-近紅外高光譜成像單元

· 成像波長(zhǎng)范圍：400-950nm（或350-900nm）

·成像傳感器：推掃式線性掃描傳感器，配備專用掃描光源

·像素色散：0.28nm／pixel

·光譜分辨率0.8nm FWHM

·光譜帶數(shù)（波段數(shù)）：1920個(gè)波段

·空間分辨率：1000

·入射狹縫寬度：25μm

·幀頻：45fps

·CMOS檢測(cè)器，光圈F/2.0，GigE網(wǎng)絡(luò)接口

·自動(dòng)參考校準(zhǔn)，線性掃描，高度可調(diào)

·測(cè)量參數(shù)：每個(gè)波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線，并可自動(dòng)計(jì)算以下植被指數(shù)：歸一化指數(shù)NDVI、簡(jiǎn)單比值指數(shù)SR、改進(jìn)的葉綠素吸收反射指數(shù)MCARI、改進(jìn)的葉綠素吸收反射指數(shù)1MCARI1、ZY化土壤調(diào)整植被指數(shù)OSAVI、綠度指數(shù)G、轉(zhuǎn)換類胡羅卜素指數(shù)TCARI、三角植被指數(shù)TVI、ZMI指數(shù)、簡(jiǎn)單比值色素指數(shù)SRPI、歸一化脫鎂作用指數(shù)NPQI、光化學(xué)植被反射指數(shù)PRI、歸一化葉綠素指數(shù)NPCI、Carter指數(shù)、Lichtenthaler指數(shù)、SIPI指數(shù)、Gitelson－Merzlyak指數(shù)、花青素反射指數(shù)等等

8. 短波紅外高光譜成像單元

·成像波長(zhǎng)范圍：900-1700nm

·成像傳感器：推掃式線性掃描傳感器，配備專用掃描光源

·光譜分辨率：2nm（FWHM）

·光譜帶數(shù)：510個(gè)波段

·空間分辨率636

·測(cè)量參數(shù)：每個(gè)波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線，無(wú)損測(cè)量植物整體及不同部位水分含量變化（右圖中藍(lán)色越深含水量越高）

9. 3D激光掃描單元：

·頂部與側(cè)面激光掃描，660nm激光，用于植物精確3D模型構(gòu)建，分辨率低于1mm

·頂部掃描距離60cm，客戶定義側(cè)面掃描距離

·3D點(diǎn)云模型，RGB成像、葉綠素?zé)晒獬上駭?shù)據(jù)等可與3D模型疊加分析

·植物結(jié)構(gòu)、生物量、葉片數(shù)量、葉面積、葉片傾斜角度、植物高度等結(jié)構(gòu)形態(tài)參數(shù)