PlantScreenPlatforma pro analýzu fenotypů rostlin s vysokým průchodem v přírodě

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Vytvoření schopnosti analyzovat rychlé, přesné a vysoký průtok nepoškozující multifunkční fenotypy rostlin rostoucích v přírodě je největší výzvou pro genetické pěstování plodin 21. století (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Platformy pro analýzu fenotypů rostlin s vysokým průchodem v přírodě mají nesmírný význam pro genetickou, biotechnologickou, pěstování plodin a sledování výzkumu odpovědi plodin na změnu klimatu, půdu a řízení zemědělství, zejména pro moderní zemědělství a inteligentní zemědělství.

PlantScreenPlatforma pro analýzu fenotypů rostlin s vysokým průchodem v přírodě integruje moderní pokročilé technologie, jako je automatizovaný řídicí systém, analýza fluorescenčního zobrazení chlorofylu, analýza termického zobrazení rostlin, analýza vysokého spektra rostlin, analýza barevného zobrazení RGB a platforma pro velká data Internet + fenotypy, aby optimalizoval analýzu fenotypů rostlin s vysokým průchodem v přírodě, analýzu reakce na tlak rostlin a analýzu zobrazení odolnosti plodin, analýzu růstu rostlin, identifikaci vlastností a fyzioekologický výzkum rostlin atd. Jako první světový výrobce vývoje a výroby fluorescenčního zobrazovacího systému pro chlorofyl rostlin, je společnost PSI v technologickém čele v oblasti fenotypní zobrazovací analýzy rostlin.PlantScreenStaňte se nejmodernějším přístrojem pro fenotypovou analýzu rostlin a funkční zobrazovací analýzu.

Funkce:

Multifunkční senzorová platforma s integrovaným fluorescenčním zobrazováním chlorofylu, RGB zobrazováním, infračerveným tepelným zobrazováním, LiDAR、 Vysoké spektrální zobrazování a další vyspělé snímače, komplexní analýza:

a) Fenotypová analýza strukturálních vlastností (RGB zobrazování a LiDAR)

b) funkční fenotypová analýza (fluorescenční zobrazení chlorofylu)

c) posouzení tvaru a růstu (RGB zobrazování a LiDAR)

d) Fotosyntéza (fluorescenční zobrazení chlorofylu)

e) biologická a nebiologická tlaková reakce (fluorescenční zobrazení chlorofylu, vysoce spektrální zobrazení, infračervené termické zobrazení)

f) Fyzioekologické projevy včetně fotosyntetické fyziologie, dynamiky porosů, biochemických metabolických indikátorů atd. (fluorescenční zobrazení chlorofylu, vysokospektrální zobrazení, infračervené termické zobrazení)

2) přední světová fluorescenční zobrazovací technologie FluorCam, která je nezbytnou analytickou technologií pro fyzioekologické funkční vlastnosti plodin, inteligentní zdroj světla LED poskytuje modulační měřicí světlo, které může měřit fluorescenci a fotosyntézu chlorofylu během dne automaticky; Vybaveno exkluzivními fluorescenčními fotoobjektivy s vysokou citlivostí a obrazovou plochou až 35 cm x 35 cm (80 cm x 80 cm lze přizpůsobit zákazníkovi), je to největší technologické zařízení pro fluorescenční zobrazování na jednom fotoobjektivu na světě.

3) může být nainstalován na traktoru pro mobilní automatickou zobrazovací analýzu, nebo může být nainstalován na specializované automatické provozní platformě pro automatické skenování zobrazování a on-line analýzu s plným pokrytím vzorkového pásu při automatickém provozu podél dráhy vzorkového pásu

4) Platforma pro fenotypovou analýzu velkých dat, včetně řízení systému, sběru dat, analýzy zpracování dat a vizualizace online zobrazení, databází atd.

Technická podpora týmu odborníků PSI Fenotypového výzkumného centra, který každoročně pořádá Světový seminář o fenotypu rostlin v USA a Evropě

6) Možnost vybavení platformou pro vysoký průtok fenotypové analýzy dronů PhenoUAS založenou na technologii dronů (UAV-based), která umožňuje rychlou fenotypovou analýzu na základě pozemního scaling-up do velkých oblastí ve vzduchu

7) Volitelná stanice pro monitorování půdy, komplexní analýza vztahu mezi environmentálními podmínkami a fenotypovými vlastnostmi

8) Možnost vybavení fyziologickým a ekologickým monitorovacím systémem pro synchronní monitorování fotosyntézy rostlin a růstu ovoce

9) Volitelné automatické vážení digitální nádrže pro přesné vážení, monitorování vlhkosti půdy, automatické zavlažování atd.

Hlavní technické ukazatele:

1. Integrovaná multifunkční automatická platforma pro analýzu obrazu, integrovaná inteligentním zdrojem světla LED a fluorescenčním zobrazovacím modulem chlorofylu, modulem pro analýzu obrazu RGB a dalšími volitelnými zobrazovacími moduly, jako je infračervené tepelné zobrazování, laserové skenování LiDAR, vysoké spektrum, automatický provoz prostřednictvím operačního systému, automatické třídění ukládání, automatická online analýza atd.

Chlorophylová fluorescenční zobrazovací analýza (standardní):

a) 3 barevné inteligentní LED excitační světlo, 620nm pulsové měření světla, bílé fotochemické světlo a maximální nasycené světelné blesk, 735nm infračervené světlo pro měření Fo 'atd.

b) Možnost vybavení modrým zdrojem světla a 7-bitovým filtrovým kolem pro multispektrální multipásmové fluorescenční měření, jako je GFP zobrazování

c) Unikátní vysoce citlivý CCD fluorescenční snímač s frekvencí snímků až 50 fps, účinné zachycení fluorescenčních přechodů chlorofylu, rozlišení 720 x 560 pixelů, 12 bitů A / D, s režimem videa a režimem snímku; Volitelné s vysokým rozlišením CCD, rozlišení 1360x1024, frekvence snímků 20 fps, 16 bitů A/D

d) Jednotlivá obrazová plocha 35x35cm

e) parametry měření zobrazení: může být provedeno měření adaptace temnoty v noci a měření adaptace denního světla, měřicí parametry zahrnují Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Chlorophylové fluorescenční parametry pro analýzu účinnosti fotosyntézy rostlin, vhodnosti, biologické a nebiologické tlaky a odolnosti plodin, odolnosti atd.

f) Plně automatizované měřicí postupy (protokoly) a měřicí parametry, jako jsou Fv/Fm, Kautskyho indukční efekt, analýza fluorescenčního zhasení, např. Měření Fv/Fm trvá pouhých 10 s

g) On-line analýza fluorescenčních dat chlorofylu, včetně sloupcových diagramů, diagramů měřících parametrů, datových tabulek atd., s vlastními funkcemi rozdělení obrazu a dalšími funkcemi, které umožňují provádět dynamickou analýzu více parametrů různých časových měřítek (např. den, měsíc, celou růstovou sezónu atd.)

h) je skutečné dvojrozměrné synchronizované zobrazování, získané fluorescenční parametry chlorofylu jsou skutečné dvojrozměrné distribuční parametry založené na bodu pixelu, aby se zabránilo zjednodušenému "laserovému indukovanému zobrazování" (výhoda je lehká, úspora energie) pouze jednorozměrné zobrazení (bod nebo linka), nemůže synchronizovat dvojrozměrné zobrazení, je náchylný k vlivu faktorů životního prostředí (například vítr fúká vážné chyby), zobrazovací parametry jsou pouze analogové parametry (rychlé měření fluorescence a pomalé měření fluorescence podle laserového skenování nejsou skutečně minimální a maximální fluorescence, získaný parametr "kvantový výstup světla" je pouze analogový kvantový výstup světla, který je potřeba použít pro kalibrované parametry pro použití), jeden měřicí parametr (může být získán pouze rychlé měření fluorescence a pomalé měření fluorescence a vypočtený analogový kvantový výstup světla nebo kvantová účinnost světla), Technická nezralost (nebyla nalezena reference)

i) je nejpoužívanějším a nejpublikovanějším technologickým nástrojem pro analýzu fenotypů rostlin s vysokým průchodem na světě

3. RGB zobrazovací analýza (standardní): může být provedena obrazová analýza tvaru rostlin, barvy zelenosti atd., Rozlišení 5Mpx a může být automaticky provedena statistická analýza počtu květin rostlin, rýžových květin atd., Hlavní analytické parametry měření zahrnují:

Plocha listu: užitečná pro monitorování rychlosti růstu a jeho dynamické změny

2)植物紧实度／紧密度（Pevnost/Kompaktnost. Poměr mezi plochou pokrytou konvexním trupem rostliny a plochou pokrytou skutečnou rostlinou）

3)叶片周长（Obvod listu: Zvláště užitečné pro základní hodnocení tvaru a šířky listu (v kombinaci s plochou listu))

4)偏心率(Excentricita: Odhad tvaru rostliny, skalární číslo, excentricita elipsy se stejnými sekundami jako rostlina (0...kruh, 1...segment čáry))

5)叶圆度(Kulitost: Na základě hodnocení poměru mezi plochou listu a obvodem. Dává informace o kulatosti listu)

6) 叶宽指数 (Index střední šířky listu: plocha listu úměrná rostlinné kostře (tj. snížení segmentu listu na linii))

Leaf Length - Slenderness of Leaves (Slenderness of Leaves)

8)植物圆直径（Průměr kruhu. Průměr kruhu se stejnou plochou jako rostlina）

Konvexní plocha trupu (Convex hull area, useful for compactness evaluation)

10) 植物质心(Centroid. Středisko hmotnostní polohy rostliny (obzvláště užitečné pro hodnocení excentricity))

Plochý index (Flattening index)

Relativní rychlost růstu (Relative growth rate)

Index zelenosti a hodnocení (tmavě zelená, zdravá zelená, světle zelená atd.)

Barevná segmentace pro hodnocení fitness rostlin (Color segmentation for plant fitness evaluation)

Dynamická analýza dalších vlastností a barev

4.3D laserová skenovací analýza (volitelná): pro fenotypové analýzy rostlinné struktury, automatická analýza bodového mraku pro výpočet různých morfologických parametrů rostlinné struktury, biomasy, počtu listů, plochy listů, úhlu sklonu listů a výšky rostlin.

Infračervená teplotní zobrazovací analýza (volitelná): mikrotermometrický radiometr s rozlišením 640 x 480 pixelů, pásmo 7,5-13 μm, teplotní rozsah -20 - 120 ° C, rozlišení < 0,05 ° C @ 30 ° C / 50 mK, zobrazovací plocha 35x35 cm pro zobrazení rozložení teploty koronární vrstvy rostlin v případě světelného záření a analýza dynamiky vodivosti porosů rostlin, tlaku sucha a posouzení odolnosti proti suchu atd., Dobré odvádění tepla může umožnit rostlinám vydržet dlouhodobé vysoké světelné záření nebo nízké podmínky vody (sucho)

Vysoká spektrální zobrazovací analýza (volitelná): rozsah vlnových délek 380-1000nm, počet spektrálních pásem (počet pásem) 675 pásem, může zobrazovat a analyzovat normalizovaný index odlišné vegetace (NDVI), jednoduchý poměr index (rovnice: SR = RNIR / RRED), zlepšený index absorpce chlorofylu v reflexnosti (MCARI1), rovnice: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)], optimalizovaný index půdy upravené vegetace (OSAVI), rovnice: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), index fotochemické reflexnosti vegetace (PRI), rovnice: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570) atd.

7. mobilní plošina v terénu: 12 m rozšíření ramena plošiny, multifunkční zobrazovací plošina může automaticky skenovat zobrazovací analýzu vlevo a doprava na mobilní plošině, může automaticky skenovat vzorkový pás s šířkou až 10 m, každý skenovací zobrazovací plocha může dosahovat 10x0,35 m (3,5 m2), dokončit skenování od méně než 1 minuty do několika minut (v závislosti na protokolu experimentálního měřicího programu), mobilní plošina může automaticky fungovat podél oběžné dráhy, provozní vzdálenost je v zásadě neomezená (omezena délkou oběžné dráhy); Výška mobilní platformy 2,5 m, multifunkční zobrazovací platforma je výškově nastavitelná tak, aby se přizpůsobila různým výškám zobrazovací analýzy plodin; Mobilní platforma 4 gumová kola může být automaticky spuštěna na dráze prostřednictvím řídicího systému a automaticky skenovat zobrazení, ale také snadno pohybovat se na obecné zemi, zakřižovat atd., Pro vzorek 75x20m může mobilní platforma zatížet multifunkční zobrazovací platformu najednou dokončit vzorkovou pásku 75x10 m, poté ruční zakřižování automaticky dokončit druhou polovinu zobrazovací analýzy 75x10 m; Vybaveno GPS systémem s přesností až 2 cm, automaticky zaznamenává měření, polohu, čas atd. pomocí softwaru, který může pohybovat celou platformu napájením dieselového generátoru

Možnost vybavení sítí senzorů pro měření životního prostředí, která automaticky monitoruje PAR, koncentraci CO2 v životním prostředí, teplotu a vlhkost vzduchu, srážky a vlhkost půdy atd.

Systémy řízení a analýzy sběru dat (fenotypové platformy pro velká data):

1) Uživatelsky přívětivé grafické rozhraní

2) GPS poloha funkce může provádět prostorové rozdělení informací a časoprostorové rozdělení vzor analýzy

3) Je vestavěna řada vyspělých protokolů s uživatelsky definovanými, upravitelnými automatickými měřicími programy (protokoly), které automaticky dokončují všechny experimenty podle uživatelského nastavení. Výsledky jsou automaticky uloženy a analyzovány a výsledky jsou automaticky zobrazeny ve formě dynamických křivek

Systém správy databází MySQL, který může zpracovávat velké databáze s desítkami milionů záznamů, podporuje několik úložních motorů a související data jsou automaticky uložena v různých tabulkách v databázi

5) Všechna měření lze provádět pomocí výchozího programu nebo vytvořit vlastní pracovní proces pomocí vývojových nástrojů nebo ručně ovládat zapnutí nebo vypnutí zdroje světla LED, RGB skenování obrazování, fluorescenční zobrazování chlorofylu atd.

Protokoly (protokoly) s klávesou Start, Stop a Pause

7) Systém může být dálkově ovládán prostřednictvím bezdrátového internetu, umožňuje uživatelům dálkový přístup prostřednictvím internetu, zpracování dat, stahování a změnu návrhu experimentu, má funkci hierarchie uživatelských oprávnění, aby se zabránilo nesprávnému ovlivnění experimentu jinými osobami

Původ: PSI Europe

Příklady použití:

Aplikace FluorCamChlorophylová fluorescenční technologie provádí dlouhodobé sledování in situ různých sezónních období volně žijících rostlin a zároveň sleduje fotosyntézu rostlin (asimilaci CO2) A. Výsledky jsou uvedeny na obrázku níže. FluorCam chlorofluorescence využívá stimulační modulaci světelných impulsů, vysoce citlivý CCD senzor (vzorkovací frekvence až 50 krát za sekundu) a inteligentní LED zdroj světla pro velké plochy (standardní zobrazovací plocha 35x35 cm na snímek) Analýza zobrazování rostlin / plodin, v přírodě lze provádět analýzu fluorescence chlorofylu v noci za podmínek tmavé adaptace, ale také v podmínkách adaptace k okolnímu světlu pro fluorescenci chlorofylu, než jednoduché měření fluorescence chlorofylu indukované laserem (prostřednictvím paprsku bodového nebo lineárního jednobarevného stimulačního zdroje světla, který stimuluje fluorescenci chlorofylu a provádí měření, výhoda je úspora energie a může být lehčí) ve srovnání s mnoha funkčními výhodami, nejen více měřicích parametrů, může provádět různé měření fluorescence chlorofylu experimentálních postupů, ale také dvojrozměrné zobrazení (skutečná analýza zobrazení) zabránilo bodovému nebo lineárnímu stimulačnímu světelnému skenování způsobenému nesynchronou měření fluorescence chlorofylu, vážné snížení rozlišení foukání větru v přírodě.

Další systémy pro zobrazování fenotypů v terénu:

1)PhenoUASPlatforma pro fenotypovou analýzu plodin s vysokým průchodem

2)FluorCamMobilní fluorescenční chlorofyl a RGB zobrazovací analytický systém

3)FluorCamSystém pro analýzu fluorescence chlorofylu s skenováním vzorků a RGB zobrazování (volitelné s infračerveným tepelným zobrazením)