PlantScreenPlatform voor de analyse van fenotypen van planten met hoge doorstroming in het wild

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Het opbouwen van een snelle, nauwkeurige en hoge throughput niet-schadelijke multi-kenmerk fenotype analyse van planten die in het wild groeien, is de grootste uitdaging voor de genetische teelt van gewassen in de 21e eeuw (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Het platform voor het analyseren van fenotypen van planten met hoge doorvoer in het wild is van groot belang voor de genetiek, biotechnologie, teelt van gewassen en het monitoren van de respons van gewassen op klimaatverandering, bodem en landbouwbeheer, met name in de moderne landbouw en de slimme landbouw.

PlantScreenHet platform voor het analyseren van fenotypen van planten met hoge doorstroming in het wild integreert moderne geavanceerde technologieën zoals geautomatiseerde besturingssystemen, chlorofluorescentie-beeldvormingsmeting, plant-thermische beeldvormingsanalyse, plant-hoge spectrale analyse, RGB-kleurenbeeldingsanalyse en het Internet + fenotypen-big data-platform om op een optimale manier de meting van fenotypen met hoge doorstroming in het wild, de meting van de gewasrespons en de beeldvormingsanalyse van gewasbestendigheid, de meting van de groeianalyse van planten, de identificatie van kenmerken en het onderzoek naar fysiologische en ecologische analyse van planten. Als 's werelds eerste fabrikant van het ontwikkelen en produceren van plant chlorofluorescentie beeldvormingssystemen, PSI is wereldwijd aan de voorhoede van de technologie op het gebied van plant fenotype beeldvormingsanalyse, beeldvormingsanalyseplatforms zoals grote oppervlakte chlorofluorescentie beeldvormingsanalyse makenPlantScreenWees de meest geavanceerde instrumentatie voor de fenotypanalyse van planten en de analyse van functionele beeldvorming.

Functie kenmerken:

1) Groot multifunctioneel beeldvormingsplatform (multifunctioneel sensorplatform), geïntegreerd met chlorofluorescentiebeeldvorming, RGB-beeldvorming, infrarood thermische beeldvorming, LiDAR、 Een verscheidenheid van geavanceerde high-end sensoren, zoals hoge spectrale beeldvorming, uitgebreide analyse:

a) Structuurlijke kenmerken fenotypanalyse (RGB-beeldvorming en LiDAR)

b) Functionele fenotypanalyse (chlorofluorescentiebeeldvorming)

c) Vorm- en groeibeoordeling (RGB-beeldvorming en LiDAR)

d) fotosynthetische prestaties (chlorofluorescentiebeeldvorming)

e) Biostress en niet-biologische stress reacties (chlorofluorescentie, hoge spectrale beeldvorming, infrarood thermische beeldvorming)

f) Fysioecologische prestaties, waaronder fotosynthetische fysiologie, poredynamiek, biochemische metabole indicatoren, enz. (chlorofluorescentie, hoge spectrale beeldvorming, infrarood thermische beeldvorming)

2) wereldwijd toonaangevende FluorCam chlorofluorescentie beeldvormingstechnologie, is een essentiële analysetechnologie voor de fysiologische en ecologische functionele eigenschappen van gewassen, intelligente LED-lichtbronnen bieden modulair meetlicht dat overdag automatisch kan worden afgebeeld om chlorofluorescentie en fotosynthese-efficiëntie te meten onder lichtaanpassingsomstandigheden; Uitgerust met een unieke hoge gevoeligheid chlorofluorescentie afbeeldingslens met een afbeeldingsoppervlakte van 35cm x 35cm (80cm x 80cm kan worden aangepast), is het grootste technologische apparaat ter wereld voor een enkele chlorofluorescentie afbeeldingsoppervlakte

3) Kan worden geïnstalleerd op de tractor voor mobiele automatische beeldvormingsanalyse, of kan worden geïnstalleerd op een gespecialiseerd automatisch platform voor automatische beeldvorming en online analyse met volledige dekking van de proefband terwijl deze automatisch langs het proefband loopt

4) Fenotype analyse big data platform, inclusief systeembeheersing, data verzameling, data verwerking analyse en visualisatie online weergave, databases enz.

5) Technische ondersteuning van het team van experts van het Centrum voor Fenotypen van PSI, dat jaarlijks een Wereldfenotypen Workshop organiseert in de Verenigde Staten en Europa.

6) Optioneel op basis van drone technologie (UAV-gebaseerde) PhenoUAS drone high-throughput fenotypanalyseplatform, waardoor op grond gebaseerde fenotypanalyse scalling-up naar snelle fenotypanalyse in grote gebieden in de lucht

7) Optioneel bodemweter monitoringsstation, uitgebreide analyse van de relatie tussen milieuomstandigheden en fenotypeigenschappen

8) Optioneel plant physiologisch-ecologisch monitoring systeem, synchrone monitoring van plant fotosynthese en fruit groei en andere informatie

9) kan optioneel worden uitgerust met automatische weeg van digitale potten, voor nauwkeurige weeg, bodemvochtmonitor, automatische besproeiing enz.

Belangrijkste technische indicatoren:

1.All-in-one multifunctionele automatische beeldanalyse platform, geïntegreerd met slimme LED-lichtbron en chlorofluorescentie beeldvormingsmodule, RGB-beeldanalyse module en andere optieve beeldvormingsmodules zoals infrarood thermische beeldvorming, LiDAR-laserscanning, hoge spectrum, automatische uitvoering via het besturingssysteem, automatische classificatieopslag, automatische online analyse enz.

2. chlorofyl fluorescentie beeldvorming analyse (standaard):

a) 3 kleuren intelligente LED-exciterende lichtbron, 620nm pulsmeetlicht, wit fotochemisch licht en maximale verzadigde lichtflits, 735nm infrarood licht voor het meten van Fo 'enz.

b) Optioneel met blauwe lichtbron en 7-bits filterwiel voor multispectrale multiband fluorescentiemeting zoals GFP-beeldvorming

c) Exclusieve hoge gevoeligheid CCD chlorofluorescentie imaging sensor, framefrequentie tot 50fps, effectief vastleggen van chlorofluorescentie transitie, resolutie 720x560 pixels, A / D 12 bits, met video-modus en snapshot-modus; Optioneel met hoge resolutie CCD, resolutie 1360x1024, framefrequentie 20fps, A/D 16 bits

d) Afbeeldingsoppervlakte 35x35cm

e) Afbeeldingsmetingsparameters: meten van donkere nacht en daglicht kunnen worden uitgevoerd, met inbegrip van de metingsparameters Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Chlorophyl fluorescentieparameters voor het analyseren van plant fotosynthese efficiëntie, geschiktheid, biologische en niet-biologische druk en gewas weerstand, veerkracht, enz.

f) Volledige geautomatiseerde meetprocedures (protocollen) en meetparameters zoals Fv/Fm, Kautsky-inductie-effect, fluorescentie-kalmoanalyse, zoals de meettijd van het Fv/Fm-programma slechts 10 s

g) Online analyse van chlorofluorescentiegegevens, inclusief kolomgrafieken, meetparametergrafieken, gegevenstabielen, enz., met aangepaste afbeeldingssplitsing en andere functies, die verschillende tijdschalen (zoals dagen, maanden, het hele groeiseizoen, enz.) kunnen uitvoeren.

h) is echte tweedimensionale synchrone beeldvorming, de verkregen chlorofluorescentieparameters zijn echte tweedimensionale verdelingsparameters op basis van pixelpunten, vermijden van vereenvoudigde "laser-geïnduceerde beeldvorming" (het voordeel is licht, energiebesparende) slechts eendimensionale beeldvorming (punt of lijn), kan niet worden gesynchroniseerd tweedimensionale beeldvorming, kwetsbaar voor omgevingsfactoren (zoals wind waait om ernstige fouten te veroorzaken), beeldvormingsparameters zijn slechts analoge parameters (volgens laserscanning snel verkregen meten van fluorescentie en langzaam meten van fluorescentie is niet echt de minimale fluorescentie en maximale fluorescentie, de verkregen parameter "lichtkwantumproductie" is alleen een analoge lichtkwantumproductie die nodig is voor de na-kalibratie van de parameters om te worden gebruikt), enkele meetparameters (kan alleen snel meten van fluorescentie en langzaam meten van fluorescentie worden verkregen en de daaruit berekende analoge lichtkwantumproductie of de lichtkwantumefficiëntie worden berekend), Problemen zoals technische onvolwassenheid (geen referenties gevonden)

i) Het meest gebruikte en meest gepubliceerde technisch instrument ter wereld voor de analyse van fenotypen met hoge doorstroming van planten

3. RGB-beeldanalyse (standaard): kan de vorm van de plant, kleur groen enz. worden geanalyseerd met een resolutie van 5Mpx en kan automatisch het aantal plantenbloemen, rijstschalen enz. worden geanalyseerd, de belangrijkste analytische meetparameters omvatten:

Bladeroppervlakte: nuttig voor het monitoren van de groeisnelheid en de dynamische veranderingen

2)植物紧实度／紧密度（Soliditeit/Compactheid. Verhouding tussen het oppervlak dat wordt bedekt door de convexe romp van de plant en het oppervlak dat wordt bedekt door de werkelijke plant）

3)叶片周长（Bladerperimeter: Bijzonder nuttig voor de basis bladvorm en breedte evaluatie (gecombineerd met bladoppervlakte))

4)偏心率(Eccentriciteit: Plantvormschatting, scalaaraantal, excentriciteit van de ellipse met dezelfde tweede momenten als de plant (0...cirkel, 1...lijnsegment))

5)叶圆度(Rondheid: Gebaseerd op het evalueren van de verhouding tussen bladoppervlakte en perimeter. Geeft informatie over bladrondheid)

6)叶宽指数(Medium Leaf Width Index: bladoppervlakte proportioneel aan het plantenschelt (d.w.z. vermindering van het blad tot het lijnsegment))

7) De slankheid van bladeren (Slinderness of Leaves)

8)植物圆直径（Circle Diameter. Diameter van een cirkel met hetzelfde oppervlakte als de plant）

Convex Hull Area (nuttig voor compactheidsbeoordeling)

10)植物质心(Centroid. Centrum van de plantenmassapositie (bijzonder nuttig voor de eccentriciteitsbeoordeling))

De vlakke index (Flattening index)

Relatieve groeisnelheid (Relative Growth Rate)

Groenindex en classificatie (donkergroen, gezondgroen, lichtgroen, enz.)

Kleursegmentering voor plant fitness evaluation

15) Dynamische analyse van andere kenmerken en kleuren

4.3D-laserscananalyse (optioneel): voor fenotypanalyse van plantenstructuur, automatische berekening van plantenstructuur, biomassa, aantal bladeren, bladoppervlakte, bladkantelhoek, plantenhoogte en andere morfologische structurele parameters door middel van puntwolkenmodellen

5. Infrarood thermische beeldvorming analyse (optioneel): Focale vlak array micrometeren thermische radiometer, resolutie 640 x 480 pixels, band 7,5-13 μm, temperatuurbereik -20 - 120 ℃, resolutie < 0,05 ℃ @ 30 ℃ / 50mK, beeldvorming gebied 35x35cm, voor het afbeelden van de verdeling van de temperatuur van de kronale laag van planten in de situatie van lichtstraling, en het analyseren van de dynamiek van de poregeleiding van planten, droogte druk en droogtebestandigheid, enz. Goede afkoeling kan de plant langere tijd weerstaan tegen hoge lichtstraling of lage wateromstandigheden (droogte)

Analyse van hoge spectrale beeldvorming (optioneel): golflengtebereik 380-1000nm, spectrale banden (aantal banden) 675, kan worden afgebeeld en geanalyseerd door de normaliseerde verschillende vegetatie-index (NDVI), de eenvoudige verhoudingsindex (vergelijking: SR = RNIR / RRED), de verbeterde chlorofyl-absorptie-reflectie-index (MCARI1), vergelijking: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)], de geoptimaliseerde bodem-aangepaste vegetatie-index (OSAVI), vergelijking: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), de fotochemische vegetatie-reflectie-index (PRI), vergelijking: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570), enz.

7. mobiele platform in het veld: platform arm 12m breedte, multifunctionele beeldvormingsplatform kan automatisch scannen beeldvorming analyse links en rechts op het mobiele platform, kan automatisch scannen breedte tot 10m steekproef, elke scan beeldvorming gebied tot 10x0,35m (3,5m2), voltooien van een scan tijd van minder dan 1 minuut tot een paar minuten (afhankelijk van de experimentele meetprocedure Protocol), mobiele platform kan automatisch werken langs baan, de afstand in principe onbeperkt (beperkt door baanlengte); De hoogte van het mobiele platform is 2,5 m, het multifunctionele beeldvormingsplatform is hoogte verstelbaar om zich aan te passen aan de beeldvormingsanalyse van gewassen op verschillende hoogten; De 4 rubberen wielen van het mobiele platform kunnen zowel automatisch worden uitgevoerd als automatisch worden gescand via het besturingssysteem op de baan, maar ook gemakkelijk om op de algemene grond te bewegen, om te draaien, enz. Voor het monstervlak van 75x20m kan het mobiele platform het multifunctionele beeldvormingsplatform in één keer laden om de 75x10m-monsterband te voltooien en vervolgens de andere helft van de beeldvormingsanalyse van 75x10m automatisch te voltooien; Uitgerust met een GPS-systeem met nauwkeurigheid tot 2 cm, met software die automatisch meetgegevens, locatie, tijd enz. opneemt, kan worden aangedreven door een dieselgenerator om het hele platform te bewegen

8.Optioneel netwerk van omgevingssensoren voor het meten van PAR, omgevingsconcentratie van CO2, luchttemperatuur en luchtvochtigheid, neerslag en bodemvocht.

Systeembeheersing en analyse van gegevensverzameling (phenotype big data platform):

1) Gebruiksvriendelijke grafische interface

2) GPS locatiefunctie kan ruimtelijke distributie informatie tijdelijke ruimtelijke distributie patroon analyse

3) Er zijn verschillende volwassen protocollen ingebouwd, met door de gebruiker gedefinieerde, bewerkbare automatische meetprogramma's (protocollen) om alle experimenten automatisch te voltooien volgens de door de gebruiker ingestelde procedure. Gegevensresultaten worden automatisch opgeslagen en geanalyseerd en de geanalyseerde gegevens worden automatisch weergegeven in de vorm van dynamische curven

4) MySQL Database Management System, kan grote databases met tientallen miljoenen records verwerken, ondersteunt meerdere opslagmotoren, relevante gegevens worden automatisch opgeslagen in verschillende tabellen in de database

5) Alle metingen kunnen worden uitgevoerd met het standaardprogramma, ook aangepaste werkprocessen kunnen worden gemaakt via ontwikkelhulpmiddelen, of handmatig LED-lichtbronnen kunnen worden ingeschakeld of uitgeschakeld, RGB-afafbeeldingen, chlorofluorescentiebeeldingen enz.

6) Experimentele programma's (Protocols) met start-toets, stop-toets en pause-toets

7) Het systeem kan worden beheerd via draadloze afstandsbediening via het internet, waardoor gebruikers toegang kunnen krijgen tot het internet op afstand, gegevens kunnen verwerken, downloaden en het experiment kunnen wijzigen, en de functie van gebruikersrechten kan worden ingedeeld om te voorkomen dat andere mensen het experiment misbruiken.

Oorsprong: PSI Europa

Toepassingsgevallen:

Toepassing van FluorCamChlorophyl fluorescentie technologie voor in situ lange termijn monitoring van planten in het wild in verschillende seizoenen, terwijl het monitoren van plant fotosynthese (CO2-assimilatie) A, de resultaten zijn te zien in de onderstaande figuur. FluorCam chlorofluorescentietechnologie maakt gebruik van stimulerende lichtimpulsmodulatie, hoge gevoeligheid CCD-sensor (bemonsteringsfrequentie tot 50 keer per seconde) en intelligente LED-lichtbron voor grote oppervlaktes (standaard 35x35cm per frame) Plant / gewas beeldvorming analyse, in het wild kan zowel 's nachts uit te voeren chlorofluorescentie beeldvorming analyse onder donkere aanpassingsomstandigheden, maar ook in omgevingslicht aanpassingsomstandigheden uit te voeren chlorofluorescentie beeldvorming analyse, dan eenvoudige laser geïnduceerde chlorofluorescentie meting (door een straal van punten of lineaire monochromatische stimulatie lichtbron stimuleren chlorofluorescentie en meten, het voordeel is energiebesparing en kan lichter) in vergelijking met veel functionele voordelen, niet alleen het meten van meer parameters, kan verschillende chlorofluorescentie experimentele procedure beeldvorming meting analyse, maar ook een tweedimensionale beeldvorming (echte beeldvorming analyse) voorkomt de punten of lineaire stimulatie lichtscan veroorzaakt door chlorofluorescentie meting niet synchrone, het wilde wind waaien resolutie ernstig verminderd en andere problemen.

Overige systemen voor het analyseren van fenotypen in het wild:

1)PhenoUASDrone-platform voor het analyseren van fenotypen van gewassen met hoge doorvoer

2)FluorCamHet mobiele chlorofluorescentie- en RGB-beeldanalysesysteem in het wild

3)FluorCamSteekbandscannend chlorofluorescentie- en RGB-beeldanalysesysteem (optioneel met infrarood thermische beeldvorming)