PlantScreenPlatformă de analiză a fenotipelor plantelor de mare debit în sălbatică

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Dezvoltarea unei capacități de analiză rapidă, precisă și de flux ridicat a fenotipilor multicaracteristice ale plantelor în creștere sălbatică este cea mai mare provocare cu care se confruntă reproducerea genetică a culturilor din secolul XXI (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Platforma de analiză a fenotipelor plantelor de mare flux în sălbatică are o importanță deosebită pentru genetica, biotehnologia, creșterea culturilor și monitorizarea cercetării răspunsului culturilor la schimbările climatice, solul și gestionarea agriculturii, în special pentru agricultura modernă și agricultura inteligentă.

PlantScreenPlatforma de analiză a fenotipelor plantelor cu flux mare în sălbatic integrează tehnologii moderne avansate precum sistemul de control automatizat, analiza de măsurare a fluorescenței prin clorofilă, analiza imaginii termice a plantelor, analiza spectrului ridicat al plantelor, analiza imaginii color RGB și platforma de date mari fenotipe Internet +, pentru a realiza în mod optimizat măsurarea in situ a fenotipelor cu flux mare a plantelor în sălbatic, răspunsul la forță al plantelor și analiza imaginii de măsurare a rezistenței la culturi, măsurarea analizei creșterii plantelor, identificarea caracteristicilor și cercetarea analizei fizio-ecologice a plantelor etc. Ca primul producător mondial de dezvoltare și producție a sistemelor de imagini fluorescente cu clorofilă de plante, PSI este în fruntea tehnologiei globale în domeniul analizei imaginilor fenotipice de plante.PlantScreenDevine cel mai avansat echipament instrumental pentru analiza fenotipului vegetal și analiza imaginii funcționale.

Caracteristici:

1) Platformă de imagini multifuncționale, integrată cu fluorescență clorofilă, imagini RGB, imagini termice infraroșii, LiDAR、 O varietate de dispozitive de senzorie avansate de înaltă calitate, cum ar fi imagistica spectrală de înaltă calitate, analiza cuprinzătoare:

a) Analiza fenotipilor caracteristicilor structurale (imagini RGB și LiDAR)

b) Analiza fenotipilor funcționale (fluorescență clorofilică)

Evaluarea formei și creșterii (imagini RGB și LiDAR)

d) Prezentarea prin fotosinteză (fluorescență clorofilică)

e) răspunsul la forță biologică și la forță non-biologică (fluorescență cu clorofil, imagistică cu spectru ridicat, imagistică termică cu infraroșu)

f) Prezentele fizio-ecologice includ fiziologia fotosintetice, dinamica porelor, indicatorii biochimici ai metabolismului etc. (fluorescenta cu clorofil, imagistica cu spectru ridicat, imagistica termica cu infraroșu)

2) Tehnologia de imagine cu fluorescență de clorofil FluorCam, care este o tehnologie de analiză esențială a caracteristicilor fiziologice și ecologice ale culturilor, furnizează o sursă de lumină LED inteligentă care poate măsura lumina modulată în timpul imaginii automate în timpul zilei pentru a măsura fluorescența clorofilului și eficiența fotosintezei în condiții de adaptare a luminii; Equipat cu o lentilă exclusivă de fluorescență clorofilă de înaltă sensibilitate, cu o suprafață de imagini de până la 35cm x 35cm (80cm x 80cm personalizabil pentru clienți), este cel mai mare echipament tehnic de imagini cu fluorescență clorofilă unică din lume

3) Poate fi instalat pe tractor pentru analiza automată mobilă a imaginii, sau poate fi instalat pe o platformă de operare automată dedicată pentru scanarea automată a imaginii și analiza online cu acoperire completă a benzii de probă în timp ce funcționează automat de-a lungul orbitei benzii de probă

Platforma de analiză fenotipică a datelor mari, inclusiv controlul sistemului, colectarea datelor, analiza prelucrării datelor și vizualizarea afișării online, baze de date etc.

5) Suportul tehnic al echipei de experți din Centrul de Cercetare Fenotipică PSI, care organizează un atelier mondial de fenotipuri vegetale în fiecare an în SUA și Europa

6) Platforma de analiză fenotipică PhenoUAS cu flux ridicat bazată pe tehnologia dronelor (bazată pe UAV) poate fi echipată opțional, permițând analiza fenotipică bazată pe sol să scale-up la analiza fenotipică rapidă a zonelor mari din aer

7) opțional stația de monitorizare meteorologică a solului, analiza cuprinzătoare a relației dintre condițiile de mediu și caracteristicile fenotipice

8) opțional pentru sistemul de monitorizare fizio-ecologică a plantelor, monitorizarea sincronizată a fotosintezei plantelor și a creșterii fructelor și altele

9) poate fi echipat cu greutate automată vase de cultură digitală, pentru greutatea precisă, monitorizarea umidității solului, udarea automată etc.

Principalii indicatori tehnici:

1. Platforma de analiză automată a imaginii multifuncțională integrată, integrată cu surse de lumină LED inteligente și module de imagini fluorescente cu clorofilă, module de analiză a imaginii RGB și alte module de imagini opționale, cum ar fi imagini termice infraroșii, scanare laser LiDAR, spectru ridicat și altele, funcționează automat prin sistemul de operare, stocare automată de clasificare, analiză automată online etc.

Analiza cu fluorescență clorofilă (standard):

a) Sursa de lumină de excitare cu LED-uri inteligente de 3 culori, lumină de măsurare a pulsului 620nm, lumină fotochimică albă și sclip de lumină saturat maxim, lumină infraroșie 735nm pentru măsurarea Fo 'etc.

b) Opțional cu sursă de lumină albastră și rotă de filtru de 7 biți pentru măsurarea fluorescenței multispectrale multibandă, cum ar fi măsurarea imaginii GFP

c) senzor de imagini cu fluorescență clorofilă CCD de înaltă sensibilitate, cu frecvență de cadre de până la 50 fps, captură eficientă a transiențelor de fluorescență clorofilă, rezoluție 720x560 pixeli, A / D 12 biți, cu modul video și modul snapshot; Opțional cu CCD de înaltă rezoluție, rezoluție 1360x1024, frame rate 20fps, A/D 16 biți

d) Suprafața imaginii unice 35x35cm

e) Parametrii de măsurare a imaginii: poate fi efectuată măsurarea adaptării la întuneric de noapte și măsurarea adaptării la lumină de zi, parametrii de măsurare includ Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Parametrii de fluorescență a clorofilii pentru analiza eficienței fotosintezei plantelor, adecvării, forței biologice și non-biologice și rezistenței culturilor, rezistenței etc.

f) Proceduri de măsurare complete automatizate (protocole) și parametri de măsurare, cum ar fi Fv/Fm, efectul Kautsky, analiza de stingere fluorescentă

g) analiza on-line a datelor fluorescente cu clorofilă, inclusiv diagrame de coloane, diagrame de parametri de măsurare, tabele de date etc., cu funcții personalizate de separare a imaginilor și altele, care pot efectua analize dinamice multiparametrice pe diferite scări de timp (cum ar fi ziua, luna, întregul sezon de creștere etc.)

h) este o imagine sincronizată bidimensională adevărată, parametrii de fluorescență de clorofilă obținuți sunt parametrii de distribuție bidimensională adevărați bazați pe puncte de pixeli, evitând simplificarea "imaginii induse cu laser" (avantajul este ușurința, economisirea energiei) doar imaginii unidimensionale (puncte sau linie), nu pot sincroniza imaginii bidimensionale, sunt vulnerabile la factorii de mediu (cum ar fi suflarea vântului care generează erori grave), parametrii de imagine sunt doar parametri analogici (în conformitate cu scanarea laser, fluorescența rapidă obținută și fluorescența lentă nu sunt cu adevărat fluorescența minimă și maximă, parametrii obținuți "producția cuantică de lumină" sunt doar parametrii cuantici de lumină analogică necesari pentru a fi utilizati pentru parametrii post-calibrați pentru a fi utilizati), parametrii de măsurare sunt unici (poate fi obținută doar fluorescența rapidă și fluorescența lentă de măsurare și astfel calculată producția cuantică de lumină analogică sau eficiența cuantică a luminii). Probleme cum ar fi inexperiența tehnică (nu pot fi găsite referințe)

i) este cel mai utilizat și cel mai publicat instrument tehnic din lume pentru analiza fenotipului de mare debit al plantelor

Analiza imaginii RGB (standard): poate fi analizată forma plantei, culoarea verde etc., rezoluția 5Mpx și poate fi analizată automat numărul de flori de plante, bucățile de orez etc., principalii parametri de măsurare includ:

Zona frunzelor: utilă pentru monitorizarea ratei de creștere și schimbările dinamice ale acesteia

2)植物紧实度／紧密度（Soliditate/Compactitate. Raportul dintre suprafața acoperită de coxa convexă a plantei și suprafața acoperită de planta reală）

3)叶片周长(Perimetrul frunzei: Particular util pentru evaluarea formei și lățimii de bază a frunzei (combinată cu suprafața frunzei)

4) 偏心率(Eccentricitate: estimarea formei plantei, numărul scalar, excentricitatea elipsei cu aceleași momente de secundă ca și planta (0...cerc, 1...segment de linie))

5)叶圆度(Rotundătate: Pe baza evaluării raportului dintre suprafața frunzei și perimetrul. Oferă informații despre rotundătatea frunzei)

6) 叶宽指数 (Indicele de lățime medie a frunzei: suprafața frunzei proporțională scheletului plantei (adică reducerea frunzei la segmentul de linie))

7)叶片细长度SOL (Slenderness of Leaves)

8)植物圆直径(Diametrul cercului. Diametrul unui cerc cu aceeași suprafață ca planta)

9) Convex Hull Area (utilă pentru evaluarea compactității)

10) 植物质心(Centroid. Centrul poziției de masă a plantei (deosebit de util pentru evaluarea excentricității))

Indicele de aplatare (Flattening index)

Rata de creştere relativă (Relative growth rate)

13) Indicele de verde și analiza gradului (verde întunecat, verde sănătos, verde deschis etc.)

Segmentarea culorilor pentru evaluarea fitness-ului plantelor

Analiza dinamică a altor caracteristici și culori

Analiza scanării laser 3D (opțională): pentru analiza fenotipului structurii plantei, prin analiza automată a modelului de nor de puncte pentru a calcula structura plantei, biomasa, numărul de frunze, suprafața frunzelor, unghiul înclinației frunzelor, înălțimea plantei și alți parametri morfostructurali

5. analiză de imagini termice infraroșii (opțional): microtermometru cu plan focal, rezoluție 640 x 480 pixeli, banda de 7,5-13 μm, intervalul de temperatură -20 - 120 ℃, rezoluție < 0,05 ℃ @ 30 ℃ / 50mK, suprafața imaginii 35x35cm, pentru distribuirea temperaturii coroanei plantei în condiții de radiație luminoasă și analiza dinamicii conductivității poroase a plantei, forța la secetă și evaluarea capacității de rezistență la secetă etc., o bună radiație poate face ca plantele să reziste la radiații luminoase mari sau condiții de apă scăzută pentru o perioadă lungă de timp (secetă)

Analiza imaginii spectrale de înaltă valoare (opțională): intervalul de lungimi de undă 380-1000nm, numărul de benzi spectrale (numărul de unde) 675 de benzi, poate fi realizată și analizată cu indicele de reflectanță al absorbției de clorofilă modificată (MCARI1), ecuația: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)], indicele de reflectanță al vegetației optimizate pentru solul (OSAVI), ecuația: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), indicele de reflectanță fotochimică (PRI), ecuația: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570) etc.

Platforma mobilă în câmp: brațul platformei de 12m, platforma de imagini multifuncționale poate scana automat analiza imaginii în stânga și dreapta platformei mobile, poate scana automat bandă de lățime de până la 10m, fiecare zonă de imagini de scanare poate ajunge la 10x0,35m (3,5m2), terminarea unei scanări de la mai puțin de 1 minut la câteva minute (în funcție de protocolul procedurii de măsurare experimentale), platforma mobilă poate funcționa automat de-a lungul orbitei, distanța de funcționare este în principiu nelimitată (limitată de lungimea orbitei); Înălțimea platformei mobile este de 2,5 m, platforma de imagini multifuncționale poate fi reglată la înălțime pentru a se adapta analizei imaginilor culturilor la diferite înălțimi; Platforma mobilă 4 roți de cauciuc poate funcționa automat pe orbită prin intermediul sistemului de control și scanează automat imaginile, de asemenea, ușor de mișcat pe solul general, încoarcere etc., pentru eșantionul de 75x20m, platforma mobilă poate încărca platforma de imagini multifuncționale pentru a finaliza bandă de 75x10m dintr-o dată, apoi încoarcerea manuală pentru a finaliza analiza de imagini a celeilalte jumătăți de 75x10m; Echipat cu sistem GPS cu precizie de până la 2 cm, prin intermediul software-ului pentru înregistrarea automată a datelor de măsurare, poziția, ora etc., poate fi alimentat de generatorul diesel pentru a conduce întreaga platformă în mișcare

8. poate fi echipat cu o rețea de senzori de măsurare a mediului pentru a monitoriza automat înregistrările PAR, concentrația de CO2 din mediu, temperatura și umiditatea aerului, precipitațiile și umiditatea solului.

Sisteme de control și analiză a colectării de date (platforme de date mari fenotipice):

1) Interfață grafică ușoară de utilizat

2) funcția de localizare GPS poate efectua informații despre distribuția spațială și analiza modelelor de distribuție în timp și spațiu

3) Am încorporat o varietate de protocole mature, cu programe de măsurare automată (protocole) definite de utilizator și editabile, pentru a finaliza automat toate experimentele în funcție de procedurile setate de utilizator. Rezultatele datelor sunt stocate și analizate automat, iar rezultatele analizelor pot fi afișate automat sub formă de curbe dinamice

4) Sistemul de management al bazei de date MySQL, care poate procesa baze de date mari cu zeci de milioane de înregistrări, suportă mai multe motoare de stocare, datele relevante sunt stocate automat în diferite tabele din baza de date

5) toate măsurările pot fi efectuate cu programul implicit, de asemenea, pot fi create procese de lucru personalizate prin intermediul instrumentelor de dezvoltare sau pot fi activate sau oprite manual surse de lumină LED, imagini de scanare RGB, imagini fluorescente cu clorofil etc.

6) Programul experimental (Protocole) are tasta de inceput, tasta de terminare si tasta de pauza

7) Sistemul poate fi controlat de la distanță prin intermediul internetului fără fir, permițând utilizatorului acces la distanță prin intermediul internetului, prelucrarea datelor, descărcarea și schimbarea proiectului experimentului, cu funcția de clasare a drepturilor utilizatorului pentru a preveni manipularea greșită a altor persoane care afectează experimentul

Origine: PSI Europa

Aplicații:

Aplicații FluorCamTehnologia de fluorescență cu clorofilă, pentru monitorizarea pe termen lung in situ a plantelor sălbatice în diferite anotimpuri, în același timp, monitorizarea fotosintezei plantelor (asimilarea CO2) A, rezultatele se referă la figura de mai jos. FluorCam utilizează tehnologia de modulare a impulsurilor de lumină excitate, senzorul CCD de înaltă sensibilitate (frecvență de eșantionare de până la 50 de ori pe secundă) și sursa de lumină LED inteligentă pentru o suprafață mare (standard cu o suprafață de imagini de 35x35cm pe cadru) Analiza imaginilor plantelor / culturilor, în sălbatic, poate fi realizată atât în timp de noapte în condiții de adaptare întunecată, cât și în condiții de adaptare la lumina mediului, poate fi realizată analiza imaginilor de fluorescență a clorofilei, mai mult decât o măsurare simplă a fluorescenței clorofilei induse cu laser (prin un fascicul de punct sau o sursă de lumină monocromatică de excitare a clorofilei pentru a stimula fluorescența și a măsura, avantajul este de a economisi energie și poate fi mai ușoară) în comparație cu numeroase avantaje funcționale, nu numai că mai mulți parametri de măsurare, dar pot fi efectuate diverse proceduri de măsurare a imaginilor de fluorescență a clorofilei, dar o singură imagine bidimensională (analiza imaginilor reale) evită scanarea luminoasă de excitare a clorofilei cauzată de o măsurare de fluorescență a clorofilei nesincronizată, rezoluția de suflare a vân

Alte sisteme de analiză a imaginilor fenotipice:

1)PhenoUASPlatforma de analiză a fenotipelor culturilor de mare flux cu drone

2)FluorCamSisteme mobile de analiză a imaginilor cu fluorescență clorofilă și RGB

3)FluorCamSistem de analiză cu fluorescență clorofilă scanată pe bandă și imagini RGB (imagini termice în infraroșu opționale)