PlantScreenПлатформа за анализ на фенотипите на растенията с висок пропуск в дивата природа

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Създаването на бърз, точен и високо дебитен анализ на многохарактерните фенотипи на дивите растения е най-голямото предизвикателство за генетичното размножаване на култури през 21-ви век (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Платформата за анализ на фенотипите на растенията с висок пропуск в дивата природа е от изключително значение за генетиката, биотехнологиите, културното отглеждане и мониторинга на изследванията за отговора на културите на изменението на климата, почвата и управлението на земеделието, особено за съвременното земеделие и интелигентното земеделие.

PlantScreenПлатформата за анализ на фенотипите на растенията с висок проток в дивата среда интегрира модерни напреднали технологии като автоматизирана система за управление, анализ на хлорофлуоресцентните измервания, анализ на термичните изображения на растенията, анализ на високия спектър на растенията, анализ на цветните изображения RGB и платформа за големи данни за интернет + фенотипи, за да се постигне оптимизирано измерване на фенотипите на растенията с висок проток в дивата среда, анализ на съпротивността на растенията и анализ на изображенията на растенията, анализ на растенията, идентифициране на характеристиките и изследвания за физи Като първият производител в света, който разработва и произвежда флуоресцентни системи за изображения на растения, PSI е в световен технологичен лидер в областта на фенотипния анализ на изображения на растения, като платформи за анализ на изображения като анализ на флуоресцентни изображения на растения с голяма площ позволяватPlantScreenДа се превърне в най-модерното инструментално оборудване за анализ на фенотипите на растенията и анализ на функционалните изображения.

Функционални характеристики:

1) Голяма многофункционална сензорна платформа, интегрирана с хлорофлуоресцентно изображение, RGB изображение, инфрачервено топлинно изображение, LiDAR、 Високоспектралното изображение и различни напреднали висококачествени сензорни устройства, пълен анализ:

Анализ на структурните характеристики (RGB изображение и LiDAR)

б) Функционален фенотипен анализ (хлорофлуоресцентна визуализация)

Оценка на формата и растежа (RGB изображение и LiDAR)

г) Фотосинтеза (хлорофлуоресцентна визуализация)

д) биофорсови и небиофорсови реакции (хлорофлуоресцентни изображения, високоспектрални изображения, инфрачервени термични изображения)

е) Физиологично-екологични проявления, включително фотосинтезна физиология, динамика на порите, биохимични метаболитни показатели и т.н. (хлорофлуоресцентна визуализация, високоспектрална визуализация, инфрачервена термология)

2) водещата световна технология за хлорофлуоресцентно изображение FluorCam, която е необходима технология за анализ на физиологичните и екологичните функционални свойства на културите, интелигентният светодиоден източник на светлина осигурява модулирана измервателна светлина, която може да измерва хлорофлуоресцента и фотосинтезата в условията на адаптация на светлината автоматично през деня; С уникална високочувствителна хлорофлуоресцентна изображетелна леща с площ до 35 см x 35 см (80 см x 80 см може да бъде персонализирана от клиента), това е най-голямото технологично оборудване за единична хлорофлуоресцентна изображение в света

3) Може да бъде инсталиран на трактор за мобилен автоматичен анализ на изображенията, или може да бъде инсталиран на специална платформа за автоматично движение по пътеката на пробената лента за автоматично сканиране на изображенията и онлайн анализ с пълно покритие на пробената лента

Платформа за фенотипен анализ на големи данни, включително системно управление, събиране на данни, анализ и визуализация на обработка на данни, онлайн дисплей, бази данни и др.

5) Техническа подкрепа от екип от експерти от Центъра за фенотипни изследвания на PSI, които организират световен семинар за фенотипи на растения всяка година в САЩ и Европа

6) Платформа за фенотипен анализ на безпилотни летателни апарати PhenoUAS, базирана на технология за безпилотни летателни апарати (БПЛА), която позволява бърз фенотипен анализ на базата на земята да се скалира до голяма област във въздуха

7) Може да бъде оборудвана с станция за мониторинг на метеорологията на почвата, за да се направи цялостен анализ на връзката между условията на околната среда и фенотипните характеристики

8) Може да бъде оборудвана с физиологична и екологична система за мониторинг на растенията, синхронно мониторинг на фотосинтезата на растенията и растежа на плодовете

9) Автоматично претегляне на цифрови садове за прецизно претегляне, мониторинг на почвената влага, автоматично поливане и др.

Основни технически показатели:

1. Интегрирана многофункционална платформа за автоматичен анализ на изображението, интегрирана с интелигентен светодиоден източник на светлина и хлорофлуоресцентен модул за изображение, RGB модул за анализ на изображението и други като инфрачервено топлинно изображение, LiDAR лазерно сканиране, високоспектърно и други опционални модули за изображение, автоматично изпълнение чрез операционна система, автоматично съхранение на класификация, автоматичен онлайн анализ и др.

Анализ на хлорофлуоресцентни изображения (стандартна комплектация):

а) 3 цвят интелигентен светодиоден източник на вълнение, 620nm импулсна измерваща светлина, бяла фотохимическа светлина и максимална наситена светлина, 735nm инфрачервена светлина за измерване на Fo 'и т.н.

b) Източник на синя светлина с 7-битово филтърно колело за многоспектрални многолентови флуоресцентни измервания като измерване на GFP изображения

в) Уникален високочувствителен CCD хлорофлуоресцентен сензор за изображение с честота на кадри до 50 fps, ефективен улавяне на хлорофлуоресцентен миг с резолюция 720x560 пиксела, A / D 12 бита, с видео режим и режим на снимка; Опционално с CCD с висока резолюция, резолюция 1360x1024, кадрова честота 20fps, A/D 16 бита

г) Размер на изображението 35x35cm

д) параметри за измерване на изображението: може да се извърши измерване на адаптацията към тъмността през нощта и измерване на адаптацията към светлината през деня, измервателните параметри включват Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Клорофлуоресцентни параметри, използвани за анализ на ефективността на фотосинтезата, пригодността, биологичната и небиологичната принуда и устойчивостта на културите, устойчивостта и др.

f) Пълно автоматизирани измервателни процедури (протоколи) и измервателни параметри, като Fv/Fm, индуциране на ефекта на Каутски, анализ на флуоресцентното загасяване, като измерването на Fv/Fm отнема само 10 секунди

g) Онлайн анализ на хлорофлуоресцентни данни, включително колонна диаграма, диаграма за измерване на параметри, таблица с данни и т.н., с персонализирани функции за разделяне на изображението и т.н., за да се извърши мултипараметрен динамичен анализ на различни времеви мащаби (като ден, месец, целия растежен сезон и т.н.)

h) е истинско двуизмерно синхронизирано изображение, получените хлорофилни флуоресцентни параметри са истински двуизмерни разпределителни параметри, базирани на пикселни точки, за да се избегне опростено "лазерно индуцирано изображение" (предимството е лекота, спестяване на енергия) само едномерно изображение (точка или линия), не може да се синхронизира двуизмерно изображение, уязвимост към факторите на околната среда (като дъхането на вятъра, което създава сериозна грешка), параметрите на изображението са само аналогови параметри (според лазерното сканиране, бързото измерване на флуоресценцията и бавното измерване на флуоресценцията не са наистина минималната и максималната флуоресценция, полученият параметр "квантова продукция на светлината" е само аналогова квантова продукция на светлината, която се нуждае от калибрирани параметри, за да се използва), измервателни параметри единични Проблеми с незрелостта на технологиите (липса на референтна литература)

i) е най-широко използваното и публикувано средство за анализ на фенотипите на растенията с висок поток в света

RGB анализ на изображението (стандартна комплектация): може да се направи анализ на изображението на формата на растението, цвета на зелеността и т.н. с резолюция 5Mpx и автоматично да се направи статистически анализ на броя на цветята на растенията, оризовите червеи и т.н., основните параметри за измерване на анализа включват:

Площ на листата (полезна за мониторинг на скоростта на растеж) и нейните динамични промени

2)植物紧实度／紧密度(Твърдост/Компактност. Съотношение между площта, покрита от изпъкналия корпус на растението, и площта, покрита от действителното растение)

3) 叶片周长 (Периметър на листата: Особено полезен за основната оценка на формата и ширината на листата (в комбинация с площта на листата)

4) 偏心率 (Ексцентричност: Оценка на формата на растението, скаларно число, ексцентричност на елипсата със същите секундни моменти като растението (0...кръг, 1...линиен сегмент))

5) 叶圆度 (Кръглост: Въз основа на оценката на съотношението между площта на листата и периметъра. Дава информация за кръглостта на листата)

6) 叶宽指数 (Индекс на средна ширина на листата: площ на листата пропорционална на скелета на растението (т.е. намаляване на сегмента на листата до линията))

Leaf Length (Слънчост на листата)

8)植物圆直径(Диаметър на кръг. Диаметър на кръг със същата площ като растението)

Изкуклена площ на корпуса (Convex Hull Area, полезна за оценка на компактността)

10) 植物质心(Centroid. Център на позицията на масата на растението (особено полезен за оценка на ексцентричността))

Индекс на плоскост (Flattening index)

Относителен темп на растеж (Relative growth rate)

13) Индекс на зелеността и класационен анализ (тъмнозелено, здравословно зелено, светло зелено и т.н.)

Цветова сегментация за оценка на фитнеса на растенията

Динамичен анализ на други характеристики и цветове

4.3D лазерно сканиране (по избор): за анализ на фенотипите на растенията, чрез автоматичен анализ на модела на облака от точки за изчисляване на различните параметри на морфологията на растенията, биомасата, броя на листата, площта на листата, ъгъла на наклона на листата, височината на растенията и др.

5. Инфрачервен термически изображение анализ (по избор): фокално равнище масив микротермологичен радиометър, резолюция 640 × 480 пиксела, диапазон 7.5-13μm, температурен диапазон -20 – 120 ℃, резолюция < 0.05 ℃ @ 30 ℃ / 50mK, площ на изображение 35x35cm, използван за изображение на разпределението на температурата на коронарната покривка на растенията при светлинно излъчване и анализ на динамиката на проводимостта на порите на растенията, сушата принуда и оценка на устойчивостта на сушата и т.н., добро топлинно разхлаждане може да позволи на растенията да издържат на висока светлинна радиация или ниски условия на вода

Високоспектрален анализ на изображението (по избор): диапазон от дължини на вълната 380-1000nm, брой на спектралните ленти (брой на вълните) 675, може да се направи изображение и да се анализира нормализиран индекс на различната растителност (NDVI), индекс на простото съотношение (уравнение: SR = RNIR / RRED), подобрен индекс на отразяването на абсорбцията на хлорофил (MCARI1), уравнение: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)], оптимизиран индекс на отразяването на почвата (OSAVI), уравнение: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), индекс на отразяването на фотохимичната растителност (PRI), уравнение: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570) и т.н.

7. мобилна платформа в полето: 12 м разстояние на ръката на платформата, многофункционалната платформа за изображение може да сканира автоматично изображението на мобилната платформа, може автоматично да сканира пробната лента с ширина до 10 м, всяко сканиране на изображението може да достигне 10x0,35 м (3,5 м2), завършване на сканирането от по-малко от 1 минута до няколко минути (в зависимост от протокола за експериментална процедура за измерване), мобилната платформа може да работи автоматично по орбитата, оперативното разстояние в принцип не е ограничено (ограничено от дължината на орбитата); Височината на мобилната платформа е 2,5 м, многофункционалната платформа за изображение може да се регулира по височина, за да се адаптира към анализа на изображенията на културите на различни височини; 4 гумени колела на мобилната платформа могат да работят автоматично на орбитата чрез системата за управление и автоматично сканиране на изображението, но също така са лесни за движение на общата земя, завиване и т.н., за образеца от 75x20m, мобилната платформа може да зареди многофункционалната платформа за изображение, за да завърши образеца от 75x10 м наведнъж, а след това ръчно завиване и автоматично завършване на другата половина от анализа на изображението от 75x10 м; GPS система с точност до 2 см, чрез софтуер за автоматично записване на измерванията, местоположението, времето и т.н., може да се захранва от дизелов генератор, който задвижва цялата платформа

Може да бъде оборудвана с мрежа от сензори за измерване на околната среда, за да се регистрира автоматично PAR, концентрацията на CO2 в околната среда, температурата и влажността на въздуха, валежите и влажността на почвата и т.н.

Система за контрол и анализ на събирането на данни (платформа за фенотипни големи данни):

1) Лесен за потребителя графичен интерфейс

2) Функцията за GPS местоположение може да извърши пространствено разпределение на информация и анализ на пространствено-временното разпределение

Вградени са различни зрели протоколи с дефинирани от потребителя, редактируеми автоматични измервателни програми (протоколи), които автоматично завършват целия експеримент в съответствие с програмата за настройка на потребителя. Резултатите от данните се съхраняват и анализират автоматично, а анализираните данни се показват автоматично под формата на динамични криви

4) MySQL система за управление на бази данни, която може да обработва голяма база данни с десетки милиона записи, поддържа множество двигатели за съхранение, съответните данни се съхраняват автоматично в различни таблици в базата данни

5) Всички измервания могат да бъдат извършени с програмата по подразбиране, както и чрез инструменти за разработване, за да се създаде персонализиран работен процес или ръчно да се включи или изключи светодиодният източник на светлина, RGB сканиране, хлорофлуоресцентно изображение и т.н.

Експерименталните програми (протоколи) имат клавиш за старт, клавиш за край и клавиш за пауза

7) Системата може да бъде дистанционно управлявана чрез безжичен интернет, което позволява на потребителя да осъществява дистанционно достъп чрез интернет, обработка на данни, изтегляне и промяна на дизайна на експеримента, с функция за класиране на потребителските права, за да се предотврати погрешно управление на други хора, повлияващо на експеримента

Произход: PSI Европа

Приложение:

Приложение FluorCamХлорофил флуоресцентна технология за дългосрочен мониторинг in situ на дивите растения в различните сезони, като същевременно се наблюдава фотосинтезата на растенията (асимилация на CO2) А, резултатите се виждат на диаграмата по-долу. FluorCam хлорофлуоресцентната технология използва технология за модулиране на светлинните импулси, високочувствителен CCD сензор (честота на вземане на проби до 50 пъти в секунда) и интелигентен светодиоден източник на светлина, който може да бъде голям (стандартно с площ 35x35 см на кадър) Анализ на изображението на растения / култури, в дивата природа може да се извърши и анализ на хлорофлуоресцентната изображение в условията на тъмна адаптация през нощта, и да се извърши анализ на хлорофлуоресцентната изображение в условията на адаптация към околната светлина, отколкото простото лазерно индуцирано измерване на хлорофлуоресцентната изображение (чрез лъч от точкови или линейни моноцветни източници на светлина, които стимулират хлорофлуоресцентната изображение и измерват, предимството е спестяването на енергия и може да бъде по-леко) в сравнение с много функционални предимства, не само измерване на повече параметри, може да се извърши различен анализ на измерването на изображението на хлорофлуоресцентните експерименти, но и едно двуизмерно изображение (истински анализ на изображението)

Допълнителни системи за анализ на фенотипите в полето:

1)PhenoUASПлатформа за анализ на фенотипите на културите с висок поток

2)FluorCamДива мобилна хлорофлуоресцентна и RGB система за анализ на изображенията

3)FluorCamСистема за анализ на хлорофлуоресценцията и RGB изображението с сканиране на пробата (опционално с инфрачервено топлинно изображение)