PlantScreenPlataforma de análise fenotípica de plantas de alto fluxo em natureza

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Estabelecer a capacidade de análise de fenótipos multicaracterísticos rápidos, precisos e de alto fluxo de plantas em crescimento selvagem é o maior desafio para a reprodução genética de culturas do século XXI (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). As plataformas de análise fenotípica de plantas de alto fluxo em campo são de grande importância para genética, biotecnologia, cultivo de culturas e monitoramento de pesquisa em resposta às mudanças climáticas, solos e gestão da agricultura, especialmente na agricultura moderna e na agricultura inteligente.

PlantScreenA plataforma de análise de fenótipos de plantas de alto fluxo em natureza integra sistemas de controle automatizado, análise de medição de imagem fluorescente de clorofila, análise de imagem térmica de plantas, análise de espectro elevado de plantas, análise de imagem colorida RGB e plataforma de grandes dados de fenótipos de Internet +, de forma otimizada para realizar medições de análise de fenótipos de alta fluxo in situ de plantas em natureza, resposta à força e análise de imagem de resistência de plantas, medição de análise de crescimento de plantas, reconhecimento de características e pesquisa de análise fisioecologica de plantas, etc. Como o primeiro fabricante mundial para desenvolver e produzir sistemas de imagem fluorescente de clorofilo vegetal, a PSI está na vanguarda tecnológica mundial no campo da análise de imagem fenotípica de plantas.PlantScreenTorne-se o equipamento instrumental mais avançado para análise fenotípica de plantas e análise de imagem funcional.

Características:

1) grande plataforma de imagem multifuncional (plataforma de sensor multifuncional), integrando imagem fluorescente de clorofilo, imagem RGB, imagem térmica infravermelha, LiDAR、 Uma variedade de dispositivos de sensores avançados de alta gama, como imagens espectrais de alto nível, análise abrangente:

a) Análise fenotípica de características estruturais (imagem RGB e LiDAR)

b) Análise fenotípica funcional (imagem fluorescente de clorofila)

c) Avaliação de forma e crescimento (imagem RGB e LiDAR)

d) Desempenho por fotosíntese (imagem fluorescente de clorofilo)

e) Respostas de força biológica e não biológica (imagem fluorescente de clorofilo, imagem espectral elevada, imagem térmica infravermelha)

f) Expressões fisioecologicas, incluindo fisiologia fotossintética, dinâmica dos poros, indicadores metabólicos bioquímicos, etc. (imagem fluorescente de clorofilo, imagem de alto espectro, imagem térmica infravermelha)

2) Tecnologia líder mundial de imagem de fluorescência de clorofilo FluorCam, é a tecnologia de análise essencial das propriedades fisioecologicas e funcionais das culturas, fonte de luz LED inteligente fornece luz de medição modulada que pode medir a fluorescência de clorofilo e a eficiência da fotossíntese durante a imagem automática durante o dia; Equipado com uma lente exclusiva de imagem fluorescente de clorofilo de alta sensibilidade, com uma área de imagem de até 35 cm x 35 cm (80 cm x 80 cm podem ser personalizados pelo cliente), é o maior equipamento técnico de imagem fluorescente de clorofilo único do mundo

3) Pode ser instalado em um trator para análise de imagem automática móvel, ou pode ser instalado em uma plataforma de operação automática dedicada para exploração automática de imagem e análise on-line de cobertura completa da faixa ao longo da pista da amostra

4) Plataforma de big data de análise fenotípica, incluindo controle de sistema, coleta de dados, análise e visualização de processamento de dados, exibição on-line, banco de dados, etc.

5) Apoio técnico da equipe de especialistas do Centro de Pesquisa de Fenótipos do PSI, organizando um seminário mundial de fenótipos vegetais anualmente nos EUA e na Europa, respectivamente

6) Plataforma de análise fenotípica de alto fluxo de drones PhenoUAS baseada em tecnologia de drones (UAV-based) opcional, permitindo a análise fenotípica baseada no solo escalar-up para análise fenotípica rápida em grandes áreas no ar

7) Estação de monitoramento meteorológico do solo opcional para análise abrangente da relação entre as condições ambientais e as características fenotípicas

8) Opcional sistema de monitoramento fisioecologico de plantas, monitoramento sincrónico de informações como fotossíntese de plantas e crescimento de frutos

9) Pode ser equipado com pesagem automática de vasos digitais para pesagem precisa, monitoramento de umidade do solo, rega automática, etc.

Principais indicadores técnicos:

1. Plataforma de análise de imagem automática multifuncional integrada, com a integração de fontes de luz LED inteligentes e módulos de imagem fluorescente de clorofilo, módulos de análise de imagem RGB e outros módulos de imagem opcionais, como imagem térmica infravermelha, varredura a laser LiDAR, alto espectro e outros, com execução automática através do sistema operacional, armazenamento de classificação automática, análise on-line automática, etc.

Análise de imagem fluorescente de clorofila (padrão):

a) Fonte de luz de excitação LED inteligente de 3 cores, luz de medição de pulso de 620nm, luz fotoquímica branca e flash de luz saturada máximo, luz infravermelha de 735nm para medição de Fo 'etc.

b) Fonte de luz azul opcional com roda de filtro de 7 bits para medição de fluorescência multiespectral multibanda como medição de imagem GFP

c) Sensor exclusivo de imagem de fluorescência de clorofilo CCD de alta sensibilidade, frequência de quadro de até 50fps, captura eficaz de fluorescência de clorofilo transitória, resolução de 720x560 pixels, A / D de 12 bits, com modo de vídeo e modo de instantâneo; Opcional com CCD de alta resolução, resolução 1360x1024, frame rate 20fps, A/D de 16 bits

d) Área de imagem única 35x35cm

e) Parâmetros de medição de imagem: medição de adaptação à escuridão noturna e medição de adaptação à luz diurna, os parâmetros de medição incluem Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Parâmetros de fluorescência de clorofila para análise da eficiência da fotossíntese, adequação, força biológica e não biológica e resistência das culturas, resistência, etc.

f) Fv/Fm, efeito de indução Kautsky, análise de extinção de fluorescência e outros protocolos e parâmetros de medição totalmente automatizados, como o Fv/Fm

g) Análise on-line de dados de fluorescência de clorofila, incluindo gráficos de colunas, gráficos de parâmetros de medição, tabelas de dados, etc., com divisão de imagem personalizada e outras funções, que podem realizar análises dinâmicas multiparâmetros em diferentes escalas de tempo (como dia, mês, toda a estação de crescimento, etc.)

h) é a imagem sincronizada bidimensional real, os parâmetros de fluorescência da clorofila resultantes são verdadeiros parâmetros de distribuição bidimensional baseados em pontos Problemas como a imprecisão técnica (não se encontram referências)

i) É a técnica mais utilizada e publicada no mundo para análise fenotípica de alta potência de plantas

Análise de imagem RGB (padrão): a forma da planta, a cor verde, etc. pode ser analisada com resolução de 5Mpx, e pode ser analisada automaticamente com o número de flores da planta, os parâmetros de medição principais incluem:

Área das folhas: útil para monitorar a taxa de crescimento e suas mudanças dinâmicas

2)植物紧实度／紧密度(Solidez/Compatidade. Relação entre a área coberta pelo casco convexo da planta e a área coberta pela planta real)

Perímetro da folha: Particularmente útil para a avaliação básica da forma e largura da folha (combinada com a área da folha)

4)偏心率（Eccentricidade: Estimação da forma da planta, número escalar, excentricidade da elipse com os mesmos segundos momentos da planta (0...círculo, 1...segmento de linha)）

5)叶圆度（Redondez: Com base na avaliação da relação entre a área da folha e o perímetro. Dá informações sobre a redondeza da folha）

Índice de largura média da folha: área da folha proporcional ao esqueleto da planta (ou seja, redução da folha ao segmento de linha)

7)叶片细长度SOL (Esgrima das Folhas)

8)植物圆直径（Diâmetro do círculo. Diâmetro de um círculo com a mesma área que a planta）

Área do casco convexo (útil para avaliação da compactez)

Centro da posição de massa da planta (particularmente útil para a avaliação da excentricidade)

Índice de Planificação (Flattening Index)

Taxa de Crescimento Relativo (Relative Growth Rate)

13) Índice de verdeza e análise hierárquica (verde escuro, verde saudável, verde claro, etc.)

Segmentação de cores para avaliação da aptidão das plantas

15) Análise dinâmica de classificação de outras características e cores

Análise de varredura a laser 3D (opcional): para análise fenotípica da estrutura da planta, cálculo automático da estrutura da planta, biomassa, número de folhas, área das folhas, ângulo de inclinação das folhas, altura da planta e vários parâmetros morfológicos

5. Análise de imagem térmica infravermelha (opcional): Radiômetro de micromedição térmica de matriz de plano focal, resolução 640 x 480 pixels, banda de 7,5-13 μm, faixa de temperatura -20 – 120 ℃, resolução < 0,05 ℃ @ 30 ℃ / 50mK, área de imagem 35x35cm, para imagem da distribuição de temperatura da coroa da planta em situações de radiação fotográfica, e analisar a dinâmica da condutividade dos poros da planta, a força da seca e a avaliação da capacidade de resistência à seca, etc., uma boa dissipação de calor pode fazer com que a planta suporte a radiação de alta luz ou baixa água por um longo período de tempo (seca)

Análise de imagem espectral alta (opcional): gama de comprimentos de onda 380-1000nm, número de bandas espectrais (número de bandas) 675 bandas, pode imagem e análise do índice de vegetação de diferença normalizada (NDVI), índice de razão simples (Equação: SR = RNIR / RRED), índice de reflexão de absorção de clorofila modificada (MCARI1), Equação: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)]), índice de vegetação ajustada ao solo otimizado (OSAVI), Equação: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), índice de reflexão fotoquímico (PRI), Equação: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570), etc.

Plataforma móvel de campo: braço da plataforma de 12m, plataforma de imagem multifuncional pode analisar automaticamente a imagem da esquerda e da direita na plataforma móvel, pode digitalizar automaticamente a largura da amostra de até 10m, cada área de imagem de digitalização pode chegar a 10x0,35m (3,5m2), concluir um tempo de digitalização de menos de 1 minuto a alguns minutos (de acordo com o protocolo do programa de medição experimental), a plataforma móvel pode operar automaticamente ao longo da órbita, a distância de operação é, em princípio, ilimitada (limitada pelo comprimento da órbita); A altura da plataforma móvel é de 2,5 m, e a plataforma de imagem multifuncional pode ser ajustada em altura para se adaptar à análise de imagem de culturas em diferentes alturas; Plataforma móvel 4 rodas de borracha podem funcionar automaticamente na órbita através do sistema de controle e digitalizar automaticamente a imagem, também é fácil mover-se no solo geral, virar, etc., para a amostra de 75x20m, a plataforma móvel pode carregar a plataforma de imagem multifuncional de uma vez para concluir a amostra de 75x10m, em seguida, virar manualmente depois de concluir automaticamente a análise de imagem da outra metade de 75x10m; Equipado com um sistema GPS de precisão de até 2 cm, através do software para gravar automaticamente dados de medição, localização, hora, etc., pode ser alimentado por um gerador diesel para impulsionar todo o movimento da plataforma

Pode ser equipado com uma rede de sensores de medição ambiental opcional para monitorar automaticamente o registro de PAR, concentração de CO2 ambiental, temperatura e umidade do ar, precipitação e umidade do solo.

Sistema de controle e análise de aquisição de dados (plataforma de Big Data fenótipa):

1) Interface gráfica fácil de usar

2) Função de localização GPS pode realizar a análise do padrão de distribuição espacial e temporal

3) Uma variedade de protocolos maduros incorporados, com programas de medição automática (protocolos) definidos pelo usuário e editáveis ​​para concluir automaticamente todos os experimentos de acordo com o programa configurado pelo usuário. Os resultados dos dados são armazenados e analisados automaticamente e os resultados analisados podem ser exibidos automaticamente como curvas dinâmicas

4) Sistema de gerenciamento de banco de dados MySQL, capaz de lidar com grandes bancos de dados com dezenas de milhões de registros, suporte a vários mecanismos de armazenamento, os dados relevantes são armazenados automaticamente em diferentes tabelas no banco de dados

5) Todas as medições podem ser realizadas com o programa padrão, ou você pode criar um processo de trabalho personalizado através de ferramentas de desenvolvimento, ou manualmente ativar ou desligar a fonte de luz LED, imagem de varredura RGB, imagem de fluorescência de clorofilo, etc.

Protocolos: teclas de início, terminação e pausa

7) O sistema pode ser controlado remotamente através da Internet sem fio, permitindo que o usuário acesse remotamente através da Internet, faça o processamento de dados, faça o download e altere o design do experimento, com a função de classificação de direitos do usuário, para evitar que outras pessoas manipulem mal o experimento.

Origem: PSI Europa

Caso de aplicação:

Aplicação FluorCamTecnologia de fluorescência de clorofila para o monitoramento in situ de longo prazo de plantas selvagens em diferentes estações, enquanto monitora a fotossíntese de plantas (assimilação de CO2) A, os resultados podem ser encontrados na figura abaixo. A tecnologia de fluorescência de clorofilo FluorCam utiliza tecnologia de modulação de pulso de luz excitada, tecnologia de sensor CCD de alta sensibilidade (frequência de amostragem de até 50 vezes por segundo) e fonte de luz LED inteligente para grandes áreas (com uma área de imagem padrão de 35x35 cm por quadro) Análise de imagem de plantas / culturas, no campo pode ser realizada à noite sob as condições de adaptação escura para a análise de imagem de fluorescência de clorofilo, também pode ser realizada sob as condições de adaptação à luz ambiental para a análise de imagem de fluorescência de clorofilo, do que a simples medição de fluorescência de clorofilo induzida por laser (através de um feixe de ponto ou fonte de luz de excitação monocromática linear para estimular a fluorescência de clorofilo e medir, a vantagem é economizar energia e pode ser mais leve) em comparação com muitas vantagens funcionais, não só a medição de vários parâmetros, pode realizar uma análise de medição de imagem de vários procedimentos de fluorescência de clorofilo experimental, mas uma imagem bidimensional (análise de imagem real) evita a medição de fluorescência de clorofilo causada pela varredução de luz de excitação pontual ou linear não sincronizada, a resolução de deslizamento do vento selvagem é gravemente reduzida.

Outros sistemas de análise de imagens fenotípicas em campo:

1)PhenoUASPlataforma de análise de fenótipos de cultivos de grande volume de drones

2)FluorCamFluorescença de clorofilo móvel em campo e sistema de análise de imagem RGB

3)FluorCamSistema de análise de imagem de fluorescência de clorofila com varredura de amostra e RGB (imagem térmica de infravermelho opcional)