PlantScreenPlattform zur Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchsatz

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Der Aufbau einer schnellen, präzisen und hohen Durchsatz-nicht-schädigenden Phänotypanalyse von wilden Pflanzen ist die größte Herausforderung für die genetische Züchtung von Pflanzen im 21. Jahrhundert (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Die Plattform für die Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchsatz in der Natur ist von großer Bedeutung für die Genetik, Biotechnologie, Pflanzenzüchtung und die Forschungsüberwachung der Reaktion von Pflanzen auf den Klimawandel, den Boden und das Landwirtschaftsmanagement, insbesondere für die moderne Landwirtschaft und die intelligente Landwirtschaft.

PlantScreenDie Plattform für die Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchsatz in der Wildnis integriert moderne fortschrittliche Technologien wie automatisierte Steuerungssysteme, Chlorophyll-Fluoreszenz-Bildmessung, Pflanzenthermobinnungsanalyse, Pflanzenhochspektralanalyse, RGB-Farbbildungsanalyse und Internet + Phänotyp-Big-Data-Plattform, um die Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchsatz in der Wildnis in der Lage zu sein, die Analyse der Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchsatz, die Analyse der Phänotypanalyse von Pflanzen mit Zwangsreaktion und Pflanzenresistenz, die Analyse der Phänotypanalyse von Pflanzenwachstum, die Merkmalerkennung Als erster Hersteller der Entwicklung und Produktion von Pflanzenfluorescenz-Bildgebungssystemen ist PSI weltweit an der Spitze der Technologie im Bereich der phänotypischen Bildgebungsanalyse von Pflanzen.PlantScreenZu den modernsten Instrumenten für die Phänotypanalyse von Pflanzen und die funktionelle Bildverarbeitung.

Funktionen:

1) große multifunktionale Sensorplattform, die Chlorophyllfluoreszenz-Bildgebung, RGB-Bildgebung, Infrarot-Wärmebildgebung integriert, LiDAR、 Eine Vielzahl von fortschrittlichen High-End-Sensorgeräten wie High Spectrum Imaging, umfassende Analyse:

a) Strukturelle Phänotypanalyse (RGB-Bildgebung und LiDAR)

b) Funktionelle Phänotypanalyse (Chlorophyllfluoreszenz)

c) Form- und Wachstumsbewertung (RGB-Bildgebung und LiDAR)

d) Photosynthetische Darstellung (Chlorophyllfluoreszenz)

e) Biostressreaktionen und nicht-biologische stressreaktionen (Chlorophyllfluoreszenzbildgebung, Hochspektralbildgebung, Infrarot-Wärmebildgebung)

f) physiologische und ökologische Erscheinungen, einschließlich Photosynthese-Physiologie, Poren-Dynamik, biochemische Metabolismus-Indikatoren usw. (Chlorophyllfluoreszenz-Bildgebung, hochspektrale Bildgebung, Infrarot-Wärmebildgebung)

2) Die weltweit führende FluorCam-Chlorophyllfluoreszenz-Bildgebungstechnologie ist eine notwendige Analysetechnologie für die physiologischen und ökologischen funktionellen Eigenschaften von Pflanzen, intelligente LED-Lichtquellen bieten modulatorische Messlichte, die während des Tages automatische Bildgebung zur Messung der Chlorophyllfluoreszenz und der Effizienz der Photosynthese unter Lichtanpassungsbedingungen ermöglichen; Ausgestattet mit einer einzigartigen hochempfindlichen Chlorophyllfluoreszenz-Bildobjektiv mit einer Bildfläche von bis zu 35 cm x 35 cm (kundenspezifisch 80 cm x 80 cm), ist es die größte technische Ausrüstung der Welt für eine einzige Chlorophyllfluoreszenz-Bildgebung

3) Kann für die mobile automatische Bildanalyse auf dem Traktor installiert werden oder für die automatische Scan-Bildung und Online-Analyse mit vollständiger Abdeckung des Probenbandes installiert werden, während es auf einer speziellen Plattform für den automatischen Betrieb entlang der Probenbahnbahn läuft

4) Phänotypanalyse Big Data Plattform, einschließlich Systemsteuerung, Datenerfassung, Datenverarbeitung Analyse und Visualisierung Online-Anzeige, Datenbanken usw.

5) Technische Unterstützung durch das Expertenteam des PSI Phänotype Research Center, das jährlich ein World Plant Phenotype Workshop in den USA und Europa veranstaltet

6) Optional mit der auf Drohnentechnologie (UAV-basierte) basierenden PhenoUAS-Drohnen-Hochdurchfluss-Phänotypanalyse-Plattform, die eine bodenbasierte Phänotypanalyse ermöglicht, die schnelle Phänotypanalyse auf große Gebiete in der Luft zu skalieren

7) Optionale Bodenweterüberwachungsstation zur umfassenden Analyse der Beziehung zwischen Umweltbedingungen und phänotypischen Eigenschaften

8) Optional mit pflanzlichen physiologischen und ökologischen Überwachungssystemen zur synchronen Überwachung der Pflanzenphotosynthese und des Fruchtwachstums

9) Optional mit automatischer Wiegung digitaler Töpfe, um genau zu wiegen, Bodenfeuchtigkeitsüberwachung, automatische Bewässerung usw.

Haupttechnische Indikatoren:

1. All-in-one multifunktionale automatische Bildanalyse-Plattform, die intelligente LED-Lichtquelle und Chlorophyll-Fluoreszenz-Bildgebungsmodul, RGB-Bildanalyse-Modul und andere optionale Bildgebungsmodule wie Infrarot-Wärmebildgebung, LiDAR-Laser-Scan, High Spectrum und andere integriert, durch das Betriebssystem automatisch laufen, automatische Sortierung speichern, automatische Online-Analyse usw.

2. Chlorophyl Fluoreszenz Bildgebung Analyse (Standard):

a) 3 farbige intelligente LED-Lichtquelle, 620nm Impulsmesslicht, weißes photochemisches Licht und maximaler gesättigter Lichtblitz, 735nm Infrarotlicht zur Messung von Fo 'usw.

b) Optional mit blauer Lichtquelle und 7-Bit-Filterrad für Multispektral-Multiband-Fluoreszenzmessungen wie GFP-Bildmessungen

c) Exklusiver hochempfindlicher CCD-Chlorophyllfluoreszenz-Bildgeber mit einer Bildfrequenz von bis zu 50 fps, effektiver Erfassung von Chlorophyllfluoreszenz-Transparenten, Auflösung 720 x 560 Pixel, A / D 12 Bit, mit Videomodus und Snapshot-Modus; Optional mit hochauflösender CCD, Auflösung 1360x1024, Bildfrequenz 20fps, A/D 16 Bit

d) Einzelbildfläche 35x35cm

e) Messparameter der Bildgebung: Die Messung der Dunkelheit in der Nacht und die Messung der Tageslichtsanpassung kann durchgeführt werden, einschließlich der Messparameter Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Chlorophyl-Fluoreszenzparameter zur Analyse der Effizienz der Photosynthese, der Eignung, der biologischen und nicht-biologischen Belastung sowie der Pflanzenresistenz, der Widerstandsfähigkeit usw.

f) Vollautomatisierte Messverfahren (Protokolle) und Messparameter wie Fv/Fm, Kautsky-Induktionseffekte, Fluoreszenzschliessungsanalyse, z. B. Fv/Fm-Verfahren mit einer Messzeit von nur 10 s

g) Online-Analyse von Chlorophyl-Fluoreszenzdaten, einschließlich Säulendiagrammen, Messparameterdiagrammen, Datentabellen usw., mit benutzerdefinierten Bildaufteilungen und anderen Funktionen, die eine multiparametrische dynamische Analyse verschiedener Zeitskalen durchführen können (z. B. Tag, Monat, gesamte Wachstumssaison usw.)

h) ist eine echte zweidimensionale synchronisierte Bildgebung, die erhaltenen Chlorophyl-Fluoreszenzparameter sind echte zweidimensionale Verteilungsparameter auf der Grundlage von Pixelpunkten, um eine vereinfachte "Laser-induzierte Bildgebung" (die Vorteile sind Leichtigkeit, Energieeinsparung) zu vermeiden, nur eine eindimensionale Bildgebung (Punkte oder Leitungen), kann nicht die zweidimensionale Bildgebung synchronisieren, anfällig für Umweltfaktoren (wie Wind, der schwere Fehler verursacht), Bildparameter sind nur analoge Parameter (nach dem Laserscannen ist die schnelle Messung der Fluoreszenz und die langsame Messung der Fluoreszenz nicht wirklich die minimale Fluoreszenz und die maximale Fluoreszenz, der erhaltene Parameter "Lichtquantenleistung" ist nur die analoge Lichtquantenleistung, die für die kalibrierte Parameter verwendet werden muss), Messparameter ist einzig (kann nur die schnelle Messung der Fluoreszenz und die langsame Messung der Fluoreszenz und die daraus berechnete analoge Lichtquantenleistung oder die optische Quanteneffizienz), Probleme wie technische Unreife (keine Referenzen gefunden)

i) ist das weltweit am häufigsten verwendete und am häufigsten veröffentlichte Technologiemittel für die Phänotypanalyse von Pflanzen mit hohem Durchfluss

3. RGB-Bildanalyse (Standard): kann die Form der Pflanze, die Farbe Grün usw. Bildanalyse mit einer Auflösung von 5Mpx durchführen und kann die Anzahl der Pflanzenblumen, Reisstärke usw. automatisch statistisch analysieren, die wichtigsten analytischen Messparameter umfassen:

Blattfläche: Nützlich für die Überwachung der Wachstumsrate und deren dynamische Veränderungen

2) 植物紧实度／紧密度(Festigkeit/Kompaktheit: Verhältnis zwischen der Fläche, die vom konvexen Rumpf der Anlage und der Fläche, die von der tatsächlichen Anlage bedeckt wird)

3)叶片周长（Blattperimeter: Besonders nützlich für die grundlegende Blattform und -breitebewertung (kombiniert mit Blattfläche))

4) Exzentrizität (Exzentrizität: Schätzung der Pflanzenform, Skalarzahl, Exzentrizität der Ellipse mit denselben Sekundenmomenten wie die Pflanze (0...Kreis, 1...Liniensegment))

5)叶圆度（Rundheit: Basierend auf der Bewertung des Verhältnisses zwischen Blattfläche und Umfang. Gibt Informationen über die Blattrundheit）

6) 叶宽指数(Medium Leaf Width Index: Blattfläche proportional zum Pflanzenkrelett (d.h. Reduzierung des Blattsegments auf Liniensegment))

7)叶片细长度SOL (Schlankheit der Blätter)

8)植物圆直径（Kreisdurchmesser. Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche wie die Pflanze）

Convex Hull Area (Nützlich für die Kompaktkeitsbewertung)

10) 植物质心(Zentroid. Zentrum der Pflanzenmassenposition (besonders nützlich für die Exzentrizitätsbewertung))

Flattening Index (Flächenindex)

Relative Wachstumsrate (Relative Growth Rate)

13) Grünindex und Rangieranalyse (dunkelgrün, gesundgrün, hellgrün usw.)

Farbsegmentierung für Plant Fitness Evaluation

15) Dynamische Analyse anderer Eigenschaften und Farbklassifikationen

4.3D-Laserscannanalyse (optional): für die phänotypische Analyse der Pflanzenstruktur, die Berechnung der Pflanzenstruktur, der Biomasse, der Anzahl der Blätter, der Fläche der Blätter, des Neigungswinkels der Blätter und der Pflanzenhöhe

5. Infrarot-Wärmebildanalyse (optional): Mikro-Thermometer mit Fokusebenenarray, Auflösung 640 x 480 Pixel, Band 7,5-13 μm, Temperaturbereich -20 - 120 ° C, Auflösung < 0,05 ° C @ 30 ° C / 50 mK, Bildfläche 35x35 cm, zur Bildgebung der Koronentemperaturverteilung der Pflanze unter Lichtstrahlung und zur Analyse der Porenleitbarkeitsdynamik der Pflanze, der Trockenstruß und der Beurteilung der Dürrenbestand, etc. Eine gute Wärmeabkühlung kann die Pflanze lang lang lang hohe Lichtstrahlung oder niedrige Wasserbedingungen (Dürre) aushalten

6. Hochspektrale Bildgebungsanalyse (optional): Wellenlängenbereich 380-1000nm, Spektralband (Anzahl der Wellen) 675 Bände, kann abgebildet und analysiert werden Normalisierter Differenz-Vegetationsindex (NDVI), Einfaches Verhältnis-Index (Gleichung: SR = RNIR / RRED), Verbesserte Chlorophyll-Absorption in Reflektanz-Index (MCARI1), Gleichung: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790-R670) - 1,3 * (R790-R550)], Optimierte Boden-angepasste Vegetation-Index (OSAVI), Gleichung: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790-R670) / (R790-R670 + 0,16), Photochemische Vegetation-Reflektanz-Index (PRI), Gleichung: PRI = (R531-R570) / (R531 + R570) usw.

7. mobile Plattform im Feld: Plattform Arm 12m Breite, Multifunktions-Bildplattform kann auf der mobilen Plattform automatisch scannen Bildanalyse links und rechts, kann automatisch scannen Breite von bis zu 10m Probeband, jedes Scan Bildfläche kann bis zu 10x0,35m (3,5m2), Abschluss einer Scan Zeit von weniger als 1 Minute bis ein paar Minuten (abhängig von experimentellen Messverfahren Protokoll), mobile Plattform kann automatisch entlang der Umlaufbahn laufen, Betriebsabstand ist grundsätzlich unbegrenzt (von der Umlaufbahnlänge begrenzt); Die mobile Plattform ist 2,5 m hoch und die multifunktionale Bildgebungsplattform ist höhenverstellbar, um sich der Bildgebungsanalyse verschiedener Höhen anzupassen; Die 4 Gummiräder der mobilen Plattform können sowohl auf der Bahn durch das Steuersystem automatisch laufen und das Bild automatisch scannen, als auch einfach auf dem allgemeinen Boden zu bewegen, zu biegen und so weiter, für die 75x20m-Probe kann die mobile Plattform die multifunktionale Bildplattform auf einmal laden, um das 75x10m-Probeband zu beenden, und dann die andere Hälfte der 75x10m-Bildanalyse zu beenden; Ausgestattet mit einem GPS-System mit einer Genauigkeit von bis zu 2 cm, kann die Software automatisch Messdaten, Position, Zeit usw. aufzeichnen und durch einen Dieselgenerator angetrieben werden, um die gesamte Plattform zu bewegen

8. Optional mit Umweltmesssensornetzwerk zur automatischen Überwachung der Aufzeichnung von PAR, UmweltCO2-Konzentration, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, Niederschlag und Bodenfeuchte.

Systemsteuerung und Datenerfassungsanalyse (phänotypische Big Data-Plattform):

1) Benutzerfreundliche Grafik

2) GPS-Positionsfunktion kann räumliche Verteilungsinformationen und zeiträumliche Verteilungsmusteranalyse durchführen

3) Es ist eine Vielzahl von ausgereiften Protokollen eingebaut, mit benutzerdefinierten, bearbeitbaren automatischen Messprogrammen (Protokolle), um alle Experimente automatisch gemäß dem Benutzereinstellungsprogramm abzuschließen. Die Datenergebnisse werden automatisch gespeichert und analysiert und können automatisch als dynamische Kurve angezeigt werden.

4) MySQL-Datenbankmanagementsystem, das große Datenbanken mit zehn Millionen Einträgen verarbeiten kann, unterstützt mehrere Speichermaschinen und die relevanten Daten werden automatisch in verschiedenen Tabellen in der Datenbank gespeichert

5) Alle Messungen können mit dem Standardprogramm durchgeführt werden, auch benutzerdefinierte Arbeitsabläufe mit Entwicklungswerkzeugen erstellt werden oder manuell LED-Lichtquellen eingeschaltet oder ausgeschaltet, RGB-Scan-Bildgebung, Chlorophyllfluoreszenz-Bildgebung usw.

6) Protokolle mit Start-, End- und Pause-Tasten

7) Das System kann über das Internet drahtlos ferngesteuert werden, so dass der Benutzer über das Internet fernzugreifen kann, Datenverarbeitung, Herunterladen und Änderung des Experiments-Designs durchführen kann, mit einer Funktion der Benutzerberechtigungshierarchie, um zu verhindern, dass andere Personen Fehlverfahren das Experiment beeinflussen

Herkunft: PSI Europa

Anwendungsfälle:

Anwendung FluorCamChlorophyl-Fluoreszenz-Technologie, in situ langfristige Überwachung von Wildpflanzen in verschiedenen Jahreszeiten, während die Überwachung von Pflanzen Photosynthese (CO2-Isolierung) A, die Ergebnisse siehe Abbildung unten. FluorCam-Chlorophyllfluoreszenz-Technologie mit Stimulationslichtimpulsmodulation, hochempfindlichen CCD-Sensoren (Probenaufnahme bis zu 50 Mal pro Sekunde) und intelligenten LED-Lichtquellen für große Flächen (Standard mit einer Bildfläche von 35x35 cm pro Rahmen) Pflanzen / Pflanzen Bildgebung Analyse, in der Wildnis kann sowohl in der Nacht unter dunklen Anpassungsbedingungen durchführen Chlorophyll-Fluoreszenz Bildgebung Analyse, auch unter Umgebungslicht Anpassungsbedingungen durchführen Chlorophyll-Fluoreszenz Bildgebung Analyse, als einfache Laser-induzierte Chlorophyll-Fluoreszenz Messung (durch einen Strahl von punktförmigen oder linearen einfarbigen Stimulierungslichtquellen, die Chlorophyll-Fluoreszenz zu stimulieren und zu messen, der Vorteil ist, Energie zu sparen und kann leichter) im Vergleich zu einer Vielzahl von funktionellen Vorteilen, nicht nur die Messung von Parametern, kann eine Vielzahl von Chlorophyll-Fluoreszenz-Experimenten Bildgebung Messung Analyse durchführen, aber auch eine zweidimensionale Bildgebung (echte Bildgebung Analyse) vermeidet punktförmige oder lineare Stimulierung Licht Scan verursacht Chlorophyll-Fluoreszenz

Hinweis: Andere Systeme für die Analyse von Phänotypen im Feld:

1)PhenoUASDrohne-Plattform für die Phänotypanalyse von großen Pflanzen mit hohem Durchsatz

2)FluorCamMobiles Chlorophyl-Fluoreszenz- und RGB-Bildanalyse-System

3)FluorCamProbe-Scan-Chlorophyl-Fluoreszenz- und RGB-Bildanalyse (optional mit Infrarot-Wärmebildgebung)