植物表型成像系統WIWAM Screening產品介紹
植物表型組學(phenomics)是一門在基因組水平上系統研究植物在各種不同環境條件下所有表型形狀特征的學科。2009年4月,*屆植物表型組大會在澳大利亞堪培拉成功舉辦,植物表型組學研究技術也進入一個新的階段。WIWAM Screening植物表型成像分析系統由位于*Ghent大學的VIB研究所、*的自動化工程公司SMO聯合歐洲*科學家合作研制生產的新型植物表型組學研究平臺,可以全自動、高通量、高容量測量分析擬南芥、水稻等植物的三維表型形狀及生理狀態及其與環境光照、溫度、水、營養鹽等的關系。
WIWAM Screen植物表型成像分析系統整合了LED植物智能培養、自動化控制系統、熒光成像測量分析(包括葉綠素、紅熒光)、植物紅外熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像、激光3D成像自動稱重與澆灌系統等多項*技術,以較優化的方式實現大量植物樣品——從擬南芥、水稻、玉米到各種其它植物的生理生態與形態結構成像分析,用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應成像分析測量、植物生長分析測量、生態毒理學研究、性狀識別及植物生理生態分析研究等。作為*家將大規模自動化理念和工業級零件和設備整合入植物成像系統的廠家,SMO公司在植物表型成像分析領域處于*的技術前列,大面積葉綠素熒光成像系統使WIWAM成為植物表型分析與功能成像領域較為*的儀器設備,植物生長、脅迫響應等測量參數達幾百個。*耐用的工業級部件使系統非常耐用,基本免維護,與同類產品相比,特點突出。目前WIWAM植物表型平臺分為WIWAM XY,WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個系列。野外移動版稱為WIWAM Screening。
植物表型成像系統WIWAM Screening功能分析
1.葉綠素熒光成像分析:可對植物葉綠素熒光動態進行成像分析,以監測植物生理狀態,脅迫生理如干旱脅迫、肥料脅迫、病蟲害脅迫、環境污染毒性脅迫等等,還可對GFP(綠色熒光蛋白)進行成像分析,單幅成像面積40x40cm,成像測量參數包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等幾十個葉綠素熒光參數
2.RGB成像分析:可對植物的形狀進行三維成像分析,并可自動對植物花朵數量、水稻分蘗等進行統計分析,主要測量參數包括:
1) 葉面積
2) 植物緊實度/緊密度
3) 葉片周長
4) 偏心率
5) 葉圓度
6) 葉寬指數
7) 葉片細長度SOL
8) 植物圓直徑
9) 凸包面積
10) 植物質心
11) 節間距
12) 生長高度
13) 植物三維較大高度和寬度
14) 相對生長速率
15) 葉傾角
16) 節葉片數量
17) 其它參數如用于植物適合度估算的顏色定量分級、綠度指數
3.高光譜成像分析(選配),可成像并分析如下參數
1) 歸一化指數
2) 簡單比值指數
3) 改進的葉綠素吸收反射指數
4) 較優化土壤調整植被指數
5) 綠度指數
6) 改進的葉綠素吸收反射指數
7) 轉換類胡羅卜素指數
8) 三角植被指數
9) ZMI指數
10) 簡單比值色素指數
11) 歸一化脫鎂作用指數
12) 光化學植被反射指數
13) 歸一化葉綠素指數
14) Carter指數
15) Lichtenthaler指數
16) SIPI指數
17) Gitelson-Merzlyak指數
4.紅外熱成像分析(選配):用于成像分析植物在光輻射情況下的二維發熱分布,良好的散熱可以使植物耐受較長時間的高光輻射或低水條件(干旱)
5.近紅外成像分析(選配):用于觀測分析植物的水分狀態及其在不同組織間的分布變異,處于良好澆灌狀態的植物表現出對近紅外光譜的高吸收性,而處于干旱狀態的植物則表現出對近紅外光譜的高反射性,通過分析軟件可以監測分析從干旱脅迫到再澆灌過程中的整個過程動態及植物對干旱脅迫的響應和水分利用效率,并形成假彩圖像,可以與植物的形態指數及葉綠素熒光指數進行相關分析研究。
WIWAM Screening植物表型野外樣帶成像分析系統由野外移動式植物表型組學成像分析平臺、RGB成像、葉綠素熒光成像、高光譜成像、植物紅外熱成像、植物近紅外成像等組成,移動式成像分析平臺具輪子,可以沿軌道滑行并對植物進行表型組成像分析;各成像分析單元為模塊式結構,可靈活安裝配置到移動式成像分析平臺上,工業級發電機提供動力移動整套系統并給各成像系統供電;模塊式結構使整套系統便于拆卸和安裝,從而可以安裝到不同的樣方進行植物表型掃瞄成像分析;平臺還配備GPS系統,通過軟件自動記錄測量數據、位置、時間等??蛇x配環境測量系統,自動監測記錄PAR、環境CO2濃度、空氣溫濕度及風速等。
植物表型成像系統WIWAM Screening技術指標
成像分析平臺寬10m、高度可調(較大高度2.5m),可沿10m寬樣帶移動成像分析,樣帶軌跡長度100m,具備GPS有效定位系統
可通過外接傳感器和軟件系統自動采集光和有效輻射、CO2濃度(選配)、空氣溫濕度、風速等環境因子
可自動進行RGB成像分析、葉綠素熒光成像分析、熱成像分析、高光譜成像分析及近紅外成像分析,具體分析參數參見前述
開放式葉綠素熒光成像系統,可選配小植株與大植株成像系統,除可進行葉綠素熒光成像分析外,還可根據客戶需求定制多光譜熒光成像分析
3D RGB成像分析:頂部及側面彩色植物表型成像分析,RGB成像:高靈敏度成像傳感器KAI-CCD,分辨率4008 x 2672像素,用于植物適合度評估、生長率分析等
高光譜成像分析:VNIR鏡頭,光譜范圍380-1000nm,高光譜成像包括Swir和VNIR參數:1000-2500nm(SWIR)鏡頭或400-1000你們(VNIR)鏡頭。,用于分析植物脅迫狀況及營養狀況等
熱成像分析:成像面積35x35cm,校準FLIR鏡頭有效避免輻射等環境因素造成的誤差,高靈敏度成像植物表面細微的溫度差異
NIR近紅外成像單元:可成像采集1450-1600nm水吸收波段,以反映植物水分狀況,在供水充沛情況下表現出高NIR吸收值,干旱脅迫情況下則表現出高NIR反射,NIR假彩色成像可以通過軟件反映和分析植物水分狀況
LIDAR或SONAR植物高度監測系統
系統控制與數據采集分析系統:
用戶友好的圖形界面
GPS定位功能可進行空間分布信息及時空分布格局分析
用戶定義、可編輯自動測量程序(protocols)
PIPPA數據庫管理系統,可以處理擁有上千萬條記錄的大型數據庫,支持多種存儲引擎,相關數據自動存儲于數據庫中的不同表中。
可用默認程序進行所有測量,也可通過開發工具創建自定義的工作過程,或者手動操作LED光源開啟或關閉、RGB掃面成像、葉綠素熒光成像等
實驗程序(Protocols)具備起始鍵、終止鍵、暫停鍵
可提供3個相機視角的RGB數字生長分析,包含閾值分析和顏色分析
對于葉綠素熒光成像圖片,軟件可批量進行淬滅參數分析,包含了在背景去除圖像上用戶感興趣區域和像素值的平均。分析數據以原始圖像和分析數據的形式存儲在數據庫中。
對熱成像圖,可直接導出或通過軟件生成溫度分布的假彩圖像。