作物表型組學研究技術介紹

作物表型組學研究技術——

From Greenhouse or laboratory to field-based and UAV-based phenotyping

    手持式、便攜式儀器無疑是作物表型分析性價比高、使用靈活方便的設備（參見“便攜式植物表型分析全面解決方案”，如手持式FluorPen葉綠素熒光儀、手持式SpectraPen/PolyPen高光譜儀、IQ智能手持式高光譜成像儀、FluorCam便攜式葉綠素熒光成像儀等。

    PlantScreen溫室緊湊型或大型傳送帶式植物表型成像分析平臺集植物自動傳送技術、智能LED光適應與培養(yǎng)技術、自動澆灌稱重技術、FluorCam葉綠素熒光成像技術、光譜成像技術（包括RGB、VISIR高光譜成像、SWIR高光譜成像、LWIR紅外熱成像等）等，以及根窗技術全自動根系表型觀測，高通量、無損傷、全自動、實驗觀測分析植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能形狀表型，成為表型組學與遺傳組學研究及遺傳育種機構(gòu)的重要平臺，如德國IPK（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）、美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）、荷蘭生態(tài)表型研究中心（NPEC，Wageningen University & Research，Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre）、德國BIOP（Institute of Biochemical Plant Pathology）、澳大利亞CSIRO（Commonwealth Industrial Research Organisation）、水稻研究所、杜邦先鋒良種公司、孟山都公司、美國合成基因公司等等。

    手持式、便攜式植物表型分析設備性價比高、方便實用，PlantScreen傳送帶式植物表型分析平臺則為高度自動化、高通量、價格昂貴的實驗平臺，介于這兩者之間，易科泰生態(tài)技術公司還提供一系列表型組學研究技術，以滿足實驗室、溫室及野外大田作物不同實驗研究需求、不同預算高通量、無損傷表型分析需求。

• PlantScreen-R移動式植物表型成像分析系統(tǒng)

    PlantScreen-R移動式植物表型分析系統(tǒng)（PlantScreen rover system）為大型移動式葉綠素熒光成像系統(tǒng)（Rover FluorCam）的升級版，4個輪子帶驅(qū)動，以便于大田移動，適于溫室及野外作物原位表型成像分析測量，具備PlantScreen幾乎所有成像分析功能及表型大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫等。標配為RGB成像分析、FluorCam（35x35cm）葉綠素熒光成像分析，可選配高光譜成像、紅外熱成像等功能模塊，成像高度可調(diào)（標配高植株高度可達1m），是田間作物高通量表型分析、植物生理生態(tài)研究的重要儀器設備，可直接對野外植物或田間栽培作物進行原位成像測量分析，還可與SoilTron多功能小型蒸滲儀配合使用，直接對SoilTron培養(yǎng)植物進行成像分析。

• PlantScreen-SC臺式植物表型成像分析系統(tǒng)

    PlantScreen臺式植物表型分析系統(tǒng)具備所有PlantScreen植物表型成像分析功能，包括3D RGB成像分析、FluorCam葉綠素熒光成像分析（標配成像面積35x35cm）、高光譜成像分析、IR近紅外成像分析（900-1700nm，用于分析水分時空分布動態(tài)）、紅外熱成像分析、3D激光掃描分析等，可進行作物3維表型成像分析。適于實驗室或溫室作物表型成像分析研究，可選配PSI大型步入式植物生長室，培養(yǎng)植物手動放入系統(tǒng)內(nèi)載樣臺上（手動載樣），載樣臺可360度旋轉(zhuǎn)以便對植物不同角度成像分析。

• PlantScreen-M移動式植物表型成像分析平臺

    PlantScreen-M移動式植物表型成像分析平臺（Mobile PlantScreen）為溫室緊湊型傳送帶式植物表型成像分析平臺或PlantScreen-SC的升級版，傳送帶系統(tǒng)、智能LED光適應室、成像分析單元內(nèi)置于一體式緊湊機箱內(nèi)，有腳輪可以移動，方便大型溫室內(nèi)不同區(qū)域間移動使用，極大地提高了載樣方便性和使用效率。植物樣品放入平臺傳送帶上自動進行光適應或培養(yǎng)，然后自動傳送至成像單元進行成像分析，后自動傳送歸原位完成一個測量循環(huán)。

    PlantScreen-M標配包括3個功能模塊：葉綠素熒光成像測量、3D激光掃描三角測量、RGB 3D成像測量，以提供完備的作物表型3D建模與成像測量分析，可選配或客戶定制高光譜等其它成像測量模塊。

•  集裝箱式植物培養(yǎng)與表型觀測系統(tǒng)

    集裝箱式植物培養(yǎng)與表型觀測系統(tǒng)是在PSI集裝箱式生長艙（Growth Capsule）的基礎上，加配各種植物表型性狀傳感器組成的植物培養(yǎng)與表型觀測系統(tǒng)，可同時滿足植物培養(yǎng)與表型性狀的監(jiān)測，包括PAM脈沖調(diào)制葉綠素熒光參數(shù)監(jiān)測（反應植物生理性狀）與OJIP快速熒光動力學監(jiān)測，植物莖流、莖干生長、果實生長、光合作用、冠層溫度、NDVI/PRI（冠層光譜監(jiān)測）等形態(tài)與生理性狀監(jiān)測，及環(huán)境因子包括空氣溫濕度、光源、CO2、土壤水分調(diào)控監(jiān)測。整套系統(tǒng)采用集裝箱式設計，由一個獨立的單元或兩個單元組成，方便移動運輸,該系統(tǒng)意味著可以在任何地點、任何環(huán)境條件下進行全天候生態(tài)環(huán)境模擬植物培養(yǎng)與表型性狀觀測，無需另建溫室等，是植物培養(yǎng)與表型觀測的“房車”。

    Growth Capsule光照調(diào)控采用智能多通道LED光源，可選配冷白光、RGB三色光源、近紅外等多色光源（比如6通道光源等），不同波段光源可按不同比例搭配組成不同光質(zhì)條件，可模擬晝夜節(jié)律、有云天氣等，具備day/night、dawn/dusk、cloudy/sky等protocols。

•  PhenoUAS無人機遙感植物表型分析平臺

    PhenoUAS由易科泰自行研制的8旋翼專業(yè)遙感無人機平臺搭載RGB成像、紅外熱成像、多光譜成像及高光譜成像單元組成的空基作物表型成像分析平臺，可與地面FluorPen葉綠素熒光儀、SpectraPen或葉夾式PolyPen高光譜儀、IQ高光譜成像儀、LCi-T便攜式光合儀等組合使用，從葉片水平到冠層水平，全面、高通量、無損傷觀測分析植物表型。作為世界高光譜成像生產(chǎn)廠商Specim在中國的高光譜無人機應用創(chuàng)新服務中心，易科泰生態(tài)技術公司及西安光譜成像與無人機遙感研究中心可以提供無人機遙感植物表型分析全面解決方案。

案例：上圖為無人機遙感高光譜成像，下圖依次為葉片氣孔導度（LCi光合儀測量）、光合作用（LCi光合儀測量）、穩(wěn)態(tài)葉綠素熒光（Fluorpen測量）及葉片反射光譜（PolyPen葉夾式高光譜儀測量）