全自動(dòng)高通量植物3D成像系統——Greenhouse Scanalyzer Systems
植物表型和生理研究的助手
遺傳育種、突變株篩選、表型篩選的工具
植物表型和生理研究的強大助手
遺傳育種、突變株篩選、表型篩選的工具
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小型版 只能自動(dòng)傳送10盆植物，需手動(dòng)更換花盆 |
大型定制版（溫室版） 可自動(dòng)傳送1200盆植物的系統 |
全自動(dòng)高通量植物3D成像系統——Greenhouse Scanalyzer Systems是一套可以全自動(dòng)、高通量對大量植株（從幼苗到成熟植株即可）進(jìn)行成像的系統，可以選擇配置可見(jiàn)光（VIS）成像、近紅外（NIR）成像、紅外（IR）成像、PSII熒光成像、高光譜成像和根系近紅外成像中的一種或多種，每個(gè)成像模塊包括頂部和側面兩個(gè)攝像頭，結合樣品旋轉裝置，就可以對植株進(jìn)行3D形態(tài)學(xué)分析。如果做小植株（15 cm以下），也可選配激光掃描3D成像。每一種成像模塊都有單獨的成像區域（“暗房”），依次進(jìn)行成像分析。
可選VIS、NIR、IR、根系NIR成像、PSII熒光成像、高光譜成像中的一種或多種，每種成像有獨立的攝像區域（“暗房”），每個(gè)“暗房”的頂部和側面各安裝一個(gè)攝像頭（拍攝頂部和側面成像）?；ㄅ璧鬃行D裝置，可以360度旋轉，這樣可以獲得植株4個(gè)側面的成像信息。結合頂部成像，可以獲得完整的植株3D成像信息。 針對15 cm以下的小植株，可以選擇配置激光掃描3D成像，獲得詳細的三維形態(tài)學(xué)信息。
系統帶自動(dòng)傳送裝置，所有花盆上都有電子標簽，所有拍攝數據根據電子標簽歸檔?？蛇x傳送10、105、300、456、1200盤(pán)或更多盆的傳送裝置，花盆和植株的重量可以為5 kg或10 kg，更重需要定制。
在溫室系統中，可增加自動(dòng)澆水和稱(chēng)重裝置，軟件控制對不同編號的花盆采用不同的澆水量，并每日對花盆進(jìn)行稱(chēng)重。
在溫室系統中，與自動(dòng)澆水裝置結合，可以在澆水的同時(shí)補充營(yíng)養鹽。
在溫室系統中，根據電子標簽由軟件控制是否噴灑農藥，可用于檢測農作物對農藥的抗性或敏感性。
在溫室系統中，只要在傳送裝置上增加多級T-Junction（丁字路口），就可根據成像結果對大批量的植株進(jìn)行分選，分選用的閾值參數可以由用戶(hù)設定，分選級數取決于T-Junction的數目。
由于數據量大，本系統必須用服務(wù)器存儲數據。
軟件分析功能強大，可以通過(guò)植株的編號（電子標簽）調出整個(gè)生活史的數據，進(jìn)行時(shí)間動(dòng)力學(xué)分析，對拍攝的照片進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，對同一植株的時(shí)間動(dòng)力學(xué)數據進(jìn)行圖表統計分析，對不同植株的數據進(jìn)行復雜的統計學(xué)分析和圖表分析。
通過(guò)專(zhuān)用遠程服務(wù)器管理軟件，可以在異地對本系統的運轉狀況進(jìn)行監測、改變測量程序或分析測量數據。 |
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主要功能
全自動(dòng)、高通量對植物等小型樣品進(jìn)行可見(jiàn)光成像、近紅外成像、根系近紅外成像、高光譜成像、紅外成像、熒光成像（包括整株GFP成像）和/或激光掃描3D成像（每套系統可選擇一種或多種）
通過(guò)可見(jiàn)光成像可以測量植物的結構、寬度、密度、對稱(chēng)性、葉長(cháng)、葉寬、葉面積、葉角度、葉顏色、葉病斑、種子顏色、種子顏色面積等等50多個(gè)參數
通過(guò)近紅外成像可以分析植物的水分分布狀態(tài)、水力學(xué)研究、脅迫生理學(xué)研究等
通過(guò)根系近紅外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情況
通過(guò)紅外成像可以進(jìn)行植物干旱脅迫研究、蒸騰研究等
通過(guò)熒光成像可以分析植物的生理狀態(tài)
通過(guò)高光譜成像可以測量一些特定的物質(zhì)的量和歸化指數
應用領(lǐng)域
植物生理學(xué)、農業(yè)科學(xué)、植物病理學(xué)、遺傳育種、突變株篩選、植物形態(tài)建模、種子生理學(xué)、種子病理學(xué)、植物脅迫生理學(xué)、植物水力學(xué)等研究領(lǐng)域。
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| 可以自動(dòng)傳送10盆植物的小型系統 | T-Junction分選 |
 
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| 自動(dòng)灌溉裝置 | 側面、側面旋轉90度和頂部成像 |
應用實(shí)例
植物顏色分類(lèi)
植物的顏色是反映植物健康狀態(tài)的關(guān)鍵指標之一，而人肉眼對顏色的敏感度較低，存在較大的視覺(jué)誤差。利用Scanalyzer系統可以在拍攝植物可見(jiàn)光照片的基礎上，通過(guò)軟件對獲得的顏色信息進(jìn)行銳化處理，從而使原本肉眼不易區分的顏色差別，顯著(zhù)的區分開(kāi)來(lái)。
植物骨架/結構分析
植物骨架和架構信息，是典型的植物表觀(guān)信息，是農業(yè)信息學(xué)的重要研究?jì)热?。對于雜交育種而言，Scanalyzer系統有助于快速進(jìn)行表型篩選，也可用于了解整個(gè)生活史以及受到脅迫后的骨架/結構變化。
植物形態(tài)學(xué)分析
成像后，通過(guò)LemnaTec公司專(zhuān)業(yè)的軟件工程師團隊開(kāi)發(fā)的軟件，可以對植物進(jìn)行詳細的三維形態(tài)學(xué)分析。對于所拍攝的每一張圖片，都可獲得多個(gè)形態(tài)學(xué)參數。
估算生物量
通過(guò)頂部成像和多個(gè)側面成像，可以獲得植物X、Y、Z三個(gè)軸的信息，根據各個(gè)方向的葉面積、莖長(cháng)、莖寬、葉長(cháng)、顏色等來(lái)估算植物的生物量。實(shí)驗證明這種估算的生物量與實(shí)際生物量有很好的線(xiàn)性關(guān)系。
利用近紅外（NIR）成像分析植株和土壤的水分利用情況
近紅外成像可以直觀(guān)的反映植物不同部位的含水量，通過(guò)軟件處理加上代表不同含水量的顏色后，可以直觀(guān)的看出不同處理下植株不同部位的含水量變化。如果植物是生長(cháng)在專(zhuān)用土柱中，還可以對植物根系和土壤的含水量變化進(jìn)行定量分析。
注：LemnaTec公司設計的土柱筒，是透明聚丙烯塑料材質(zhì)，內裝自然土壤，高50 cm，直徑5、8或10 cm，裝土1.5 3.0 5.0 kg，底部有排水孔。培養時(shí)土柱外部套上不透明PVC管遮蔭，放置苔蘚和土壤藻類(lèi)滋生，測量時(shí)將遮光管取下即可。
利用近紅外（NIR）成像分析NIR成像分析小麥干燥過(guò)程中含水量的變化
本例是小麥在高溫處理下，植株含水量的時(shí)間動(dòng)力學(xué)變化可以通過(guò)NIR成像直觀(guān)的反映處來(lái)，并進(jìn)行定量分析。
利用紅外（IR）成像檢測植物溫度差異
紅外成像，也叫熱成像，用于檢測植株的溫度變化。由于植株溫度與植物的蒸騰作用和含水量密切相關(guān)，因此紅外成像常用于干旱脅迫研究、群體蒸騰等領(lǐng)域。
利用紅外成像反映小麥氣孔的關(guān)閉
照光時(shí)氣孔開(kāi)放，葉片進(jìn)行蒸騰作用。關(guān)光4 min后就檢測到葉片溫度的顯著(zhù)上升，說(shuō)明氣孔開(kāi)始關(guān)閉。Scanalyzer 3D系統可以靈敏的檢測氣孔狀態(tài)。
靜態(tài)根密度分析
Scanalyzer 3D系統可以拍攝生長(cháng)在土柱中的植物根系可見(jiàn)光照片，軟件自動(dòng)分析土柱表層的根系。由于土柱的運輸車(chē)下自帶程序控制的旋轉臺，就可以通過(guò)軟件控制自動(dòng)順序旋轉90度角來(lái)完成4個(gè)不同側面的成像，獲得更完善的根系信息。
根系動(dòng)態(tài)生長(cháng)分析
Scanalyzer 3D系統可以全自動(dòng)、高通量的拍攝植物根系照片，結合電子標簽，就可以對特定編號的植物根系數據進(jìn)行時(shí)間動(dòng)力學(xué)分析。從下圖中的結果可以看出，從第35-100天，根生長(cháng)最快，從表層有大量的根往下生長(cháng)，從第35-60天，澆水過(guò)量，導致底部很多根死亡。
鑒定非轉基因植物
噴灑農藥后，沒(méi)有轉入抗農藥基因的植物，可以通過(guò)顏色鑒定出來(lái)。
植物個(gè)體和群體的形態(tài)學(xué)應用舉例
Scanalyzer 3D成像系統可以獲得大量的形態(tài)學(xué)參數，并且針對不同的材料，可以獲得有針對性的參數。下面是幾個(gè)例子：
植物開(kāi)花過(guò)程的動(dòng)態(tài)監測
由于絕大多數植物的花的顏色與莖葉不同，利用Scanalyzer 3D成像系統的高通量、全自動(dòng)、帶電子標簽的特性，就可以自動(dòng)監測植物是否開(kāi)花、開(kāi)花時(shí)間、花朵數目、花朵發(fā)育階段、花敗時(shí)間等信息。
