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                全自動高通量植物3D成像系統——Greenhouse Scanalyzer Systems

                2018-03-07打印閱讀次數:1979返回
                    全自動、高通量對大量植株進行3D成像,從幼苗到成株即可

                植物表型和生理研究的強大助手

                遺傳育種、突變株篩選、表型篩選的強大工具

                植物表型和生理研究的強大助手

                遺傳育種、突變株篩選、表型篩選的強大工具

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                小型版

                只能自動傳送10盆植物,需手動更換花盆

                大型定制版(溫室版)

                可自動傳送1200盆植物的系統

                 

                        全自動高通量植物3D成像系統——Greenhouse Scanalyzer Systems是一套可以全自動、高通量對大量植株(從幼苗到成熟植株即可)進行成像的系統,可以選擇配置可見光(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,每個成像模塊包括頂部和側面兩個攝像頭,結合樣品旋轉裝置,就可以對植株進行3D形態學分析。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”),依次進行成像分析。

                 

                • 3D成像

                        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“暗房”的頂部和側面各安裝一個攝像頭(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學信息。 

                • 自動傳送

                        系統帶自動傳送裝置,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。 

                • 自動澆水和稱重裝置

                        在溫室系統中,可增加自動澆水和稱重裝置,軟件控制對不同編號的花盆采用不同的澆水量,并每日對花盆進行稱重。 

                • 自動加營養鹽裝置

                        在溫室系統中,與自動澆水裝置結合,可以在澆水的同時補充營養鹽。 

                • 自動噴淋裝置

                        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。 

                • 自動分選

                        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行分選,分選用的閾值參數可以由用戶設定,分選級數取決于T-Junction的數目。 

                • 服務器存儲

                        由于數據量非常大,本系統必須用服務器存儲數據。 

                • 軟件分析

                        軟件分析功能非常強大,可以通過植株的編號(電子標簽)調出整個生活史的數據,進行時間動力學分析,對拍攝的照片進行動畫演示,對同一植株的時間動力學數據進行圖表統計分析,對不同植株的數據進行復雜的統計學分析和圖表分析。 

                • 遠程管理

                        通過專用遠程服務器管理軟件,可以在異地對本系統的運轉狀況進行監測、改變測量程序或分析測量數據。

                 

                 

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                LemnaTec 3D系統視頻

                  

                要功能

                全自動、高通量對植物等小型樣品進行可見光成像、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)

                通過可見光成像可以測量植物的結構、寬度、密度、對稱性、葉長、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多個參數

                通過近紅外成像可以分析植物的水分分布狀態、水力學研究、脅迫生理學研究等

                通過根系近紅外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情況

                通過紅外成像可以進行植物干旱脅迫研究、蒸騰研究等

                通過熒光成像可以分析植物的生理狀態

                通過高光譜成像可以測量一些特定的物質的量和歸化指數

                 

                應用領域

                植物生理學、農業科學、植物病理學、遺傳育種、突變株篩選、植物形態建模、種子生理學、種子病理學、植物脅迫生理學、植物水力學等研究領域。

                 

                 

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                可以自動傳送10盆植物的小型系統T-Junction分選
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                自動灌溉裝置側面、側面旋轉90度和頂部成像

                  

                應用實例

                植物顏色分類

                        植物的顏色是反映植物健康狀態的關鍵指標之一,而人肉眼對顏色的敏感度較低,存在較大的視覺誤差。利用Scanalyzer系統可以在拍攝植物可見光照片的基礎上,通過軟件對獲得的顏色信息進行銳化處理,從而使原本肉眼不易區分的顏色差別,顯著的區分開來。

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                植物骨架/結構分析

                        植物骨架和架構信息,是非常典型的植物表觀信息,是農業信息學的重要研究內容。對于雜交育種而言,Scanalyzer系統有助于快速進行表型篩選,也可用于了解整個生活史以及受到脅迫后的骨架/結構變化。

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                植物形態學分析

                        成像后,通過LemnaTec公司專業的軟件工程師團隊開發的軟件,可以對植物進行詳細的三維形態學分析。對于所拍攝的每一張圖片,都可獲得多個形態學參數。

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                估算生物量

                        通過頂部成像和多個側面成像,可以獲得植物X、Y、Z三個軸的信息,根據各個方向的葉面積、莖長、莖寬、葉長、顏色等來估算植物的生物量。實驗證明這種估算的生物量與實際生物量有非常好的線性關系。

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                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的反映植物不同部位的含水量,通過軟件處理加上代表不同含水量的顏色后,可以非常直觀的看出不同處理下植株不同部位的含水量變化。如果植物是生長在專用土柱中,還可以對植物根系和土壤的含水量變化進行定量分析。

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                注:LemnaTec公司設計的土柱筒,是透明聚丙烯塑料材質,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。培養時土柱外部套上不透明PVC管遮蔭,放置苔蘚和土壤藻類滋生,測量時將遮光管取下即可。

                 

                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,植株含水量的時間動力學變化可以通過NIR成像直觀的反映處來,并進行定量分析。

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                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,因此紅外成像常用于干旱脅迫研究、群體蒸騰等領域。

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                利用紅外成像反映小麥氣孔的關閉

                        照光時氣孔開放,葉片進行蒸騰作用。關光4 min后就檢測到葉片溫度的顯著上升,說明氣孔開始關閉。Scanalyzer 3D系統可以非常靈敏的檢測氣孔狀態。

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                靜態根密度分析

                        Scanalyzer 3D系統可以拍攝生長在土柱中的植物根系可見光照片,軟件自動分析土柱表層的根系。由于土柱的運輸車下自帶程序控制的旋轉臺,就可以通過軟件控制自動順序旋轉90度角來完成4個不同側面的成像,獲得更完善的根系信息。

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                根系動態生長分析

                        Scanalyzer 3D系統可以全自動、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行時間動力學分析。從下圖中的結果可以看出,從第35-100天,根生長最快,從表層有大量的根往下生長,從第35-60天,澆水過量,導致底部很多根死亡。

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                鑒定非轉基因植物

                        噴灑農藥后,沒有轉入抗農藥基因的植物,可以通過顏色鑒定出來。

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                植物個體和群體的形態學應用舉例

                        Scanalyzer 3D成像系統可以獲得大量的形態學參數,并且針對不同的材料,可以獲得有針對性的參數。下面是幾個例子:

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                物開花過程的動態監測

                        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、帶電子標簽的特性,就可以自動監測植物是否開花、開花時間、花朵數目、花朵發育階段、花敗時間等信息。

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