易科泰 PhenoTron 模块式表型成像分析技术应用于种质资源检测

植物表型成像分析技术整合叶绿素荧光成像、RGB真彩3D成像、热成像、高光谱成像等多种表型成像技术，对植物表型组进行综合分析。基于这一技术设计的高通量表型成像分析平台，通过自动传送带或XYZ三维移动机械臂实现自动化高通量植物样品表型分析。

高通量表型成像分析平台固然高效快速，但毕竟建设周期长、费用较高。因此，在很多研究中，利用同类型表型传感器设计的实验室仪器组成一套模块式表型方案来进行相关研究，就成为了很多科研人员的更佳选择。

易科泰依托农业与表型检测技术领域的深厚积淀，创新性推出全自主、国产化PhenoTron模块式表型成像分析技术解决方案。

本方案以FluorTron®叶绿素荧光成像与多功能高光谱成像分析技术为核心支撑，联动多种检测技术形成协同合力，实现对植物表型与种质资源更全面、精准、高效的综合检测。这一技术方案集成有叶绿素荧光成像、UV-MCF紫外激发多光谱荧光成像、高光谱成像、Thermo-RGB融合成像、种子呼吸、谷物成分分析、X-ray成像、种子发芽率成像等多种技术与相应仪器，可根据实际研究需要灵活组配。

下面我们介绍一些利用PhenoTron模块式表型成像的相关技术在模块式种质资源表型检测方面的研究案例：

1. 利用模块式表型方案研究纳米粒子对豆类的影响

随着纳米技术的迅速发展，纳米粒子大量释放到环境中，而其环境释放风险尚未明了。CuO纳米粒子作为潜在的农药/肥料载体，其对植物的生理影响亟需评估。研究人员将黄花槐的种子在不同浓度CuO纳米粒子溶液浸泡后，在萌发过程中分别利用模块式表型成像仪器进行检测：红外热成像监测种子表面温度变化；FluorCam叶绿素荧光成像系统测定 Fm'（荧光）和 NPQ（非光化学淬灭系数）；荧光光谱检测405nm-800nm的荧光光谱曲线，其蓝绿波段可反映次生代谢水平，685 nm与 735 nm发射峰比值（F685/F735），则与叶绿素含量相关。

结果表明，CuO NPs 处理种子在早期（尤其 72–96 h）表面温度显著升高，随后趋于恢复，提示存在短期热应激。NPQ在早期显著升高，表明多余光能转化为热能耗散，暗示光系统 II（PSII）受到压力；后期下降则提示CuO NPs可能开始损伤光系统的叶黄素循环机制。从荧光光谱曲线上看，低浓度处理（100–200 mg/L）的叶绿素荧光强度略有增加，而高浓度处理（300–400 mg/L）的荧光强度下降，显示光合色素受损。F685/F735比值也有对应的变化，但差异不显著。

2. 模块式表型方案中最重要的成像技术：叶绿素荧光成像技术

模块式表型方案在使用上更加灵活简便，而在购置时也可根据具体研究需要进行选配或分批购置。那么如果是目前的经费仅能购买一套仪器，那么应该先购置什么仪器呢？

德国莱布尼茨蔬菜和观赏植物研究所IGZ的这项研究可能会给您一些启发。这一研究使用了多种表型成像技术检测刚发芽的生菜幼苗，部分植株中接种了立枯丝核菌（Rhizoctonia solani），试图确定哪些技术的哪个参数能够更灵敏地将感染病害的植株和未感染的植株区分开，从而实现对种苗抗病性的快速评估与筛选。

研究中进行成像分析的参数与所属技术如下：

l 叶绿素荧光成像：Fo、Fp、Ft、Fv、光化学效率Fv/Fm、荧光衰减比率Rfd、光合有效叶面积日相对生长速率A_abs和A_rel

l UV-MCF多光谱荧光成像：F440与F520（次生代谢物荧光峰值）、F690与F740（叶绿素荧光峰值）及各个参数之间的比值

l 热成像：作物水胁迫指数I1、I2、I3、平均温度、中值温度、温度范围

l 反射光谱成像：R_NIR、R_RED、归一化植被指数NDVI 

    值得一提的是，在本研究中，所有成像分析工作都是由一台模块化设计的FluorCam多光谱荧光成像系统加配热成像单元完成的。而这些成像功能也可以由多台台不同专用表型成像仪器组成的模块式方案来分别完成，比如PhenoTron模块式表型成像分析技术方案中的FluorTron®多功能高光谱成像+ FluorTron®叶绿素荧光成像+Thermo-RGB融合成像。

测试结果发现，感染病害的植株和未感染的植株之间，光化学效率Fv/Fm、荧光衰减比率Rfd、归一化植被指数NDVI、作物水胁迫指数I1、光合有效叶面积日相对生长速率A_rel、多光谱荧光F440、F520等参数都表现出显著差异。通过进一步数据统计分析最终发现光化学效率Fv/Fm、荧光衰减比率Rfd在本次实验中的识别，误差≤0.052。Fv/Fm＞0.73的生菜幼苗即可认为是健康的。Fv/Fm甚至能够在病害症状发生前即可检测到病菌感染。

由此可见，叶绿素荧光成像技术是用于种子萌发与种苗活力检测的技术之一。在很多研究中，只使用了叶绿素荧光成像技术来就能确定种苗的抗逆能力。比如华南农业大学通过转基因方法使水稻过表达两种抗逆基因CdtCIPK5和CdtCBL4，然后对转基因水稻幼苗进行盐胁迫、低温胁迫和干旱胁迫处理。通过FluorCam叶绿素荧光成像系统测量的光化学效率Fv/Fm证明，CdtCIPK5和CdtCBL4过表达提高了水稻的盐胁迫抗性，但对低温和干旱胁迫则没有显著作用。

参考文献：

1. Santos ES, Graciano DE, et al. 2021. Effects of copper oxide nanoparticles on germination of Sesbania virgata (FABACEAE) plants. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 93, e20190739.

2. Sandmann M, et al. 2018. The use of features from fluorescence, thermography and NDVI imaging to detect biotic stress in lettuce. Plant Disease 102: 1101-1107

3. Huang S, et al. 2020. CBL4-CIPK5 pathway confers salt but not drought and chilling tolerance by regulating ion homeostasis. Environmental and Experimental Botany 179: 104230

北京易科泰生态技术公司提供模块式植物表型分析技术与种质资源表型分析技术全面解决方案并提供相关参考文献：

易科泰即可提供国际FluorCam叶绿素荧光成像与多光谱荧光成像系统，也可提供自主国产化PhenoTron模块式表型成像分析技术方案，具体包括：

Ø FluorTron®多功能高光谱成像技术

种子活力、生理状态、生化成分含量及转基因标记蛋白均会改变其特定波段的反射光谱指纹与荧光光谱特征。FluorTron®多功能高光谱成像技术能够精准捕获种子的反射光谱与荧光光谱，不仅能高效评估萌发潜力、抗逆能力等关键活力指标，为高活力种子筛选提供基础数据；还能进行种子品种分类和分级、种子成分和属性预测、清洁度评估、损伤与病害检测；此外还能对绿色荧光蛋白（GFP）、红色荧光蛋白（RFP）等成像检测。

Ø Thermo-RGB融合成像分析技术

自动量化种子大小、形状、颜色等形态特征，对种质资源进行高通量表型分析与精准鉴定。并通过动态热成像捕捉种子热衰减曲线，实现快速、无损的种子质量分级。

Ø 种子呼吸检测技术

通过监测耗氧率等呼吸代谢指标，揭示种子生理活性状态，实现种子活力的无损、快速的评估。

Ø Grainsense谷物成分分析技术

采用近红外光谱技术精准测定碳水化合物、脂肪、蛋白质、水分等成分的含量，用于种质资源营养组成精准鉴定与优质基因型快速筛选。

Ø X-ray成像分析技术

对种子进行高分辨率X射线成像，清晰呈现内部微观结构（如种子胚乳、胚、裂纹、虫道等）。精准测量种子空瘪/饱满率等，自动识别机械损伤、组织劣变、畸形或未成熟种子，用于种子资源无损质量分级。

Ø PhenoTron-APP种子发芽率成像分析技术

基于高精度图像识别与智能分析技术，通过移动端或固定成像设备采集种子与幼苗图像，自动识别、计数并分析发芽状态，可实现发芽率的高通量、无损伤、自动化检测。