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模块式植物表型成像分析系统
产品时间:2018-08-10
模块式植物表型成像分析系统由植物多光谱荧光成像单元、红外热成像单元、RGB彩色成像单元等组成,可全面分析植物叶片及冠层的形态结构、颜色、光合作用、生理状态、气孔动态、生化色素分布、胁迫生理等,是目前市场上配置灵活、功能较全面、性价比高的植物表型与生理生态观测分析系统。

    太阳辐射照射到植物叶片上,其中的蓝色波段和红色波段大部分被叶片吸收进行光合作用,另一部分(包括绿色波段、红外波段等)以反射光的形式返回到大气中,少量以荧光的形式发射到大气中,还有部分则以热的形式耗散。通过对叶片反射光成像测量分析(RGB彩色成像、多光谱或高光谱成像等)、多光谱荧光成像测量分析及叶片温度测量分析(红外热成像),可以全面分析植物的性状特征包括外部形态颜色、光合作用效率、气孔动态、次级代谢等形态与生理生态特征,使植物表型数字化、生理生态及功能可视化。

    模块式植物表型成像分析系统由植物多光谱荧光成像单元、红外热成像单元、RGB彩色成像单元等组成,可全面分析植物叶片及冠层的形态结构、颜色、光合作用、生理状态、气孔动态、生化色素分布、胁迫生理等,是目前市场上配置最灵活、功能*、性价比最高的植物表型与生理生态观测分析系统。

 

中图:西葫芦感染病原菌成像分析,其中(a)为RGB彩色成像、(b)为红外热成像、(c)为F520绿色荧光成像、(d)为F520/F680绿红荧光比值成像;下图:向日葵幼苗列当寄生后的多光谱荧光成像

主要功能特点与技术指标:

  • 植物多光谱荧光成像技术,可以对具有4个特征性波峰的植物荧光光谱进行成像分析,进而可全面分析植物初级代谢(光合效率)、次级代谢、生理生态、胁迫与抗性筛选等
  • 可选配UV紫外光、白色LED光源(用于模拟自然光源)、青色LED光源(用于气孔功能研究)、绿色LED光源、红色LED光源、蓝色LED光源等不同激发光源
  • 可对UV紫外光激发的4个波峰的荧光进行成像分析,包括兰光440nm(F440)、绿光520nm(F520)、红光690nm(F690)和远红外740nm(F740),其中F440和F520统称为BGF,由表皮及叶肉细胞壁和叶脉发出,F690和F740为叶绿素荧光Chl-F
  • 红外热成像分析单元可测量分析叶片温度的异质性分布,并通过选区(ROI)工具得到不同区域的最高温度、最低温度、平均温度、温度分布频率直方图等,依次进一步分析气孔导度、水分胁迫等
  • 40倍RGB成像可以对植物形态及颜色进行分析,既可明察秋毫到气孔分布,又可大视野宏观成像分析
  • 配置灵活、使用方便,可选配不同单元组合
  • 适于植物叶片、植物幼苗及小型全株植物,红外热成像可应用于植物冠层或多株植物成像分析
  • 应用于作物遗传育种、遗传组学与表型组学研究、植物生理生态学、植物胁迫生理、抗性筛选等领域

技术指标:

  • 红外热成像单元:
    • 非制冷红外焦平面检测器(uncooled VOx microbolometer),已经过欧盟标注校准,可直接测量温度,包括每个像素点的温度等
    • 分辨率:640x512像素
    • 光谱范围:7.5~13.5μm
    • 温度测量范围:-25~150°C
    • 灵敏度:≤0.03(30mK)@ 30
    • 帧频:9Hz或30Hz,最大60Hz
    • 数据传输:USB-3或千兆以太网
    • 19mm光学镜头,视野32x26,可选配13mm镜头或35mm镜头
    • 具备视频模式和快照模式
    • 具备14种调色板供任意选择,可多样化设置热成像假彩色
    • 具备差值功能,可内查图像形成平滑影像以避免像素化
    • 可通过软件设置大气温度、湿度、距离等参数
    • 具备等温模式功能,包括以上、一下、之间、及以下与以上四种等温模式
    • 结果在线报告功能,自动显示热影像、时距图及影像参数如发射率、反射温度、大气温度、湿度、外部光距离、传播等
    • 影像处理软件具备ROI选区功能,包括点、线、折线、矩形等,并可进行分区处理,每个ROI即时显示最小温度、最高温度、平均温度等
    • 热扫描功能及热剖面功能:可在线可视化显示线型ROI温度值、温度剖面图
    • 所有ROI工具的温度值均可显示在时距图中
    • 防护级:IP65
    • 工作温度:-15°C+50°C 
    • 支持GPS信息,可将位置信息显示在谷歌地图上
  • 植物多光谱荧光成像
    • 成像面积20x20cm
    • 紫外光激发多光谱荧光成像包括F440、F520、F690、F740四个波段的荧光成像
    • 高分辨率CCD镜头,20fps、1360x1024像素,有效像素大小为6.45μm高速USB 2.0 (480Mbits/sec),可像素叠加(binning)以提高灵敏度(2x2,3x3,4x4);具备视频模式和快照模式
    • 自动测量分析功能(无人值守):可预设1个或2个试验程序,系统可自动测量储存
    • 激发光源包括紫外光、蓝色光源、红橙色光源,通过紫外激发荧光与红光LED激发荧光,可以分析植物类黄酮相对含量等
    • 成像分析软件具Live(实况测试)、Protocol(实验程序选择)、Pre-processing(成像预处理)、Result(成像分析结果)等功能菜单
    • 成像预处理可以自动选区或手动选择不同形状、不同数量、不同位置的区域(Region of interest,ROI),成像分析结果包括高时间解析度荧光动态图、直方图、不同参数成像图、不同ROI的荧光参数列表等
    • Protocol实验程序可自由编辑,也可利用Protocol菜单中的向导程序模版客户自由创建新的实验程序
    • 多种Protocols供选配和自动运行,包括Fv/Fm、Kautsky诱导效应、叶绿素荧光淬灭曲线、光响应曲线等
    • 具备系统自动重复运行功能,可无人值守自动循环完成选定的实验程序,重复次数及间隔时间客户自定义,成像测量数据自动按时间日期存入计算机
    • 高度可调,以适应不同高度植株成像分析,最大植株高度50cm,可根据客户需求定制不同高度

3. NDVI与PAR吸收成像模块:630nmLED红色光源和740nm LED红外光源,可对PAR(光合有效辐射)吸收及植物光谱反射指数NDVI成像分析

 

4. 可对绿色荧光蛋白GFP进行成像分析,可选配YFP成像分析

5. RGB成像:科研级RGB成像镜头,分辨率2592x1944像素,信噪比54dB,1-40x放大,最小视野6.1x7.9mm(40x),最大视野20.8x25.4;可分析叶面积、长度、宽度、周长、比值、绿度指数、颜色分级分析、频率直方图等

 

应用案例与近期代表性参考文献:

 

西葫芦感染软腐病菌(Dickeya dadantii)RGB彩色成像、多光谱荧光成像及红外热成像分析(引自Maria L. Perez-Bueno等,Multicolor Fluorescence Imaging as a Candidate for Disease Detection in Plant Phenotyping. Frontiers in Plant Science, 2016)

  • Monica Pineda etc. Detection of Bacterial Infection in Melon Plants by Classification Methods Based on Imaging Data. Frontiers in Plant Science
  • Monica Pineda et. Use of multicolour fluorescence imaging for diagnosis of bacterial and fungal infection on zucchini by implementing machine learning. Functional Plant Biology, 2017
  • Carmen M. Ortiz-Bustos etc. Fluorescence Imaging in the Red and Far-Red Region during Growth of Sunflower Plantlets. Diagnosis of the Early Infection by the Parasite Orobanche Cumana. Frontiers in Plant Science, 2016
  • Maria Luisa Perez-Bueno etc. Spatial and temporal dynamics of primary and secondary metabolism in Phaseolus vulgaris challenged by Pseudomonas syringae. Physiologia Plantarum, 2015

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