PlantScreenPlate - forme d'analyse phénotypique des plantes à haut débit sur le terrain

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

L'établissement d'une capacité d'analyse phénotypique rapide, précise et à haut débit des caractères multiples non endommagés des plantes cultivées sur le terrain est le plus grand défi pour la sélection génétique des cultures au 21e siècle (Andrade - Sanchez et al. 2014, furbank and tester 2011, houle et al. 2010). La plate - forme d'analyse phénotypique des plantes à haut débit sur le terrain est d'une importance inestimable pour la génétique, la biotechnologie, la sélection des cultures et la surveillance de la recherche sur la réponse des cultures au changement climatique, aux sols et à la gestion agricole, en particulier l'agriculture moderne et intelligente.

PlantScreenLa plate - forme d'analyse phénotypique des plantes à haut débit sur le terrain intègre des technologies modernes de pointe telles que les systèmes de contrôle automatisés, l'analyse de mesure par imagerie fluorescente de la chlorophylle, l'analyse par imagerie thermique des plantes, l'analyse hyperspectrale des plantes, l'analyse par imagerie couleur RGB et la plate - forme de Big Data Internet + phénotypique afin de réaliser de manière optimale la mesure phénotypique in situ à haut débit des plantes sur le terrain, le dépistage analytique de la réponse au stress des plantes et de la résistance des cultures, la mesure analytique de la croissance des plantes, l'identification des caractères et la recherche d'analyse physiologique et écologique des plantes. En tant que premier fabricant au monde à développer un système d'imagerie par fluorescence de la chlorophylle végétale, PSI est à la pointe de la technologie mondiale dans le domaine de l'analyse d'imagerie phénotypique des plantes, et d'autres plates - formes d'analyse d'imagerie telles que l'analyse d'imagerie par fluorescence de la chlorophylle à grande surface permettentPlantScreenDevenir l'équipement instrumental le plus avancé pour l'analyse phénotypique et fonctionnelle des plantes.

Caractéristiques fonctionnelles:

1) grande plate - forme d'imagerie multifonctionnelle (Multi - functional Sensor Platform) intégrant l'imagerie par fluorescence de la chlorophylle, l'imagerie RVB, l'imagerie thermique infrarouge, LiDAR、 Imagerie hyperspectrale et autres divers équipements de détection avancés et haut de gamme, analyse complète:

A) Analyse phénotypique des caractères structuraux (imagerie RGB et lidar)

B) Analyse phénotypique fonctionnelle (imagerie par fluorescence de la chlorophylle)

C) Évaluation de la forme et de la croissance (imagerie RGB et lidar)

D) Manifestation de la photosynthèse (imagerie par fluorescence de la chlorophylle)

E) Stress biologique vs réponse au stress abiotique (imagerie fluorescente de la chlorophylle, imagerie hyperspectrale, thermographie infrarouge)

F) Les manifestations physiologiques et écologiques comprennent la physiologie photosynthétique, la dynamique STOMATIQUE, les indicateurs biochimiques du métabolisme, etc. (imagerie fluorescente de la chlorophylle, imagerie hyperspectrale, imagerie thermique infrarouge)

2) la technologie d'imagerie de fluorescence de chlorophylle leader mondial fluorcam est une technologie d'analyse indispensable pour les caractéristiques fonctionnelles physiologiques et écologiques des cultures, la source lumineuse LED intelligente fournit une lumière de mesure modulée qui peut être automatiquement imagée pendant la journée pour mesurer la fluorescence de la chlorophylle et l'efficacité photosynthétique dans des conditions d'adaptation de la lumière; Équipé d'un objectif d'imagerie de fluorescence de la chlorophylle haute sensibilité exclusif avec une zone d'imagerie allant jusqu'à 35cm x 35cm (personnalisable par le client 80cm x 80cm), c'est le plus grand équipement technique au monde pour l'imagerie de fluorescence de la chlorophylle en une seule image

3) peut être installé sur le tracteur pour l'analyse d'imagerie automatique mobile, peut également être installé sur la plate - forme de fonctionnement automatique dédiée pour l'imagerie de balayage automatique et l'analyse en ligne tout en fonctionnant automatiquement le long de la voie de transect

4) plate - forme Big Data pour l'analyse phénotypique, y compris le contrôle du système, l'acquisition de données, l'analyse du traitement des données et l'affichage visuel en ligne, les bases de données, etc.

5) soutien technique de l'équipe d'experts du Centre de recherche phénotypique PSI, organisation d'un symposium mondial sur le phénotypage des plantes aux États - Unis et en Europe

6) optionnellement associé à la plate - forme d'analyse phénotypique à haut débit du drone phenouas basée sur la technologie des drones (UAV - base), permettant une analyse phénotypique basée sur le sol Scaling - up à une analyse phénotypique rapide dans de grandes zones aériennes

7) station de surveillance météorologique du sol en option pour une analyse complète des conditions environnementales par rapport aux caractéristiques phénotypiques

8) Système de surveillance physiologique et écologique des plantes en option, surveillance synchrone de la photosynthèse des plantes et de la croissance des fruits et d'autres informations

9) le pot de culture numérique de pesage automatique peut être choisi pour le pesage précis, la surveillance de l'humidité du sol, l'arrosage automatique, etc.

Principaux indicateurs techniques:

Plate - forme d'analyse d'imagerie automatique tout - en - un avec source lumineuse LED intelligente intégrée et module d'imagerie par fluorescence de la chlorophylle, module d'analyse d'imagerie RGB et autres modules d'imagerie optionnels tels que l'imagerie thermique infrarouge, le balayage laser lidar, l'hyperspectre, etc., fonctionnant automatiquement via le système d'exploitation, le stockage automatique de classification, l'analyse automatique en ligne, etc.

2. Analyse d'imagerie par fluorescence de chlorophylle (standard):

A) source lumineuse intelligente d'excitation de LED de 3 couleurs, lumière de mesure d'impulsion de 620 nm, lumière photochimique blanche et Flash saturé maximal, lumière infrarouge de 735 nm pour mesurer fo ', etc.

B) source lumineuse bleue avec roue de filtre 7 bits en option pour les mesures de fluorescence multispectrales multibandes telles que les mesures d'imagerie GFP

C) capteur d'imagerie de fluorescence de chlorophylle CCD haute sensibilité exclusif, fréquence d'image jusqu'à 50 FPS, capture efficace des transitoires de fluorescence de chlorophylle, résolution 720x560 pixels, A / D 12 bits, avec mode vidéo et mode instantané; En option avec CCD haute résolution, résolution 1360x1024, fréquence d'image 20fps, A / D 16 bits

D) zone d'image unique 35x35cm

E) Paramètres de mesure d'imagerie: peut effectuer des mesures d'adaptation à l'obscurité de nuit et des mesures d'adaptation à la lumière du jour, les paramètres de mesure comprennent Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Paramètres de fluorescence isochlorophylline pour l'analyse de l'efficacité photosynthétique des plantes, de l'aptitude, des stress biologiques et abiotiques et de la résistance des cultures, de la résilience, etc.

F) FV / FM, effet d'induction de Kautsky, analyse d'extinction par fluorescence et autres procédures de mesure automatisées complètes (Protocoles) avec des paramètres de mesure tels que le programme FV / FM, le temps de mesure ne prend que 10 s

G) analyse en ligne des données de fluorescence de la chlorophylle, y compris les histogrammes, les diagrammes de paramètres de mesure, les tableaux de données, etc., avec des fonctions telles que la segmentation d'image personnalisée, peut effectuer une analyse dynamique multiparamétrique à différentes échelles de temps (par exemple, le jour, le mois, toute la saison de croissance, etc.)

H) est une véritable imagerie synchrone bidimensionnelle, les paramètres de fluorescence de la chlorophylle résultante sont de véritables paramètres de distribution bidimensionnelle basés sur des points de pixels, évitez la « imagerie induite par laser» simpliste (l'avantage est la légèreté, l'économie d'énergie) est simplement une imagerie unidimensionnelle (point ou ligne), ne peut pas synchroniser l'imagerie bidimensionnelle, est sensible aux facteurs environnementaux (tels que le vent soufflant, c'est - à - dire produisant des erreurs graves), les paramètres d'imagerie sont simplement des paramètres analogiques (selon le balayage laser obtenu rapidement et lentement la fluorescence mesurée par rapport à la fluorescence mesurée lentement n'est pas vraiment la fluorescence minimale et la fluorescence maximale, le paramètre résultant « production de quantum de lumière» est simplement la production Fluorescence tachymétrique et rendement quantique de lumière simulé ou Efficacité quantique nominale ainsi calculée), Problèmes tels que l'immaturité technologique (aucune référence trouvée)

I) est le moyen technique le plus largement utilisé et le plus publié dans le monde pour l'analyse phénotypique à haut débit des plantes

Analyse d'imagerie 3.rgb (standard): peut effectuer une analyse d'imagerie de la forme, de la couleur verte, etc. de la plante, avec une résolution de 5mpx, et peut automatiquement effectuer une analyse statistique du nombre de fleurs de la plante, des talles de riz, etc., les principaux paramètres de mesure analytiques comprennent:

Zone Leaf: useful for monitoring Growth Rate et ses variations dynamiques

Solidity / Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s Convex Hull and the area covered by the actual Plant (solidity / Compactness. Ratio entre la zone couverte par la plante et la plante actuelle)

Leaf Perimeter: particulary useful for the Basic Leaf Shape and Width Evaluation (périmètre de la feuille: utilisation particulière pour la forme de base de la feuille et l'évaluation de la largeur)

Eccentricité: estimation de la forme de plante, numéro d'échelle, eccentricité de l'ellipse avec same second moments as the Plant (0...Circle, 1...Line Segment))

Roundness: Base on Evaluating the ratio between Leaf Area and Perimeter (base sur l'évaluation du ratio entre les zones de Leaf et le périmètre).

Indice de largeur de la feuille (Medium Leaf width Index: Leaf Area proportional to the Plant Skeleton)

Sol (SLENDERNESS of Leaves) pour les feuilles fines

Diameter of a Circle with the same Area as the Plant (diamètre d'un cercle avec la zone de sapin comme plante)

Convex Hull area. Utilisation pour l'évaluation compacte

Centroid. Center of the Plant Mass position (Centre d'utilisation spécifique pour l'évaluation de l'eccentricité)

11) Indice Flattening (indice flattening)

Taux de croissance relatif (relative Growth Rate)

13) indice de verdure et analyse graduée (vert foncé, vert sain, vert clair, etc.)

Color Segmentation for Plant Fitness Evaluation (Division des couleurs pour l'évaluation de la condition physique des plantes)

15) Autres caractéristiques et analyse dynamique de l'étalonnage des couleurs

Analyse de balayage laser 4.3d (en option): pour l'analyse phénotypique de la structure des plantes, calcul de divers paramètres morpho - structurels tels que la structure des plantes, la biomasse, le nombre de feuilles, la surface des feuilles, l'angle d'inclinaison des feuilles, la hauteur des plantes, etc. par analyse automatique du modèle de nuage de points

Analyse thermographique infrarouge (en option): microbolomètre à matrice plan focal, résolution 640 × 480 pixels, bande 7,5 - 13 μm, plage de température - 20 - 120 ℃, résolution < 0,05 ℃ @ 30 ℃ / 50 MK, zone d'imagerie 35 × 35 cm, utilisé pour l'imagerie de la distribution de la température de la canopée des plantes dans le contexte du rayonnement lumineux et pour analyser la dynamique de la conductivité STOMATIQUE des plantes, le stress de la sécheresse et l'évaluation de la résistance à la sécheresse, etc., une bonne dissipation de chaleur peut rendre les plantes tolérantes à de longues périodes de rayonnement lumineux élevé ou de faibles conditions d'eau (sécheresse)

Analyse d'imagerie hyperspectrale (en option): gamme de longueurs d'onde 380 - 1000 nm, nombre de bandes spectrales (nombre de bandes) 675 bandes, peut imager et analyser l'indice normalisé (NDVI) simple ratio Index, Equation: Sr = rnir / rred, Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (mcari1), 
equation: mcari1 = 1,2 * [2,5 * (r790 - r670) -1,3 * (r790 - R550)], indice optimisé de végétation ajustée au sol (osavi), Equation: osavi = (1 + 0,16) * (r790 - r670) / (r790 - r670 + 0,16)), indice photochimique de réflexion de la végétation (PRI), Equation: pri = (r531 - r570) / (r531 + r570)), etc.

7. Plate - forme mobile sur le terrain: le bras de plate - forme de 12m de portée, la plate - forme d'imagerie multifonctionnelle peut scanner automatiquement l'analyse d'imagerie à gauche et à droite sur la plate - forme mobile, peut scanner automatiquement des transects jusqu'à 10m de largeur, chaque zone d'imagerie de balayage peut atteindre 10x0,35m (3,5m2), le temps de balayage complet de moins d'une minute à plusieurs minutes (selon le Protocole de procédure de mesure expérimentale), la plate - forme mobile peut fonctionner automatiquement le long de la piste, la distance de fonctionnement est en principe illimitée (limitée par la longueur de la piste); Hauteur de la plate - forme mobile 2,5 m, hauteur de la plate - forme d'imagerie multifonctionnelle réglable pour s'adapter à l'analyse d'imagerie des cultures à différentes hauteurs; Plate - forme mobile 4 roues en caoutchouc peuvent à la fois fonctionner automatiquement sur le rail via le système de contrôle et scanner automatiquement l'imagerie, mais aussi faciliter le déplacement sur le sol général, les virages, etc., pour l'échantillonnage de 75x20m, la plate - forme mobile peut charger la plate - forme d'imagerie multifonctionnelle pour compléter l'échantillon de bande de 75x10m à la fois, puis tourner manuellement et compléter automatiquement l'analyse d'imagerie de l'autre moitié de 75x10m; Equipé d'un système GPS avec une précision allant jusqu'à 2 cm, enregistrement automatique des données de mesure, position, temps, etc. via le logiciel, peut être alimenté par un générateur diesel pour conduire toute la plate - forme mobile

8.optional avec un réseau de capteurs de mesure de l'environnement pour surveiller automatiquement l'enregistrement par, la concentration de CO2 ambiant, la température de l'air et l'humidité, les précipitations et l'humidité du sol, etc.

9. Système de contrôle et d’analyse de l’acquisition de données (plate - forme phénotypique Big Data):

1) interface graphique conviviale

2) la fonction de localisation GPS peut effectuer des informations de distribution spatiale et une analyse de la distribution spatiale et temporelle

3) divers protocoles matures ont été intégrés, avec des programmes de mesure automatique définis par l'utilisateur et modifiables (Protocoles), selon le programme de configuration de l'utilisateur pour compléter automatiquement toutes les expériences. Les résultats des données sont automatiquement stockés et analysés, et les résultats des données analysées peuvent être affichés automatiquement sous forme de courbes dynamiques

4) Système de gestion de base de données MySQL, peut traiter une grande base de données avec des dizaines de millions d'enregistrements, prend en charge plusieurs moteurs de stockage, les données pertinentes sont automatiquement stockées dans différentes tables de la base de données

5) toutes les mesures sont disponibles avec le programme par défaut, également créer un processus de travail personnalisé via l'outil de développement, ou actionner manuellement la source lumineuse LED sur ou hors tension, imagerie de balayage RGB, imagerie de fluorescence de la chlorophylle, etc.

6) Les programmes expérimentaux (Protocoles) ont des touches de démarrage, de fin, de pause

7) Le système peut être contrôlé à distance sans fil via Internet, permettant aux utilisateurs d'accéder à distance via Internet, de traiter les données, de télécharger et de modifier la conception de l'expérience, d'avoir une fonction de classement des droits de l'utilisateur, d'empêcher d'autres personnes d'influencer l'expérience par erreur

Origine: Europe PSI

Cas d'application:

Appliquez fluorcamTechnique de fluorescence de la chlorophylle, suivi in situ à long terme des plantes sur le terrain pendant différentes saisons, suivi simultané de la photosynthèse des plantes (assimilation du CO2) a, les résultats sont présentés dans le graphique ci - dessous. La technologie fluorescente fluorcam chlorophylle utilise la technologie de modulation d'impulsions de lumière d'excitation, la technologie de capteur CCD haute sensibilité (fréquence d'échantillonnage jusqu'à 50 fois par seconde) et la source lumineuse LED intelligente pour de grandes zones (35x35cm par image en standard) Analyse d'imagerie de plantes / cultures, sur le terrain peut à la fois effectuer l'analyse d'imagerie de fluorescence de la chlorophylle dans des conditions d'adaptation à l'obscurité la nuit, mais peut également effectuer l'analyse d'imagerie de fluorescence de la chlorophylle dans des conditions d'adaptation à la lumière ambiante, par rapport à la simple mesure de fluorescence de la chlorophylle induite par laser (excitation de la fluorescence de la chlorophylle par un faisceau de source lumineuse d'excitation monochromatique ponctuelle ou linéaire et mesure, l'avantage est d'économiser de l'énergie et peut être plus léger) a de nombreux avantages fonctionnels, non seulement les paramètres de mesure sont nombreux, peut effectuer diverses Analyses de mesure d'imagerie de fluorescence de la chlorophylle, mais une imagerie bidimensionnelle (véritable analyse d'imagerie) évite problèmes tels que la résolution des mouvements d'herbe sévèrement réduite.

Accessoires: autres systèmes d'analyse d'imagerie phénotypique sur le terrain:

1)PhenoUASPlate - forme d'analyse phénotypique des grandes cultures à haut débit par drone

2)FluorCamFluorescence de chlorophylle mobile sur le terrain avec système d'analyse d'imagerie RGB

3)FluorCamFluorescence à la chlorophylle à balayage par splitband avec système d'analyse d'imagerie rgb (avec imagerie thermique infrarouge en option)