PhenoTron PTSPiattaforma di rilevamento dell'immagine spettrale degli impianti

La piattaforma di rilevamento dell'imaging spettrale delle piante PhenoTron PTS (Plant To Sensor) adotta la tecnologia di trasmissione automatica delle piante PTS (Plant To Sensor), integrando tecnologie avanzate internazionali di analisi dell'imaging quali l'analisi dell'imaging iperspettrale, l'analisi dell'imaging fluorescente della clorofilla, l'analisi dell'imaging termico infrarosso, ecc. I campioni sono trasmessi automaticamente alle stazioni di lavoro corrispondenti di imaging attraverso la piattaforma di trasmissione, raggiungendo l'alto throughput, l'imaging a luce riflessa non distruttiva, l'imaging a fluorescenza della clorofilla, l'imaging multispettrale della fluorescenza e l'analisi dell'imaging a radiazione termica infrarossa. È ampiamente usato nell'analisi del fenotipo delle colture, nella ricerca di rilevamento delle risorse del germoplasma, nell'allevamento genetico, nello screening di resistenza, nella ricerca di fisiologia delle piante ed ecologia, nella ricerca fotobiologia, nel rilevamento della qualità di frutta e verdura, ecc.

Quando la configurazione di base è l'imaging iperspettrale e l'imaging a fluorescenza clorofillica, questo sistema è noto anche come PhneoTron HF.

La figura in alto a sinistra mostra che dopo aver assorbito la luce solare, alcune delle foglie vengono riflesse (o trasmesse), alcune vengono assorbite (principalmente luce rossa e blu) per la fotosintesi, una piccola parte viene persa sotto forma di fluorescenza clorofillica e un'altra parte viene persa sotto forma di calore; L'immagine in alto a destra mostra la stazione di imaging interna dello strumento

L'immagine a sinistra mostra la trasmissione degli impianti PhenoTron PTS alla Clorofill Fluorescence Imaging and Hyperspectral Imaging Station (PhenoTron HF) per l'analisi di imaging; La figura qui sotto mostra gli effetti del glifosato sulla fisiologia fotosintetica di Arabidopsis thaliana (analisi di imaging a fluorescenza clorofillica, fornita dal Laboratorio Ecolab)

Caratteristiche tecniche principali:

1)Piattaforma tecnologica PTS (Plant to Sensor), controllo sincrono di sollevamento a doppio binario SpectraScan © Piattaforma mobile di scansione di alta precisione, i campioni possono essere posizionati sulla piattaforma di spostamento precisa e trasportati automaticamente all'unità di imaging per l'analisi di imaging

2)Imaging multi sensore, compreso l'imaging di fluorescenza clorofillica, imaging multispettrale fluorescenza, imaging iperspettrale, imaging Thermo RGB, ecc

3)Può eseguire il rilevamento di immagini e l'analisi dei tratti fenotipici di piante coltivate, foglie, frutti, germinazione dei semi e piantine, radici e alghe

4)Progettazione modulare della struttura con potenti capacità di espansione del sistema, in grado di controllo remoto e funzionamento automatico della raccolta e dell'archiviazione dei dati

5)Host incorporato, controllo touch screen, sistema operativo completamente cinese

6)Fornire soluzioni one-stop per fenotipo vegetale, rilevamento e identificazione delle risorse del germoplasma, ecologia fisiologica delle colture, ricerca e rilevamento di alghe e piante marine, ecc

7) Il sistema ospite è dotato di ruote, che lo rendono facile da spostare e adatto ad ambienti di lavoro come laboratori e serre

Principali indicatori tecnici:

1) Stazione di imaging di fluorescenza della clorofilla:

a)CCD professionale per immagini fluorescenti clorofilliche ad alta sensibilità, frame rate 50fps, risoluzione 720x × 560 pixel, dimensione pixel 8,6 × 8,3µm

b)Luce fotochimica fino a 1000 µ mol · m^-2s^-1Impulso regolabile, saturo 3900 µ mol · m^-2s^-1

c)Può eseguire automaticamente protocolli quali Fv/Fm, effetto di induzione di Kautsky, analisi di estinzione della fluorescenza, curva di risposta alla luce, ecc

d)Più di 50 parametri automatici di misurazione e analisi della fluorescenza della clorofilla, tra cui Fv/Fm, Fv '/Fm', Y (II), NPQ, qN, qP, Rfd, ETR, ecc., generano automaticamente mappe dei parametri della fluorescenza della clorofilla

e)Sincronizza automaticamente la visualizzazione dei parametri di fluorescenza della clorofilla e dei grafici dei parametri, delle curve dinamiche di fluorescenza della clorofilla e degli istogrammi di frequenza dei parametri di fluorescenza della clorofilla

2) Stazione di imaging a fluorescenza multispettrale: l'imaging a fluorescenza multispettrale eccitato UV riflette i cambiamenti dinamici dei metaboliti secondari quali polifenoli e flavonoidi, clorofilla, invecchiamento delle piante, parassiti vegetali e stress della malattia e stress abiotico

a) Obiettivo CCD ad alta risoluzione, 1392x1040 pixel, dimensione effettiva del pixel di 6,45 μ m, pixel binning per migliorare la sensibilità (2x2, 3x3, 4x4)

b) ruota filtrante a 7 bit e filtro, utilizzati per la misura di imaging di fluorescenza multispettrale F440, F520, F690, F740 e altri fenomeni di fluorescenza biologica

3) Funzione automatica di misurazione e analisi (senza pilota): Uno o due programmi di prova possono essere preimpostati e il sistema può automaticamente misurarli e memorizzarli. Ad esempio, durante il giorno, il programma di effetto di induzione Kautsky può essere cronometrato automaticamente per funzionare e di notte, il programma di analisi di spegnimento della fluorescenza può essere cronometrato automaticamente per eseguire

4) Imaging opzionale GFP/YFP steady-state fluorescenza o LUC luciferasi imaging

5) UV facoltativo, rosso, verde, ciano, blu, rosso lontano e altre fonti luminose in bande di frequenza differenti

6) Gli strumenti di imaging a fluorescenza della clorofilla e di imaging a fluorescenza multispettrale hanno menu come Live (test live), Protocollo (selezione del programma sperimentale), Pre-elaborazione (preelaborazione dell'imaging), Risultato (risultati dell'analisi dell'imaging), ecc Il programma sperimentale del protocollo può essere modificato liberamente e i clienti possono anche utilizzare il modello del programma wizard nel menu Protocollo per creare liberamente nuovi programmi sperimentali

7) Stazione di imaging iperspettrale: La configurazione standard include 400-1000nm luce visibile vicino-infrarosso e 900-1700nm analisi di imaging iperspettrale infrarosso a onde corte, sensore di imaging iperspettrale SWIR opzionale 1000-2500 anni

a) Numero di bande: 224 canali

b) Risoluzione spettrale: FWHM 5.5nm（400-1000nm）、8nm（900-1700nm）

c) Risoluzione spaziale: 1024x (400-1000nm), 640x (900-1700nm), opzionale con altre risoluzioni per imaging iperspettrale

d) Rapporto segnale/rumore 600:1 (400-1000nm), 1000:1 (900-1700nm)

e)Misurazione e analisi delle immagini di indicatori biochimici e fisiologici delle colture come contenuto di clorofilla, contenuto di antocianina, contenuto di carotenoidi, efficienza di utilizzo della luce, indice di salute, copertura, stress, ecc.NDNI normalizzato N indice, NDWI normalizzato indice dell'acqua, MSI indice di stress idrico, ecc

Da sinistra a destra: analisi iperspettrale dell'azoto del grano e dello stato dell'acqua (Brooke Bruning et al.); Rilevazione di immagini spettrali elevate della tolleranza agli alcali salini nel grano (Ali Moghimi et al., 2018); Test di resistenza al fusario del grano (E. Alisac et al., 2018)

8) Termografia infrarossa:

a) Risoluzione: 640 × 512 pixel, opzionale con altri sensori di termografia infrarossa ad alta risoluzione

b) Intervallo di temperatura di misura: - 25℃－150℃

c) Sensibilità: 0,03 ℃ (30mK) @ 30 ℃

d) Campo spettrale: 7,5-13,5 μm

e) Sensore: sensore piano focale infrarosso non raffreddato, calibrato in più punti (con certificato di calibrazione)

f) zoom digitale 1-14x

g) Il software ha una tavolozza di colori (14 combinazioni di colori tra cui naturale, arcobaleno, scala di grigi, gradiente, ecc.), tecnologia di differenza, impostazione della gamma di temperatura (per cambiare la distribuzione del colore o evidenziare la gamma di selezione, ecc.), modalità isotermica, analisi di selezione (punti, linee, poligoni, ecc.), scansione della temperatura (per visualizzare la curva di distribuzione della temperatura della linea selezionata, ecc.), temperatura del profilo, grafico temporale, ecc; Può visualizzare informazioni sull'immagine; disporre di modalità di segnalazione, ecc. Le impostazioni di controllo possono essere fatte

9) Imaging RGB: Imaging RGB ad alta sensibilità, ingrandimento 1-40 volte, capace di analisi micro e macro di imaging, opzionale con altri sensori di imaging ad alta risoluzione

Installazione, debug e funzionamento sperimentale del sistema personalizzato per i clienti della Ocean University.

Caso di applicazione: Test non distruttivi rapidi delle malattie della piantina di lattuga e identificazione delle varietà resistenti

Durante il processo di germinazione e crescita dei semi, le colture incontreranno varie malattie, quindi l'allevamento di varietà ad alta resistenza alle malattie è molto importante. Se l'insorgenza di malattie può essere rilevata rapidamente, in modo non distruttivo, semplice e affidabile, anche prima che si manifestino i sintomi delle malattie, è di grande importanza per abbreviare i cicli riproduttivi e guidare le pratiche di produzione.

Il gruppo di ricerca Sandmann presso l'Istituto Leibniz per Verdure e Piante Ornamentali IGZ in Germania ha infettato artificialmente piantine di lattuga appena germogliata con Fusarium graminearum(Rhizoctonia solaniPoi, utilizzando in modo completo la tecnologia di imaging a fluorescenza clorofillica, la tecnologia di imaging a fluorescenza multispettrale, la tecnologia di imaging termico infrarosso e la spettroscopia di riflettanza delle piante NDVI imaging, sono stati analizzati diversi parametri di imaging per determinare quali parametri di quali tecnologie possono distinguere in modo più sensibile piante infette e non infette, ottenendo analisi online non distruttive ad alto rendimento, misurazione e screening:

I risultati hanno mostrato che la massima efficienza fotochimica Fv/Fm, indice di attenuazione della fluorescenza Rfd NDVI、 Indice di stress idrico delle colture I1, tasso di crescita relativo giornaliero dell'area fogliare fotosinteticamente attiva A_relI parametri della fluorescenza multispettrale F440 e F520 hanno mostrato differenze significative. Attraverso ulteriori analisi statistiche dei dati, è stato trovato che Fv/Fm e Rfd hanno avuto le migliori prestazioni di riconoscimento in questo esperimento, con un errore di ≤ 0,052. Piante di lattuga con Fv/Fm>0,73 possono essere considerate sane. I ricercatori sperano di applicare questa scoperta alle pratiche di produzione orticola e agricola attraverso ulteriori lavori, come la selezione di varietà vegetali resistenti alle malattie eccellenti, la diagnosi precoce e la prevenzione delle malattie, ecc.

riferimento:

1)Ali Moghimi etc.A Novel Approach to Assess Salt Stress Tolerance in Wheat Using Hyperspectral Imaging.Frontiers in Plant Science, 2018

2) Brooke Bruning ecc. The development of Hyperspectral distribution maps to predict the content and distribution of nitrogen and water in wheat. Frontiers in Plant Science, 2019）

3)E．Alisaac etc.Hyperspectral quantification of wheat resistance to Fusarium head blight: comparison of two Fusarium species. Eur J Plant Pathol, 2018

4)Sandmann M,et al.2018. L'uso di caratteristiche dalla fluorescenza, thermography and NDVI imaging to detect biotic stress in lettuce. Plant Disease 102: 1101-1107