第二代实验室型高通量植物表型平台 集成了功能强大、操作简便、发表了大量文献的叶绿素荧光成像系统 突变株快速筛选的强大工具 PhenoCenter 是实验室型高通量植物表型平台HTS Lab Scanalyzer的升级版。PhenoCenter是一套集培养植物材料功能和高通量采集小型植物及其他样品材料表型数据功能于一身的多功能表型系统，可以对不同品种、不同生命时期的小型植物或者其他样品材料进行深入的表型数据采集。此系统可根据测量样品数目选择不同配置版本，有多种传感器以及光源可以选择，满足不同领域的表型研究。 | |||||||||
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| 主要功能 l 定制化地进行植物等小型样品培养，如根据植物生长特定LED灯光的光照强度、白天对黑夜时长比例、以及光照强度的波动间隔时间等。 l 全自动、高通量对植物等小型样品进行可见光、近红外、红外、PSII调制荧光成像（PAM）或激光3D扫描。 l 自动的将扩展区的植株运送到成像台，进行后续的表型成像分析。 l 通过可见光成像可以测量植物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等等50多个参数。 l 通过近红外成像可以分析植物的水分分布状态、水力学研究、胁迫生理学研究等。 l 通过荧光成像可以分析植物的生理状态。 l 样品可以是培养在多孔板中（如6、12、24、48、96、384孔板），也可以是长在小花盆中。 l 高通量测量大量样品，标准配置可选择装4、24、48或72多孔板的版本 l 可选择成像分辨率，特别适用于96孔板高精度测量 l 进行动物/昆虫的游动/运动测试时，可自动获取图像 l 通过专业的表型分析软件对植物等小型样品采集到的表型数据进行批量处理。 l 通过自动获取图像，进行动物/昆虫的游动/运动测试。 | |||||||||
PhenoCenter总览图 | |||||||||
主要配置： 1. 控制台（WxLxH）：1200mm×700mm×1600mm 2. 基本模块（WxLxH）：1800mm×800mm×1900mm 3. 扩展（可选）（WxLxH）：1400mm×800mm×1900mm 电源要求： 400V AC，16A，50Hz 微孔板的处理（MTP） 小植物可以在MTP上运输，见下图； 总重量最大300g |  | ||||||||
应用领域 | |||||||||
突变株筛选 植物形态建模 遗传育种 植物病理学 植物胁迫生理学 | 种子病理学 种子生理学 植物水力学 毒理学 动物/昆虫运动轨迹 | ||||||||
4. 相机台 4.1 VIS相机 4.2 PAM相机 4.3 3D激光扫描仪 * PhenoCenter目前能至多安装三个成像模块，如果已经安装RGB和激光雷达3D（或PAM模块），替换掉RGB模块后，需要手动安装NIR成像模块。 5. 处理相机和MTP的系统基本模块 5.1 MTP的z轴 5.2相机的z轴 5.3相机夹具 5.4MTP夹具 6. 18个MTP的托盘 6.1发射LED灯 6.2手持式条形码阅读器的USB端口 7. 转运站 |
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| 系统优势 l 定制化植物培养 l 定制化设计 l 全自动高通量表型数据采集 l 稳固可靠 l 强大的LemnaTec公司表型分析软件 | |||||||||
| PhenoCenter成像模块的具体规格 NIR：焦距50mm，1450nm带通滤波器；视野18°x 14°，工作距离540 mm - 一个MTP的图像 VIS：50mm焦距；视野20°x 15°，工作距离485 mm - 一个MTP的图像 PAM相：成像面积100x130 mm；工作距离185 mm 3D激光：（新发展中） | |||||||||
| PAM成像模块配置 整合高通量PSII调制式叶绿素荧光成像探头 PhenoCenter引入德国WALZ技术，将国际上广受赞誉的叶绿素荧光成像系统Maxi-Imaging-PAM整合其中，将其强大精准的光合生理测量功能发挥到极致，从此植物表型系统也可高精度、高通量获取全系叶绿素荧光成像参数，为植物表型研究注入强大动力。 |
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成像功能：对 Ft、Fo、Fm、Fv/Fm、F、Fm’、Y(II)、Y(NO)、Y(NPQ)、NPQ、qN、qP、qL、ETR、Abs.、NIR、Red 等至少 17 种参数进行成像分析，全面获取植物光合生理表型数据。测定调节性能量耗散 Y(NPQ)，反映植物光保护能力，测定非调节性能量耗散Y(NO)，反映植物光损伤程度。 l 程序测量功能：可程序测量荧光诱导曲线、快速光曲线和暗弛豫，也可手动测量；在测量过程中能自动分析所有荧光参数的变化趋势 l AOI功能：可在测量前或测量后任意选择感兴趣的区域（AOI），程序将自动对选择的AOI的数据进行变化趋势分析，并在报告文件中显示相关AOI的数据。所有报告文件中显示的数据都可导出到EXCEL文件中。 l 成像异质性分析功能：对任意参数任意时间的成像，可在图像上任意选取两点，软件自动对两点间的数据进行横向异质性分析，并可导出到EXCEL文件中。 l 成像数据范围分析功能：对任意参数任意时间的成像，可分析任意两个荧光数值之间有多少个像素点，多少面积（cm2）。 l 突变株筛选功能：可跟据成像结果快速筛选光合、产氢/油、抗逆（抗盐、抗旱、抗病等）等突变株。 l 微藻毒理研究功能：可同时测量96个微藻样品（对照和处理组）的光合活性，软件自动给出处理组样品相对于对照组的光合抑制百分比。 l 吸光系数测量功能：快速测量叶片的吸光系数。吸光系数测量光源： 16个红光（660 nm）和16个近红外（780 nm）LED，用于测量植物叶片或藻类样品PAR吸光系数。 | |||||||||
| 配置选择： Maxi探头（蓝光版） l 荧光测量光源： 44个蓝色LED，450 nm，测量光强度0.5 μmol m-2 s-1PAR，最大光化光强度2300 μmol m-2 s-1PAR，饱和脉冲强度5000 μmol m-2 s-1PAR l 吸光系数测量光源：16个红光（660 nm）和16个近红外（780 nm）LED，用于测量样品PAR吸光系数。 l 光强异质性：测量区域光强异质性小于±7％。 l 测量参数：Ft、Fo、Fm、Fv/Fm、F、Fm’、Y(II)、Y(NO)、Y(NPQ)、NPQ、qN、qP、qL、ETR、Abs.、NIR、Red等。
Maxi探头（红光版） l 荧光测量光源： 44个红色LED，650 nm，测量光强度0.5 μmol m-2 s-1PAR，最大光化光强度1900 μmol m-2 s-1PAR，饱和脉冲强度3700 μmol m-2 s-1PAR l 吸光系数测量光源：16个红光（660 nm）和16个近红外（780 nm）LED，用于测量样品吸光系数。 l 光强异质性：测量区域光强异质性小于±7％。 l 测量参数：Ft、Fo、Fm、Fv/Fm、F、Fm’、Y(II)、Y(NO)、Y(NPQ)、NPQ、qN、qP、qL、ETR、Abs.、NIR、Red等。 | |||||||||
应用案例： 1. 荧光成像模块应用 MAXI-IMAGING-PAM成像模块特别适合对幼苗、愈伤组织、微藻等进行突变株的快速筛选，适合于与光合突变株、抗逆（抗旱、抗盐、抗病等）突变株、产油/氢突变株等的快速筛选。国外利用MAXI-IMAGING-PAM筛选突变株的典型客户如拜耳、BASF、孟山都、先正达等大型跨国农业巨头，以及各大农业育种、植物分子生物学等科研单位，例如澳大利亚植物功能基因组中心（阿德雷德大学）、德国尤里希表型植物表型研究中心（Julich Plant Phenotyping Centre）等等。 国内约一半的MAXI-IMAGING-PAM客户在进行突变株快速筛选工作，主要分布于中国科学院、中国农科院和各大高校。 | |||||||||
突变株筛选实例一：国内某客户筛选的拟南芥突变株 | |||||||||
突变株筛选实例二：产油突变株的筛选。Ajjawi et al, 2010, Plant Physiol., 152: 529-540. | |||||||||
突变株筛选实例三：光合突变株的筛选。Armbruster et al., 2010, Plant Cell, 22: 3439-3460. | |||||||||
| 调制叶绿素荧光成像实例 | |||||||||
叶片成像异质性 | 水果的成像 | ||||||||
1）葡萄叶片 | 1）草莓的成像 | ||||||||
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2）荷花叶片 | 2）猕猴桃的成像 | ||||||||
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突变株筛选 | 植物病理研究 | ||||||||
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| RGB成像应用案例 | |||||||||
拟南芥的连续成像分析与图像处理（Nan An et al., Computers and Electronics in Agriculture，2017） | |||||||||
高通量PhenoCenter系统特别适合于研究植物的形态学指标和在生长过程中这些指标随时间的动力学变化。 | |||||||||
利用系统的RGB模块研究的拟南芥植株面积随时间的动力学变化。 | |||||||||
利用系统的核心成像平台，分析对照和突变体叶片面积的差异（Shao et al. BMC Plant Biology ,2017） | |||||||||
通过PhenoCenter系统可以获得大量的植物表型参数，利用这些表型参数绘制的雷达图，可作为反映植株形态的“指纹图谱”。根据这种“指纹图谱”可以对植株根据表型进行分类，特别适合于数量性状基因座（QTL）研究。下面两个图根据拟南芥的表型雷达图进行的植物分类，对于其它大型的农作物用Scanalyzer 3D系统测量后，也可以获得类似的结果。 | |||||||||
可见光应用实例一：拟南芥表型参数的静态雷达图（“指纹图谱”） | |||||||||
| 利用5种参数做的雷达图，分类结果用颜色显示。数据为拟南芥生长到第13天时的结果。 | |||||||||
可见光应用实例二： 拟南芥表型参数的动态雷达图（“指纹图谱”） | |||||||||
| 利用5种参数做的雷达图，但增加了时间序列的数据。分类结果用颜色显示。数据为拟南芥生长到第0、4、8、13天时的结果。 | |||||||||
| 利用多种成像模块包括激光3D在内的成像模块，除了获取植物的2D信息，可以进一步更准确的获取植物的3D表型信息，如下图。 | |||||||||
对拟南芥的3D表型信息提取与分析（Nan An et al., Computers and Electronics in Agriculture，2017） | |||||||||
