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Field-based Phenotyping 大田高通量作物表型成像分析技术方案
点击次数：15 发布日期：2019-8-21
来源：本站 仅供参考，谢绝转载，否则责任自负
本专辑主要介绍大田（野外）作物高通量、无损伤表型组学研究技术方案，以满足野外大田作物不同实验研究、不同预算条件下作物遗传育种（如抗性筛选等）、表型分析与表型大数据建设、生理生态研究（如胁迫生理等）、种质资源?；び肫分旨觳饧?、病害预测预报等需求。 手持式、便携式仪器无疑是野外大田作物表型分析性价比高、使用灵活方便的设备，如手持式FluorPen叶绿素荧光仪、手持式SpectraPen/PolyPen高光谱仪、IQ智能手持式高光谱成像仪、FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪、Thermo-RGB冠层温度与彩色成像融合分析技术等，多种仪器可以进行各种各样组合成技术方案进行配合使用，不仅可以在叶片水平上，而且可以在植物冠层水平上（如IQ智能手持式高光谱成像仪）进行大田作物/植物无损伤表型测量分析与生理生态研究。 野外大田高通量作物表型成像分析技术方案主要有以下技术及方案：
PhenoDATA 表型分析传感器技术
1、 Thermo-RGB可见光与红外热成像融合分析技术：用于成像分析作物冠层形态结构及温度动态、阴影效应等，包括覆盖度、阳光照射叶片（SL）占比、阴影叶片（ShL）占比、土壤（Soil）占比及相应温度信息（最高温度、最低温度、平均温度、温度频率直方图等），还可以分析测量叶片颜色和形态如长、宽、面积、长宽比等等?？缮段猅hermo-NDVI红外热成像与多光谱成像融合分析。
2、 SpectraScan高光谱成像分析技术：包括400-1000nm、600-1640nm、900-1700nm、1000-2500nm、400-2500nm及MWIR中波段红外高光谱、LWIR长波段红外高光谱等高端高光谱成像技术，及不同算法数据分析处理技术方案，全方位、大数据、高灵敏度、非损伤分析作物生理生化及形态结构功能表型数据，如基于植物光谱反射指数的决策树、冠层光谱特征与区分技术、SAM/SID快速检测技术等等。
3、 SIF（阳光诱导叶绿素荧光）高光谱成像技术：由Specim公司与德国Juelich研究中心为欧洲太空局（ESA）地球探测项目（FLEX）研制的Hyplant传感器（AisaIBIS），是世界上第一款商业化高光谱叶绿素荧光成像仪，采用夫琅和费线深度法，可以检测太阳辐射诱导叶绿素荧光（Sun-induced Fluorescence），用于陆空双基植物叶绿素荧光高光谱成像测量分析，可得到NDVI、EVI、F760（植物叶绿素荧光）等参数。
4、 FluorCam叶绿素荧光成像技术： 作物产量的提高需要同步化综合评估作物形态性状和生理性状，高通量定量化作物生理状态测量分析技术尤为重要，而叶绿素荧光成像技术是监测作物生理性状表型的最适合的技术 （德国植物遗传与作物研究所IPK Henning Tschiersch教授等，2018）。作为作物生理性状表型（光合生理生态、光合效率、适合度、胁迫与抗性检测分析等）最灵敏的 探针 ，国际上几乎所有的知名表型研究机构都配备有FluorCam叶绿素荧光成像设备。由下面RGB成像（测量指标为叶面积area）、FluorCam叶绿素荧光成像（测量指标为荧光衰减指数Rfd）及高光谱成像（测量指标为植被归一化指数NDVI）结果可以看出，Rfd指数最为灵敏，在胁迫施加2小时后即可检测出，RGB成像最不灵敏 20小时后才检测出胁迫影响。
5、 PhenoCOSM 表型实验模拟技术：基于SoilTron 小型蒸渗仪技术，在野外离体土壤柱体（与大田土壤隔离）或原位miniPlot植物培养情况下，模拟自然条件并利用综合传感器技术在线监测环境因子如土壤水分、土壤温度、营养盐、空气温湿度、太阳辐射，及植物性状如茎干生长、果实生长、光合作用、茎流、NDVI/PRI、叶绿素荧光、根系生长等。
6、 其它技术：包括激光扫描技术及NIR红外成像技术等，前者用于作物形态结构测量和3D点云建模，后者波段范围900-1700nm，用于作物水分分布分析。 PlantScreen-R移动式植物表型成像分析技术
PlantScreen-R移动式植物表型分析系统（PlantScreen rover system）为知名大型移动式叶绿素荧光成像系统（Rover FluorCam）的升级版，4个轮子带驱动，以便于大田移动，适于温室及野外大田作物原位表型成像分析测量，具备PlantScreen几乎所有成像分析功能及表型大数据数据库等。标配为RGB成像分析、FluorCam（35x35cm）叶绿素荧光成像分析，可选配高光谱成像、红外热成像、3D激光扫描等功能?？?，成像高度可调（标配最高植株高度可达1m），是田间作物高通量表型分析、植物生理生态研究的重要仪器设备，可直接对野外植物或田间栽培作物进行原位成像测量分析，还可与SoilTron多功能小型蒸渗仪配合使用，直接对SoilTron培养植物进行成像分析。
PlantScreen野外高通量植物表型分析技术
建立对野外生长植物迅速、准确、高通量非损伤多性状表型分析能力，是21世纪作物遗传育种面临的最大挑战（Andrade-Sanchez et al.2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010）。野外高通量植物表型分析平台对遗传学、生物技术、作物育种，及作物对气候变化、土壤、耕作管理的响应研究监测等，特别是现代农业、智慧农业都具有无比重要的意义。
PlantScreen野外高通量植物表型分析平台集成了自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物高光谱分析、RGB彩色成像分析及互联网＋表型大数据平台等现代先进技术，以最优化的方式实现野外植物原位高通量表型分析测量、植物胁迫响应与作物抗性成像分析测量筛选、植物生长分析测量、性状识别及植物生理生态分析研究等。作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于全球的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析等成像分析平台使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的最为先进的仪器设备。
PhenoPlot 轻便型作物/植物表型成像分析技术
PhenoPlot 轻便型植物表型成像分析系统由轻便型可移动式表型扫描成像台架、成像单元及分析软件构成，采用STP（sensor-to-plant）技术，成像单元可沿台架横轴左右自动定位成像(样带式)，高度可调。标准配置包括Thermo-RGB成像分析、高光谱成像分析，可选配Thermo-NDVI成像分析、FluorCam叶绿素荧光成像单元或SIF太阳光诱导叶绿素荧光高光谱成像单元、PhenoCOSM生理生态实验模拟监测系统等。
PhenoCOSM集装箱式植物培养与表型观测技术
集装箱式植物培养与表型观测系统是在PSI集装箱式生长舱（Growth Capsule）的基础上，加配各种植物表型性状传感器组成的植物培养与表型观测系统，可同时满足植物培养与表型性状的监测，包括PAM脉冲调制叶绿素荧光参数监测（反应植物生理性状）与OJIP快速荧光动力学监测，植物茎流、茎干生长、果实生长、光合作用、冠层温度、NDVI/PRI（冠层光谱监测）等形态与生理性状监测，及环境因子包括空气温湿度、光源、CO2、土壤水分调控监测。整套系统采用集装箱式设计，由一个独立的单元或两个单元组成，方便移动运输,该系统意味着可以在任何地点、任何环境条件下进行全天候生态环境模拟植物培养与表型性状观测，无需另建温室等，是植物培养与表型观测的 房车 。
PhenoUAS无人机遥感植物表型分析技术
PhenoUAS由易科泰自行研制的4旋翼或8旋翼专业遥感无人机平台，搭载RGB成像、红外热成像、多光谱成像及高光谱成像单元组成的空基作物表型成像分析平台，可与地面FluorPen叶绿素荧光仪、SpectraPen或叶夹式PolyPen高光谱仪、IQ高光谱成像仪、LCi-T便携式光合仪等组合使用，从叶片水平到冠层水平，全面、高通量、无损伤观测分析植物表型。作为世界知名高光谱成像生产厂商Specim在中国的高光谱无人机应用创新服务中心，易科泰生态技术公司及西安光谱成像与无人机遥感研究中心可以提供无人机遥感植物表型分析全面解决方案。
技术方案详细内容请点击：
http://www.bio-equip.com/imgatl/2019/2019082139503720.pdf
本专辑主要介绍大田（野外）作物高通量、无损伤表型组学研究技术方案，以满足野外大田作物不同实验研究、不同预算条件下作物遗传育种（如抗性筛选等）、表型分析与表型大数据建设、生理生态研究（如胁迫生理等）、种质资源?；び肫分旨觳饧?、病害预测预报等需求。 手持式、便携式仪器无疑是野外大田作物表型分析性价比高、使用灵活方便的设备，如手持式FluorPen叶绿素荧光仪、手持式SpectraPen/PolyPen高光谱仪、IQ智能手持式高光谱成像仪、FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪、Thermo-RGB冠层温度与彩色成像融合分析技术等，多种仪器可以进行各种各样组合成技术方案进行配合使用，不仅可以在叶片水平上，而且可以在植物冠层水平上（如IQ智能手持式高光谱成像仪）进行大田作物/植物无损伤表型测量分析与生理生态研究。 野外大田高通量作物表型成像分析技术方案主要有以下技术及方案：
PhenoDATA 表型分析传感器技术
1、 Thermo-RGB可见光与红外热成像融合分析技术：用于成像分析作物冠层形态结构及温度动态、阴影效应等，包括覆盖度、阳光照射叶片（SL）占比、阴影叶片（ShL）占比、土壤（Soil）占比及相应温度信息（最高温度、最低温度、平均温度、温度频率直方图等），还可以分析测量叶片颜色和形态如长、宽、面积、长宽比等等?？缮段猅hermo-NDVI红外热成像与多光谱成像融合分析。
2、 SpectraScan高光谱成像分析技术：包括400-1000nm、600-1640nm、900-1700nm、1000-2500nm、400-2500nm及MWIR中波段红外高光谱、LWIR长波段红外高光谱等高端高光谱成像技术，及不同算法数据分析处理技术方案，全方位、大数据、高灵敏度、非损伤分析作物生理生化及形态结构功能表型数据，如基于植物光谱反射指数的决策树、冠层光谱特征与区分技术、SAM/SID快速检测技术等等。
3、 SIF（阳光诱导叶绿素荧光）高光谱成像技术：由Specim公司与德国Juelich研究中心为欧洲太空局（ESA）地球探测项目（FLEX）研制的Hyplant传感器（AisaIBIS），是世界上第一款商业化高光谱叶绿素荧光成像仪，采用夫琅和费线深度法，可以检测太阳辐射诱导叶绿素荧光（Sun-induced Fluorescence），用于陆空双基植物叶绿素荧光高光谱成像测量分析，可得到NDVI、EVI、F760（植物叶绿素荧光）等参数。
4、 FluorCam叶绿素荧光成像技术： 作物产量的提高需要同步化综合评估作物形态性状和生理性状，高通量定量化作物生理状态测量分析技术尤为重要，而叶绿素荧光成像技术是监测作物生理性状表型的最适合的技术 （德国植物遗传与作物研究所IPK Henning Tschiersch教授等，2018）。作为作物生理性状表型（光合生理生态、光合效率、适合度、胁迫与抗性检测分析等）最灵敏的 探针 ，国际上几乎所有的知名表型研究机构都配备有FluorCam叶绿素荧光成像设备。由下面RGB成像（测量指标为叶面积area）、FluorCam叶绿素荧光成像（测量指标为荧光衰减指数Rfd）及高光谱成像（测量指标为植被归一化指数NDVI）结果可以看出，Rfd指数最为灵敏，在胁迫施加2小时后即可检测出，RGB成像最不灵敏 20小时后才检测出胁迫影响。
5、 PhenoCOSM 表型实验模拟技术：基于SoilTron 小型蒸渗仪技术，在野外离体土壤柱体（与大田土壤隔离）或原位miniPlot植物培养情况下，模拟自然条件并利用综合传感器技术在线监测环境因子如土壤水分、土壤温度、营养盐、空气温湿度、太阳辐射，及植物性状如茎干生长、果实生长、光合作用、茎流、NDVI/PRI、叶绿素荧光、根系生长等。
6、 其它技术：包括激光扫描技术及NIR红外成像技术等，前者用于作物形态结构测量和3D点云建模，后者波段范围900-1700nm，用于作物水分分布分析。 PlantScreen-R移动式植物表型成像分析技术
PlantScreen-R移动式植物表型分析系统（PlantScreen rover system）为知名大型移动式叶绿素荧光成像系统（Rover FluorCam）的升级版，4个轮子带驱动，以便于大田移动，适于温室及野外大田作物原位表型成像分析测量，具备PlantScreen几乎所有成像分析功能及表型大数据数据库等。标配为RGB成像分析、FluorCam（35x35cm）叶绿素荧光成像分析，可选配高光谱成像、红外热成像、3D激光扫描等功能?？?，成像高度可调（标配最高植株高度可达1m），是田间作物高通量表型分析、植物生理生态研究的重要仪器设备，可直接对野外植物或田间栽培作物进行原位成像测量分析，还可与SoilTron多功能小型蒸渗仪配合使用，直接对SoilTron培养植物进行成像分析。
PlantScreen野外高通量植物表型分析技术
建立对野外生长植物迅速、准确、高通量非损伤多性状表型分析能力，是21世纪作物遗传育种面临的最大挑战（Andrade-Sanchez et al.2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010）。野外高通量植物表型分析平台对遗传学、生物技术、作物育种，及作物对气候变化、土壤、耕作管理的响应研究监测等，特别是现代农业、智慧农业都具有无比重要的意义。
PlantScreen野外高通量植物表型分析平台集成了自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物高光谱分析、RGB彩色成像分析及互联网＋表型大数据平台等现代先进技术，以最优化的方式实现野外植物原位高通量表型分析测量、植物胁迫响应与作物抗性成像分析测量筛选、植物生长分析测量、性状识别及植物生理生态分析研究等。作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于全球的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析等成像分析平台使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的最为先进的仪器设备。
PhenoPlot 轻便型作物/植物表型成像分析技术
PhenoPlot 轻便型植物表型成像分析系统由轻便型可移动式表型扫描成像台架、成像单元及分析软件构成，采用STP（sensor-to-plant）技术，成像单元可沿台架横轴左右自动定位成像(样带式)，高度可调。标准配置包括Thermo-RGB成像分析、高光谱成像分析，可选配Thermo-NDVI成像分析、FluorCam叶绿素荧光成像单元或SIF太阳光诱导叶绿素荧光高光谱成像单元、PhenoCOSM生理生态实验模拟监测系统等。
PhenoCOSM集装箱式植物培养与表型观测技术
集装箱式植物培养与表型观测系统是在PSI集装箱式生长舱（Growth Capsule）的基础上，加配各种植物表型性状传感器组成的植物培养与表型观测系统，可同时满足植物培养与表型性状的监测，包括PAM脉冲调制叶绿素荧光参数监测（反应植物生理性状）与OJIP快速荧光动力学监测，植物茎流、茎干生长、果实生长、光合作用、冠层温度、NDVI/PRI（冠层光谱监测）等形态与生理性状监测，及环境因子包括空气温湿度、光源、CO2、土壤水分调控监测。整套系统采用集装箱式设计，由一个独立的单元或两个单元组成，方便移动运输,该系统意味着可以在任何地点、任何环境条件下进行全天候生态环境模拟植物培养与表型性状观测，无需另建温室等，是植物培养与表型观测的 房车 。
PhenoUAS无人机遥感植物表型分析技术
PhenoUAS由易科泰自行研制的4旋翼或8旋翼专业遥感无人机平台，搭载RGB成像、红外热成像、多光谱成像及高光谱成像单元组成的空基作物表型成像分析平台，可与地面FluorPen叶绿素荧光仪、SpectraPen或叶夹式PolyPen高光谱仪、IQ高光谱成像仪、LCi-T便携式光合仪等组合使用，从叶片水平到冠层水平，全面、高通量、无损伤观测分析植物表型。作为世界知名高光谱成像生产厂商Specim在中国的高光谱无人机应用创新服务中心，易科泰生态技术公司及西安光谱成像与无人机遥感研究中心可以提供无人机遥感植物表型分析全面解决方案。
技术方案详细内容请点击：
http://www.bio-equip.com/imgatl/2019/2019082139503720.pdf
