模块式植物成像分析

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、功能最全面、性价比最高的植物表型与生理生态观测分析系统。左图：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；右图：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：1) 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2) 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3) 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-F4) 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5) 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6) 配置灵活、使用方便，可选配不同单元组合7) 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8) 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：1 红外热成像单元：1.1 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1.2 分辨率：640x512像素1.3 光谱范围：7.5～13.5μm1.4 温度测量范围：-25～150°C1.5 灵敏度：≤0.03℃（30mK）@ 30℃1.6 帧频：9Hz或30Hz，最大60Hz1.7 数据传输：USB-3或千兆以太网1.8 19mm光学镜头，视野32℃x26℃，可选配13mm镜头或35mm镜头1.9 具备视频模式和快照模式1.10 具备14种调色板供任意选择，可多样化设置热成像假彩色1.11 具备差值功能，可内查图像形成平滑影像以避免像素化1.12 可通过软件设置大气温度、湿度、距离等参数1.13 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1.14 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1.15 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1.16 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1.17 所有ROI工具的温度值均可显示在时距图中1.18 防护级：IP651.19 工作温度：-15°C～+50°C 1.20 支持GPS信息，可将位置信息显示在谷歌地图上2 植物多光谱荧光成像2.1 成像面积20x20cm2.2 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2.3 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2.4 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2.5 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2.6 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2.7 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2.8 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2.9 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2.10 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2.11 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）1) Monica Pineda etc. Detection of Bacterial Infection in Melon Plants by Classification Methods Based on Imaging Data. Frontiers in Plant Science2) Monica Pineda et. Use of multicolour fluorescence imaging for diagnosis of bacterial and fungal infection on zucchini by implementing machine learning. Functional Plant Biology, 20173) 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 4)Maria Luisa Perez-Bueno etc. Spatial and temporal dynamics of primary and secondary metabolism in Phaseolus vulgaris challenged by Pseudomonas syringae. Physiologia Plantarum, 2015

FluorCam-WIC模块式植物表型成像分析系统是一款高度灵活、应用广泛的植物生理生态研究仪器，系统采用模块化结构，由LED光源板、CCD成像传感器、支架、控制单元及FluorCam成像分析软件等组成，具备PAM叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像及GFP荧光蛋白成像等功能，广泛应用于植物光合生理生态、植物逆境胁迫生理与易感性、气孔功能、植物抗性、作物育种等研究。 应用领域:1.植物光合特性和光合电子传递功能研究2.生物和非生物胁迫的检测3.植物抗胁迫能力或者易感性研究4.气孔非均一性研究5.代谢混乱研究6.长势与产量评估 功能特点:1.模块化，配置灵活，可自由安装更换成像模块与光源板、自由调整光源角度和高度、自由调整CCD镜头高度，方便被测植物的处理、操作等2.成像面积达20×20cm，可对各种植物/藻类样品、整株植物甚至多株植物（如拟南芥等小型植物）进行实验成像分析3.可进行自动重复成像测量，可设置一个实验程序（Protocols）自动循环成像测量，成像测量数据自动按时间日期存入计算机（带时间戳）4.可同时具备PAM叶绿素荧光成像、UV-MCF多光谱荧光成像及GFP荧光蛋白成像等功能，测量分析参数达50多个5.可选配WIC植物冠层红外热成像分析单元，用于气孔导度、干旱胁迫研究分析6.可选配TetraCam RGB可见光成像分析单元，最大成像面积20×25cm，用于叶片或植物形态测量分析技术参数：1.成像面积：20 × 20cm，可对植物叶片、果实、麦穗、花朵、藻类、苔藓、地衣、整株植物或多株植物、96孔板、384孔板等进行成像分析2.PAM叶绿素荧光成像测量参数：Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm', Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qL, QY, QY_Ln, Rfd, ETR等50多个叶绿素荧光参数，每个参数均可显示2维荧光彩色图像3.紫外光激发多光谱荧光参数（选配）： F440、F520、F690、F740、F440/F520、F440/F690、F440/F740、F520/F690、F520/F740、F690/F740等参数及二维荧光彩色图像。4.GFP荧光蛋白成像参数（选配）：GFP荧光强度Ft及二维荧光彩色图像 5.具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑a) Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等b) Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数c) 荧光淬灭分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦII，NPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数d) 光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等荧光参数e) PAR吸收率与NDVI成像（选配）f) Multi-color多光谱荧光成像（选配）g) GFP荧光蛋白成像测量（选配）6.高分辨率TOMI-2 CCD传感器a) 逐行扫描CCDb) 最高图像分辨率：1360×1024像素c) 时间分辨率：在最高图像分辨率下可达每秒20帧d) A/D 转换分辨率：16位（65536灰度色阶）e) 像元尺寸：6.45µ m×6.45µ mf) 运行模式：1）动态视频模式，用于叶绿素荧光参数测量；2）快照模式，用于GFP等荧光蛋白和荧光染料测量g) 通讯模式：千兆以太网7.光源板：4块大型高强度封装LED光源板，光源板有效面积20×20cm8.测量光：标配617nm红光，其它波段可选，持续时间10µ s–100µ s可调9.双色光化光：标配为2红光（617nm）+2白光，可选配2红光（617nm）+2蓝光（470nm或445nm）或其它波长光源组合， Actinic1最大光强300 µ mol(photons)/m² .s，Actinic2最大光强2000µ mol(photons)/m² .s；最大光化学光可升级至3000µ mol(photons)/m² .s10.饱和光闪：最大光强4000 µ mol(photons)/m² .s，可升级至6000 µ mol(photons)/m² .s11.PAR吸收率测量模块（选配）：远红光735nm（FAR）、650nm双色LEDs光源板与7位滤波轮及专用滤波片，用于测量PAR吸收及NDVI12.紫外光激发多光谱荧光测量模块（选配）：UV紫外光源板与7位滤波轮及4组专用滤波片，用于测量UV-MCF多光谱荧光13.GFP测量模块（选配）：蓝色光化光源与7位滤波轮及专用滤波片，用于测量GFP（绿色荧光蛋白）14.WIC植物冠层红外热成像分析单元（选配）：利用红外热成像技术，测量植物冠层与叶片温度，成像分辨率640×512像素15.TetraCam RGB可见光成像分析单元（选配）：最大成像面积20×25cm，用于叶片或植物形态测量分析16.蓝色LED光源板（选配）：470nm，测量EGFP（增强型绿色荧光蛋白）17.绿色LED光源板（选配）：530nm，测量YFP（黄色荧光蛋白）18.其他可选配光源板：品蓝（447 nm），青色（505 nm），红色（627 nm），深红（655 nm），琥珀色（590 nm），远红（740nm）等*测量其他荧光蛋白或荧光染料需配备7位滤波轮及相应滤波片，可参考下图 19.FluorCam叶绿素荧光成像分析软件功能：具Live（实况测试）、Protocols（实验程序选择定制）、Pre–processing（成像预处理）、Result（成像分析结果）等功能菜单20.客户定制实验程序协议（protocols）：可设定时间（如测量光持续时间、光化学光持续时间、测量时间等）、光强（如不同光质光化学光强度、饱和光闪强度、调制测量光等），具备专用实验程序语言和脚本，用户也可利用Protocol菜单中的向导程序模版自由创建新的实验程序21.自动测量分析功能：可设置一个实验程序（Protocol）自动无人值守循环成像测量，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（带时间戳）22.快照（snapshot）模式：通过快照成像模式，可以自由调节光强、快门时间及灵敏度得到清晰突出的植物样本稳态荧光和瞬时荧光图片23.成像预处理：程序软件可自动识别多个植物样品或多个区域，也可手动选择区域（Region of interest，ROI）。手动选区的形状可以是方形、圆形、任意多边形或扇形。软件可自动测量分析每个样品和选定区域的荧光动力学曲线及相应参数，样品或区域数量不受限制（1000）24.数据分析模式：具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算”模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差 25.输出结果：高时间解析度荧光动态图、荧光动态变化视频、荧光参数Excel文件、直方图、不同参数成像图、不同ROI的荧光参数列表等26.给光制度：静态或动态27.CCD检测范围：400–1000nm 28.Bios：固件可升级29.通讯方式：千兆以太网30.供电电压：90–240V 应用案例： 西班牙高等科学委员会的科学家使用加配紫外光激发多光谱荧光测量模块和植物冠层红外热成像分析单元的FluorCam系统，研究温室效应（温度与大气CO2浓度同步升高）对油菜生长状况与健康程度的影响（Pineda，2022）。产地：欧洲

来因科技植物活体成像系统 植物活体成像分析仪PLIS-68PLIS系列多功能植物活体成像系统搭载了超高灵敏度深冷背照式相机大光圈镜、RGB激光光源、IR激光光源、温控平台、全自动滤光轮，用于生物发光检测；植物活体荧光素酶检测；荧光检测；化学发光检测等满足客户多种实验需求的一套高性能植物活体成像分析系统。激光光源：相对LED 和卤素光而言，激光有更稳定的光谱以及更小的光衰，光源更纯净，无边缘效益， 在光斑处光都处于均匀的能量，使其成为最佳的荧光成像光源。背照式高灵敏度深冷相机：PLIS植物活体成像仪采用了660万高分辨深冷背照式相机其QE在峰值最高高达95%,制冷温度 达到-95℃, 配合F0.95大光圈镜头，同时具备的了出色的信噪比和灵敏度。专用滤镜：深度定制激光专用滤镜，双层镀膜，截止深度更是高达OD6, 杂散光通过率非常低，背景干净。植物活体成像应用：相对普通LED 的可见荧光，激光尤其红外激光因穿透力较强，背景低，激发效率高的特性，可以更好的拍摄活物体内的细胞活动和基因表达，有效地研究观测感染性疾病发生发展过程、植物转基因鉴定，植物突变体筛选，病毒侵染等。产品参数型号PLIS-68PLIS-95分辨率1200万像素(背照式相机)660万像素(背照式相机)制冷温度-68℃-95℃像素尺寸4.63um×4.63um11um×11um感光效率HighQE:95%像数密度16bit(0-65535)曝光时间1ms-60min像素合并1×1、2×2、4×4…8×8动态范围≥4.8个数量级电动镜头F=0.95/35MM自动聚焦镜头，可选配F0.8镜头RGB光源标配650nm、532nm、473nm(红绿蓝)激光器IR光源标配红外680nm、780nm激光器紫外反射254nm白光光源LED冷光滤光镜轮7位滤光轮滤光镜片标配535nm,570nm、605nm、699nm、720nm、820nm拍摄面积最大拍摄面积32×26cm×10cm(L×W×H),侧位相机选配光照模块选配旋转样品台选配输入气孔预留定时关闭1～60分钟