全自动高通量植物3D成像系统——Scanalyzer 3D
日期:2017-04-01 16:18:21

 全自动、高通量对大量植株进行3D成像,从幼苗到成株即可

植物表型和生理研究的强大助手

遗传育种、突变株筛选、表型筛选的强大工具

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小型版

只能自动传送10盆植物,需手动更换花盆

大型定制版(温室版)

可自动传送1200盆植物的系统

 

        全自动高通量植物3D成像系统——Scanalyzer 3D是一套可以全自动、高通量对大量植株(从幼苗到成熟植株即可)进行成像的系统,可以选择配置可见光(VIS)成像、近红外(NIR)成像、红外(IR)成像、PSII荧光成像、高光谱成像和根系近红外成像中的一种或多种,每个成像模块包括顶部和侧面两个摄像头,结合样品旋转装置,就可以对植株进行3D形态学分析。如果做小植株(15 cm以下),也可选配激光扫描3D成像。每一种成像模块都有单独的成像区域(“暗房”),依次进行成像分析。

 

  • 3D成像

        可选VIS、NIR、IR、根系NIR成像、PSII荧光成像、高光谱成像中的一种或多种,每种成像有独立的摄像区域(“暗房”),每个“暗房”的顶部和侧面各安装一个摄像头(拍摄顶部和侧面成像)。花盆底座有旋转装置,可以360度旋转,这样可以获得植株4个侧面的成像信息。结合顶部成像,可以获得完整的植株3D成像信息。

        针对15 cm以下的小植株,可以选择配置激光扫描3D成像,获得详细的三维形态学信息。 

  • 自动传送

        系统带自动传送装置,所有花盆上都有电子标签,所有拍摄数据根据电子标签归档。可选传送10、105、300、456、1200盘或更多盆的传送装置,花盆和植株的重量可以为5 kg或10 kg,更重需要定制。 

  • 自动浇水和称重装置

        在温室系统中,可增加自动浇水和称重装置,软件控制对不同编号的花盆采用不同的浇水量,并每日对花盆进行称重。 

  • 自动加营养盐装置

        在温室系统中,与自动浇水装置结合,可以在浇水的同时补充营养盐。 

  • 自动喷淋装置

        在温室系统中,根据电子标签由软件控制是否喷洒农药,可用于检测农作物对农药的抗性或敏感性。 

  • 自动分选

        在温室系统中,只要在传送装置上增加多级T-Junction(丁字路口),就可根据成像结果对大批量的植株进行分选,分选用的阈值参数可以由用户设定,分选级数取决于T-Junction的数目。 

  • 服务器存储

        由于数据量非常大,本系统必须用服务器存储数据。 

  • 软件分析

        软件分析功能非常强大,可以通过植株的编号(电子标签)调出整个生活史的数据,进行时间动力学分析,对拍摄的照片进行动画演示,对同一植株的时间动力学数据进行图表统计分析,对不同植株的数据进行复杂的统计学分析和图表分析。 

  • 远程管理

        通过专用远程服务器管理软件,可以在异地对本系统的运转状况进行监测、改变测量程序或分析测量数据。



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LemnaTec 3D系统视频

  

要功能

全自动、高通量对植物等小型样品进行可见光成像、近红外成像、根系近红外成像、高光谱成像、红外成像、荧光成像(包括整株GFP成像)和/或激光扫描3D成像(每套系统可选择一种或多种)

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

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

通过根系近红外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情况

通过红外成像可以进行植物干旱胁迫研究、蒸腾研究等

通过荧光成像可以分析植物的生理状态

通过高光谱成像可以测量一些特定的物质的量和归化指数

 

应用领域

植物生理学、农业科学、植物病理学、遗传育种、突变株筛选、植物形态建模、种子生理学、种子病理学、植物胁迫生理学、植物水力学等研究领域。

 

 

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可以自动传送10盆植物的小型系统T-Junction分选
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自动灌溉装置侧面、侧面旋转90度和顶部成像

  

应用实例

植物颜色分类

        植物的颜色是反映植物健康状态的关键指标之一,而人肉眼对颜色的敏感度较低,存在较大的视觉误差。利用Scanalyzer系统可以在拍摄植物可见光照片的基础上,通过软件对获得的颜色信息进行锐化处理,从而使原本肉眼不易区分的颜色差别,显著的区分开来。

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植物骨架/结构分析

        植物骨架和架构信息,是非常典型的植物表观信息,是农业信息学的重要研究内容。对于杂交育种而言,Scanalyzer系统有助于快速进行表型筛选,也可用于了解整个生活史以及受到胁迫后的骨架/结构变化。

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植物形态学分析

        成像后,通过LemnaTec公司专业的软件工程师团队开发的软件,可以对植物进行详细的三维形态学分析。对于所拍摄的每一张图片,都可获得多个形态学参数。

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估算生物量

        通过顶部成像和多个侧面成像,可以获得植物X、Y、Z三个轴的信息,根据各个方向的叶面积、茎长、茎宽、叶长、颜色等来估算植物的生物量。实验证明这种估算的生物量与实际生物量有非常好的线性关系。

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利用近红外(NIR)成像分析植株和土壤的水分利用情况

        近红外成像可以直观的反映植物不同部位的含水量,通过软件处理加上代表不同含水量的颜色后,可以非常直观的看出不同处理下植株不同部位的含水量变化。如果植物是生长在专用土柱中,还可以对植物根系和土壤的含水量变化进行定量分析。

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注:LemnaTec公司设计的土柱筒,是透明聚丙烯塑料材质,内装自然土壤,高50 cm,直径5、8或10 cm,装土1.5  3.0  5.0 kg,底部有排水孔。培养时土柱外部套上不透明PVC管遮荫,放置苔藓和土壤藻类滋生,测量时将遮光管取下即可。


利用近红外(NIR)成像分析NIR成像分析小麦干燥过程中含水量的变化

        本例是小麦在高温处理下,植株含水量的时间动力学变化可以通过NIR成像直观的反映处来,并进行定量分析。

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利用红外(IR)成像检测植物温度差异

        红外成像,也叫热成像,用于检测植株的温度变化。由于植株温度与植物的蒸腾作用和含水量密切相关,因此红外成像常用于干旱胁迫研究、群体蒸腾等领域。

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利用红外成像反映小麦气孔的关闭

        照光时气孔开放,叶片进行蒸腾作用。关光4 min后就检测到叶片温度的显著上升,说明气孔开始关闭。Scanalyzer 3D系统可以非常灵敏的检测气孔状态。

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静态根密度分析

        Scanalyzer 3D系统可以拍摄生长在土柱中的植物根系可见光照片,软件自动分析土柱表层的根系。由于土柱的运输车下自带程序控制的旋转台,就可以通过软件控制自动顺序旋转90度角来完成4个不同侧面的成像,获得更完善的根系信息。

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根系动态生长分析

        Scanalyzer 3D系统可以全自动、高通量的拍摄植物根系照片,结合电子标签,就可以对特定编号的植物根系数据进行时间动力学分析。从下图中的结果可以看出,从第35-100天,根生长最快,从表层有大量的根往下生长,从第35-60天,浇水过量,导致底部很多根死亡。

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鉴定非转基因植物

        喷洒农药后,没有转入抗农药基因的植物,可以通过颜色鉴定出来。

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植物个体和群体的形态学应用举例

        Scanalyzer 3D成像系统可以获得大量的形态学参数,并且针对不同的材料,可以获得有针对性的参数。下面是几个例子:

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物开花过程的动态监测

        由于绝大多数植物的花的颜色与茎叶不同,利用Scanalyzer 3D成像系统的高通量、全自动、带电子标签的特性,就可以自动监测植物是否开花、开花时间、花朵数目、花朵发育阶段、花败时间等信息。

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产地:德国

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