PhenoTron PTS植物光譜成像檢測(cè)平臺(tái)應(yīng)用案例

  PhenoTron PTS）植物光譜成像檢測(cè)平臺(tái)采用PTS（Plant-To-Sensor）植物自動(dòng)傳送技術(shù)，集成了高光譜成像分析、葉綠素?zé)晒獬上穹治觥⒓t外熱成像分析等成像分析技術(shù)，樣品通過傳送平臺(tái)自動(dòng)傳送至相應(yīng)成像工作站，實(shí)現(xiàn)高通量、無損傷反射光成像、葉綠素?zé)晒獬上瘛⒍喙庾V熒光成像及紅外熱輻射成像分析等，廣泛應(yīng)用于作物表型分析、種質(zhì)資源檢測(cè)研究、遺傳育種、抗性篩選、植物生理生態(tài)研究、光生物學(xué)研究、果實(shí)蔬菜品質(zhì)檢測(cè)等。

  基本配置為高光譜成像和葉綠素?zé)晒獬上竦那闆r下，該系統(tǒng)又被稱為PhneoTron-HF。

上左圖表明葉片吸收太陽光后一部分被反射（或透射）、一部分吸收后（主要是紅藍(lán)光）進(jìn)行光合作用、少部分以葉綠素?zé)晒獾男问缴⑹А⑦€有一部分以熱的形式散失；上右圖為儀器內(nèi)部成像站

下左圖為PhenoTron PTS植物傳送至葉綠素?zé)晒獬上窈透吖庾V成像站（PhenoTron-HF）進(jìn)行成像分析；下右圖為草銨膦對(duì)擬南芥光合生理影響（葉綠素?zé)晒獬上穹治觯梢卓铺〦colab實(shí)驗(yàn)室提供）

圖為草銨膦對(duì)擬南芥光合生理影響（葉綠素?zé)晒獬上穹治觯梢卓铺〦colab實(shí)驗(yàn)室提供）

主要技術(shù)特點(diǎn)：

1. PTS（Plant-to-Sensor）技術(shù)平臺(tái)，雙軌式同步升降控制、SpectraScan©高精度移動(dòng)掃描平臺(tái)，樣品可放置在精準(zhǔn)位移平臺(tái)上自動(dòng)運(yùn)送至成像單元進(jìn)行成像分析
2. 多傳感器成像，包括葉綠素?zé)晒獬上瘛⒍喙庾V熒光成像、高光譜成像、Thermo-RGB成像等
3. 可對(duì)培養(yǎng)植株、葉片、果實(shí)、種子萌發(fā)與種苗、根系及藻類等進(jìn)行表型性狀成像檢測(cè)分析
4. 模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具備強(qiáng)大的系統(tǒng)擴(kuò)展功能，可遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)
5. 嵌入式主機(jī)，觸摸屏控制，全中文操作系統(tǒng)
6. 為植物表型、種質(zhì)資源檢測(cè)鑒定、作物生理生態(tài)、藻類及海洋植物研究檢測(cè)等提供一站式解決方案
7. 主機(jī)系統(tǒng)帶腳輪，方便移動(dòng)，適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室和溫室等工作環(huán)境

應(yīng)用案例：生菜幼苗病害快速無損檢測(cè)與抗性品種鑒定

農(nóng)作物在種子萌發(fā)生長過程中會(huì)遭遇各種病害，因此對(duì)高抗病性品種的選育非常重要。而如果能快速、無損、簡(jiǎn)便、可靠地檢測(cè)病害的發(fā)生，甚至在病害癥狀發(fā)生前就能夠?qū)⑵錂z測(cè)到，無論是對(duì)于縮短育種周期還是指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐都具有非常重要的意義。

德國萊布尼茨蔬菜和觀賞植物研究所IGZ的Sandmann研究組將剛發(fā)芽的生菜幼苗人工感染立枯絲核菌（Rhizoctonia solani），然后綜合采用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、多光譜熒光成像技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)及植物反射光譜NDVI成像，對(duì)不同成像參數(shù)進(jìn)行了分析，以確定哪些技術(shù)的哪些參數(shù)能夠更靈敏地將感染病害的植株和未感染的植株區(qū)分開，實(shí)現(xiàn)高通量非損傷在線分析測(cè)量篩選：

  結(jié)果發(fā)現(xiàn)，感染病害的植株和未感染的植株之間，最大光化學(xué)效率Fv/Fm、熒光衰減指數(shù)Rfd、NDVI、作物水脅迫指數(shù)I1、光合有效葉面積日相對(duì)生長速率A_rel、多光譜熒光F440、F520等參數(shù)都表現(xiàn)出顯著差異。通過進(jìn)一步數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析最終發(fā)現(xiàn)Fv/Fm、Rfd在本次實(shí)驗(yàn)中的識(shí)別效果好，誤差≤0.052，F(xiàn)v/Fm＞0.73的生菜幼苗即可認(rèn)為是健康的。研究人員希望通過進(jìn)一步工作，將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于園藝和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，比如優(yōu)良抗病蔬菜品種的選育、病害的早期發(fā)現(xiàn)與防治等（Sandmann M, et al. 2018. The use of features from fluorescence, thermography and NDVI imaging to detect biotic stress in lettuce. Plant Disease 102: 1101-1107）