葉綠素熒光技術在植物表型分析中的應用

WIWAM植物表型成像系統由比利時SMO公司與GHent大學VIB研究所研制生產，整合了LED植物只能培養、自動化控制系統、葉綠素熒光成像測量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、植物多光譜分析、植物CT斷層掃描分析、自動條碼識別管理、RGB真3D成像等多項*技術，以優化的方式實現大量植物樣品以優化的方式實現大量植物樣品——從擬南芥、水稻、玉米到各種其它植物的生理生態與形態結構成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應成像分析測量、植物生長分析測量、生態毒理學研究、性狀識別及植物生理生態分析研究等。

植物表型分析技術是篩選優良作物品種方法中，研究植物基因功能和環境效應的關鍵步驟，不僅適于研究外觀物理特性，還可以研究植物生長發育過程中基因型與環境因素相互作用所產生的，生理生化特性以及植物基因型與表型映射關系，已受到科研工作者的廣泛關注。

高通量植物表型分析技術通過整合傳感器、自動控制、環境調控以及數據挖掘等多種*技術，有效地解決傳統植物表型分析技術中存在的費時費力、精度低、適用性弱等問題，為闡明不同環境因子及基因型對植物生長、產量、質量、生理狀態的影響及研究植物不同表型間的關系提供了有效的幫助。其中，光學技術以其非接觸性、快速、無損傷、高靈敏度、高分辨率等優勢為高通量植物表型分析提供了技術支撐。光學成像技術主要包括RGB成像、多光譜/高光譜成像、葉綠素熒光成像和熱紅外成像等，這些技術在獲取植物的葉/冠層形態生長模型、逆境響應、養分生理、光合作用、冠層溫度等信息上具有很大的優勢。其中，葉綠素熒光技術可以通過對葉綠素熒光的探測分析PSII內的生理反應過程，如光化學反應、熱散失等，能反映實際生物學意義，該技術已應用于植物的逆境生理檢測、病蟲害檢測、光合作用機理及抗逆性生理等研究。此外，結合圖像技術，可以較好地反映植物在葉片和冠層水平的光合 生理的空間異質性。葉綠素熒光圖像信息量豐富，利用數據挖掘、機器學習等方法可進一步挖掘圖像的潛在信息。由于葉綠素熒光技術的多種優勢，在高通量植物表型分析中的應用也越來越廣。

葉綠素熒光成像系統克服了傳統熒光儀有限點測量的缺點而被逐漸廣泛應用。系統一般包括激發光源、濾波片、檢 測器、計算機和控制模塊等，可以獲得植物葉片或冠層的葉綠素熒光信號，結合數字圖像處理技術可分析熒光強度在空間的分布情況。不同的測量方案可以獲得不同的熒光誘導猝滅曲線，其中光源和光照模式的設置是方案選擇的關鍵。光源的主要類型有測量光、光化光與飽和光。測量光用于激發暗適應后小熒光，通常選擇藍光或紅光；光化光是一種近似自然光的光源，光化光的光強與自然光十分相近，研究人員通常選擇藍光或紅光使植物的光合系統產生實質上的光化學反應；飽和光的光強度超過植物光合系統的捕光能力，使葉綠素熒光強度達到高，通常選擇白光。不同光照模式可以獲取不同的光合作用信息。

植物表型成像分析系統WIWAM conveyor

    WIWAM conveyor是一款集成機器人解決方案，用于高通量可重復表型平臺，用于大型植物如玉米。該機器人可進行自動灌溉，允許定期對多種植物生長參數測量。WIWAM Conveyor代替了很多手工操作，省時省錢，精度高。該WIWAM機器人傳送帶網絡組成，可將植物傳送到1或多臺稱重澆水站以及成像柜，成像柜中安裝有一系列的非損害性照相系統。全套系統可以安裝在現有溫室，由高品質工業部件構成。典型應用是植物種植在不同各自花盆內。這些花盆在傳送帶系統上以小車運輸。花盆和小車均有*識別碼(分別QR和RFID碼)，從其固定生長區域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜，都可對每植株進行個性處理。成像平臺是封閉區域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉平臺提升裝置，可從觀察角度穩定獲得圖像，聚焦遠處感興趣部分。成像柜可以容納一系列照相系統，用于非損害性圖像獲取。

植物表型成像分析系統WIWAM conveyor特點

    稱重和灌溉站位置，植物在澆水時旋轉，以在花盆獲得水分布。灌溉精度*可達+/-1mL。澆水后，可應用容器中準備好的不同溶液。另外，灌溉可以基于對目標重量計算或固定量。這方法可以保證在整個實驗中的土壤濕度水平。通過集成光、溫度和濕度傳感器監控環境，詳細記錄實驗生長條件。 

    該系統的精明之處在于包括1個處理區，系統可以提取和檢索所需號碼的屬于特定基因組或處理的植株。系統用戶可進入操作區，可視覺觀察植物或手工操作植物，如測量特定植物性扎狀，或提取部分植物做分子或化學分析。系統另外一精明特征是可將外部植物裝載到系統中，例如生長在另外一間溫室或生長箱中的植物，可將其在稱重和灌溉站成像和/或處理。