易科泰 PhenoTron 模塊式表型成像分析技術應用于種質資源檢測

植物表型成像分析技術整合葉綠素熒光成像、RGB真彩3D成像、熱成像、高光譜成像等多種表型成像技術，對植物表型組進行綜合分析。基于這一技術設計的高通量表型成像分析平臺，通過自動傳送帶或XYZ三維移動機械臂實現自動化高通量植物樣品表型分析。

高通量表型成像分析平臺固然高效快速，但畢竟建設周期長、費用較高。因此，在很多研究中，利用同類型表型傳感器設計的實驗室儀器組成一套模塊式表型方案來進行相關研究，就成為了很多科研人員的更佳選擇。

易科泰依托農業與表型檢測技術領域的深厚積淀，創新性推出全自主、國產化PhenoTron模塊式表型成像分析技術解決方案。

本方案以FluorTron®葉綠素熒光成像與多功能高光譜成像分析技術為核心支撐，聯動多種檢測技術形成協同合力，實現對植物表型與種質資源更全面、精準、高效的綜合檢測。這一技術方案集成有葉綠素熒光成像、UV-MCF紫外激發多光譜熒光成像、高光譜成像、Thermo-RGB融合成像、種子呼吸、谷物成分分析、X-ray成像、種子發芽率成像等多種技術與相應儀器，可根據實際研究需要靈活組配。

下面我們介紹一些利用PhenoTron模塊式表型成像的相關技術在模塊式種質資源表型檢測方面的研究案例：

1. 利用模塊式表型方案研究納米粒子對豆類的影響

隨著納米技術的迅速發展，納米粒子大量釋放到環境中，而其環境釋放風險尚未明了。CuO納米粒子作為潛在的農藥/肥料載體，其對植物的生理影響亟需評估。研究人員將黃花槐的種子在不同濃度CuO納米粒子溶液浸泡后，在萌發過程中分別利用模塊式表型成像儀器進行檢測：紅外熱成像監測種子表面溫度變化；FluorCam葉綠素熒光成像系統測定 Fm'（熒光）和 NPQ（非光化學淬滅系數）；熒光光譜檢測405nm-800nm的熒光光譜曲線，其藍綠波段可反映次生代謝水平，685 nm與 735 nm發射峰比值（F685/F735），則與葉綠素含量相關。

結果表明，CuO NPs 處理種子在早期（尤其 72–96 h）表面溫度顯著升高，隨后趨于恢復，提示存在短期熱應激。NPQ在早期顯著升高，表明多余光能轉化為熱能耗散，暗示光系統 II（PSII）受到壓力；后期下降則提示CuO NPs可能開始損傷光系統的葉黃素循環機制。從熒光光譜曲線上看，低濃度處理（100–200 mg/L）的葉綠素熒光強度略有增加，而高濃度處理（300–400 mg/L）的熒光強度下降，顯示光合色素受損。F685/F735比值也有對應的變化，但差異不顯著。

2. 模塊式表型方案中最重要的成像技術：葉綠素熒光成像技術

模塊式表型方案在使用上更加靈活簡便，而在購置時也可根據具體研究需要進行選配或分批購置。那么如果是目前的經費僅能購買一套儀器，那么應該先購置什么儀器呢？

德國萊布尼茨蔬菜和觀賞植物研究所IGZ的這項研究可能會給您一些啟發。這一研究使用了多種表型成像技術檢測剛發芽的生菜幼苗，部分植株中接種了立枯絲核菌（Rhizoctonia solani），試圖確定哪些技術的哪個參數能夠更靈敏地將感染病害的植株和未感染的植株區分開，從而實現對種苗抗病性的快速評估與篩選。

研究中進行成像分析的參數與所屬技術如下：

l 葉綠素熒光成像：Fo、Fp、Ft、Fv、光化學效率Fv/Fm、熒光衰減比率Rfd、光合有效葉面積日相對生長速率A_abs和A_rel

l UV-MCF多光譜熒光成像：F440與F520（次生代謝物熒光峰值）、F690與F740（葉綠素熒光峰值）及各個參數之間的比值

l 熱成像：作物水脅迫指數I1、I2、I3、平均溫度、中值溫度、溫度范圍

l 反射光譜成像：R_NIR、R_RED、歸一化植被指數NDVI 

    值得一提的是，在本研究中，所有成像分析工作都是由一臺模塊化設計的FluorCam多光譜熒光成像系統加配熱成像單元完成的。而這些成像功能也可以由多臺臺不同專用表型成像儀器組成的模塊式方案來分別完成，比如PhenoTron模塊式表型成像分析技術方案中的FluorTron®多功能高光譜成像+ FluorTron®葉綠素熒光成像+Thermo-RGB融合成像。

測試結果發現，感染病害的植株和未感染的植株之間，光化學效率Fv/Fm、熒光衰減比率Rfd、歸一化植被指數NDVI、作物水脅迫指數I1、光合有效葉面積日相對生長速率A_rel、多光譜熒光F440、F520等參數都表現出顯著差異。通過進一步數據統計分析最終發現光化學效率Fv/Fm、熒光衰減比率Rfd在本次實驗中的識別，誤差≤0.052。Fv/Fm＞0.73的生菜幼苗即可認為是健康的。Fv/Fm甚至能夠在病害癥狀發生前即可檢測到病菌感染。

由此可見，葉綠素熒光成像技術是用于種子萌發與種苗活力檢測的技術之一。在很多研究中，只使用了葉綠素熒光成像技術來就能確定種苗的抗逆能力。比如華南農業大學通過轉基因方法使水稻過表達兩種抗逆基因CdtCIPK5和CdtCBL4，然后對轉基因水稻幼苗進行鹽脅迫、低溫脅迫和干旱脅迫處理。通過FluorCam葉綠素熒光成像系統測量的光化學效率Fv/Fm證明，CdtCIPK5和CdtCBL4過表達提高了水稻的鹽脅迫抗性，但對低溫和干旱脅迫則沒有顯著作用。

參考文獻：

1. Santos ES, Graciano DE, et al. 2021. Effects of copper oxide nanoparticles on germination of Sesbania virgata (FABACEAE) plants. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 93, e20190739.

2. 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

3. Huang S, et al. 2020. CBL4-CIPK5 pathway confers salt but not drought and chilling tolerance by regulating ion homeostasis. Environmental and Experimental Botany 179: 104230

北京易科泰生態技術公司提供模塊式植物表型分析技術與種質資源表型分析技術全面解決方案并提供相關參考文獻：

易科泰即可提供國際FluorCam葉綠素熒光成像與多光譜熒光成像系統，也可提供自主國產化PhenoTron模塊式表型成像分析技術方案，具體包括：

Ø FluorTron®多功能高光譜成像技術

種子活力、生理狀態、生化成分含量及轉基因標記蛋白均會改變其特定波段的反射光譜指紋與熒光光譜特征。FluorTron®多功能高光譜成像技術能夠精準捕獲種子的反射光譜與熒光光譜，不僅能高效評估萌發潛力、抗逆能力等關鍵活力指標，為高活力種子篩選提供基礎數據；還能進行種子品種分類和分級、種子成分和屬性預測、清潔度評估、損傷與病害檢測；此外還能對綠色熒光蛋白（GFP）、紅色熒光蛋白（RFP）等成像檢測。

Ø Thermo-RGB融合成像分析技術

自動量化種子大小、形狀、顏色等形態特征，對種質資源進行高通量表型分析與精準鑒定。并通過動態熱成像捕捉種子熱衰減曲線，實現快速、無損的種子質量分級。

Ø 種子呼吸檢測技術

通過監測耗氧率等呼吸代謝指標，揭示種子生理活性狀態，實現種子活力的無損、快速的評估。

Ø Grainsense谷物成分分析技術

采用近紅外光譜技術精準測定碳水化合物、脂肪、蛋白質、水分等成分的含量，用于種質資源營養組成精準鑒定與優質基因型快速篩選。

Ø X-ray成像分析技術

對種子進行高分辨率X射線成像，清晰呈現內部微觀結構（如種子胚乳、胚、裂紋、蟲道等）。精準測量種子空癟/飽滿率等，自動識別機械損傷、組織劣變、畸形或未成熟種子，用于種子資源無損質量分級。

Ø PhenoTron-APP種子發芽率成像分析技術

基于高精度圖像識別與智能分析技術，通過移動端或固定成像設備采集種子與幼苗圖像，自動識別、計數并分析發芽狀態，可實現發芽率的高通量、無損傷、自動化檢測。