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芬兰赫尔辛基大学国家植物表型基础设施（the National Plant Phenotyping Infrastructure ，NaPPI）是芬兰国家研究基础设施（Finnish Research Infrastructure ，FIRI）的主要植物科学研究平台之一 。它的焦点使命是通过整合从基因组学到高通量表型组学 ，再到高精度代谢组学的完整手艺链条 ，为植物科学研究提供顶尖的非破损性表型剖析手艺 。就在近期（2026年1月21日） ，NaPPI正式加入了由NordForsk（北欧国家政府间科研相助资助机构 ，隶属于北欧理事会部长聚会框架）资助的 NordPheno北欧研究基础设施中心 。这一相助旨在增强整个北欧地区在数字表型剖析能力、知识交流、设施共享以及科研职员培训方面的相助 ，配合推动植物科学和育种研究 。
NaPPI的焦点设施为两套PlantScreen高通量植物表型成像剖析系统 。一套大型传送带系统适用于120cm以下的大型植株 ，如小麦、玉米、番茄、马铃薯等 。一套紧凑式传送带系统适用于50cm以下的小型植株 ，如拟南芥或作物幼苗等 。两套系统均可高通量自动化运行 ，在无人值守情形下自动完成植物样品的作育、浇灌、传送、各项表型成像丈量与剖析等一整套植物表型组学丈量程序 。同时 ，赫尔辛基大学还装备有多台差别型号设置的FluorCam叶绿素荧光成像系统 ，可配合PlantScreen系统的表型研究事情 ，完善部分特殊表型数据 ，如OJIP快速荧光动力学成像剖析等 。
NaPPI的大型PlantScreen高通量植物表型成像剖析系统 ，可同时容纳270株高120cm宽100cm样品 ，具备叶绿素荧光成像和RGB彩色形态成像等功效 。
NaPPI的紧凑型PlantScreen高通量植物表型成像剖析系统 ，可同时容纳360株高小型样品 ，具备叶绿素荧光成像、RGB彩色形态成像、红外热成像等功效 。系统装置于一套FytoScope大型步入式植物生长室中 ，可举行种种模拟光照、温度、光周期等情形条件下的表型丈量
这两套PlantScreen系统在2015年装置完毕 ，是北欧地区最早的植物表型研究设施之一 。时至今日 ，它们也依然是支持NaPPI以致整个北欧地区植物表型研究的焦点设施之一 。NaPPI使用这些表型组学装备已经开展了一系列研究事情并取得了大宗的科研效果 ，部分研究案例如下：
由甘薯羽状斑驳病毒（SPFMV）? 和甘薯褪绿矮化病毒（SPCSV）? 协同熏染引起的病毒病对甘薯产量影响极为严重 。古板的病毒检测要领（如核酸检测）虽然有用 ，但本钱高、耗时 ，并且由于需破损样品 ，无法举行一连视察 。本研究旨在使用PlantScreen高通量表型剖析系统 ，团结叶绿素荧光（ChlF）成像和热红外（TIR）成像手艺 ，迅速、无损并且省时省力地研究SPFMV和SPCSV在甘薯中的协同致病机理 。
实验设置了6个差别的甘薯病毒处置惩罚组 ，在两种光照条件下举行作育 ，以评估情形的影响 。在29天的一连作育中 ，按期丈量RGB形态成像、叶绿素荧光成像和红外热成像 。
效果批注 ，与康健植株（Wt-H）和仅熏染SPFMV（Wt-F）的植株相比 ，熏染SPCSV（Wt-C）、共熏染（Wt-FC）以及转基因熏染（R3-F）的植株生长受到显著抑制 ，体现为株高降低、生物量和叶面积镌汰 。
差别处置惩罚组甘薯的侧面成像图与形态数据：高度、生物量、叶面积
叶绿素荧光参数ΦPSII（PSII有用量子产量）和 qP（光化学淬灭系数）是区分差别病毒处置惩罚严重水平的最敏感参数 ，在熏染第3天即可显着指示病害爆发 。症状严重的植株（Wt-FC ，R3-F）这两个值均显著降低 ，批注其光化学反应中心效率低下 。叶片温度在症状严重的植株中更高 ，这可能是由于气孔关闭导致蒸腾作用镌汰所致 。TIR成像在熏染早期（约7天后）就能检测到温度差别 。
本研究首次系统性地验证了叶绿素荧光成像和红外热成像手艺可用于区分和量化SPFMV和SPCSV在甘薯中引起的病毒病严重水平 。为使用高通量表型手艺举行温室科学实验和田间精准农业中的病毒病早期检测提供了主要依据 。
左图：差别生长时期的RGB、叶绿素荧光和热成像图；右图：各项叶绿素荧光参数的动态转变曲线
本研究聚焦于坏死性林木病原真菌——小孢子异担子菌Heterobasidion parviporum的致病机制 。小孢子异担子菌是造成云杉根部和干基腐败的最主要病原体 ，每年都会造成重大的经济损失 。该真菌的基因组编码大宗小渗透卵白（SSP） ，推测其作为效应子在与寄主互作中起要害作用 ，但大大都 SSP 的功效尚不明确 。
通过农杆菌介导的瞬时表达手艺在本氏烟叶片中测试四个能引起细胞殒命的 SSP 同源候选卵白 。效果显示 ，只有 HpSSP35.8 能引发强烈的组织坏死和细胞殒命 ，而其他同源卵白效果微弱或无效果 。用 H. parviporum 的分生孢子接种云杉幼苗根部 ，在差别时间点检测 HpSSP35.8 基因的表达量 ，发明：HpSSP35.8 的表达在侵染的早期、症状泛起前（24-60小时）被强烈诱导 ，在36小时抵达峰值 ，此时真菌可能正在形成侵染结构（附着胞） 。当根部泛起显着褐变症状（72小时后） ，该基因的表达水昭雪而显著下降 。这批注 HpSSP35.8 在建设侵染的初期阶段可能饰演主要角色 。但这种判断要领费时艰辛 ，研究职员照旧需要一种高效、迅速的要领来快速筛选和判断具有生物活性的效应子卵白以开展后续事情 。
左图：接种病菌的云杉根部和HpSSP35.8的表达动力学；右图：本氏烟叶片的叶绿素荧光与RGB彩色成像参数动态转变 ，叶绿素荧光参数包括QYmax、ΦPSII和NPQ ，RGB彩色成像图转化为色调饱和度数据（Hue-Saturation-Brightness）
于是 ，研究职员使用PlantScreen系统中的RGB可见光形态成像与叶绿素荧光成像功效 ，对瞬时表达 HpSSP35.8 的本氏烟叶片举行了动态监测 。效果批注 ，使用可见光成像的色彩剖析要到36小时才华看到显着的坏死症状 。而叶绿素荧光参数ΦPSII（PSII现实光化学效率）在接种后3小时就最先显著下降；QYmax（PSII最大光化学效率?）则在9小时后泛起差别 ，从而证实叶绿素荧光参数及成像剖析是比形态、色彩视察更迅速、更早期的细胞殒命和心理胁迫指示器 ，可用于高效筛选其他潜在的效应子卵白 。
农杆菌转化本氏烟叶片的RGB成像图与叶绿素荧光成像图 ，可见处置惩罚3小时后ΦPSII成像图即可显着视察到HpSSP35.8的表达与影响规模
种子活力是种子抽芽和出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和（抽芽和出苗时代的活性水平与行为） ，是种子品质的主要指标 。种子萌发实验无疑是最为直接有用的种子活力检测要领 。但一样平常的古板要领需要人工计数来丈量幼苗和盘算抽芽率 ，事情量极大 ，也很是耗时 。而基于彩色图像剖析来识别抽芽幼苗又保存很大误差 。同时 ，古板的形态数据难以真正评估幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力 。因此 ，基于现代植物表型组学研究和种子活力评估要求 ，在种子萌发实验中还需要实时监测种种表型数据 ，而不但仅是古板表型所说的形态数据 。
赫尔辛基大学的研究职员为了研究一种新的ABA响应泛素E3毗连酶对拟南芥种子萌发活力的影响 ，设计了一个基于高通量叶绿素荧光成像剖析的萌发实验 。
PlantScreen植物表型成像剖析系统可以自动对植物样品举行一连作育和表型监测 ，很是适用于举行高通量的种子萌发实验 。其配备的LED光照控温作育室能够模拟理想的光照与温度条件 。自动传送系统可以按设置的序列自动让样品传送到成像室 。内置的FluorCam叶绿素荧光成像� ？榭梢酝ü嗖庵肿用确⒑蟾照隹右兜淖畲笥庵礔m ，很是有用地识别抽芽的种子 。专用的剖析软件能够很容易地将未萌发种子和配景去除掉 ，从而使抽芽率盘算极为准确 。
左图：高通量叶绿素荧光成像剖析事情流程；a.播种、安排样品、成像丈量、图像剖析；b.最大叶绿素荧光Fm成像图的剖析历程；右图：差别处置惩罚的抽芽率动态曲线
叶绿素荧光成像同时丈量萌发种苗的叶绿素荧光参数如QY_max最大光化学效率（Fv/Fm ，对种种胁迫极为敏感）、QY现实光化学效率（量子产额）、NPQ非光化学淬灭（与光系统热耗散、光�；せ朴泄兀fd荧光衰减比率（也称为活力指数）、冠层面积等 ，可反应种苗光合能力和抗逆能力 。热成像单位可以提供冠层和叶片温度数据 ，反应植物蒸腾、水分使用状态以及病害等胁迫信息 。这些指标已经普遍用于幼苗生长潜势、植株抗逆能力和生产潜力的评估 ，并获得了大宗的验证 。本研究乐成建设了一个高效、可扩展的高通量萌发筛选平台 ，为种子活力剖析与种质资源评估提供了新工具 。
左：泛素E3毗连酶在ABA反应途径中的功效假说；右：对应处置惩罚的冠层投影面积、各项叶绿素荧光参数、冠层温度的动态曲线
在高纬度地区（如芬兰在北纬60°以上） ，许多初生茎红树莓（Rubus idaeus L.）品种由于生长季短、秋季霜冻早 ，无法在初生茎上实现充分的秋季产量 。这些品种虽具有高产潜力和优良果实品质 ，但秋季果实成熟过晚 ，导致产量损失 。研究职员将7个初生茎树莓品种通过长枝莳植方法作为次生茎举行生产并评估其果实品质 ，希望为短生长季地区提供替换莳植计划 。
在举行果实品质评估时 ，除了古板的单株产量、果重、可溶性固形物（SS）、可滴定酸（TA）等品质数据 ，研究职员立异性地使用PlantScreen表型成像剖析系统的RGB成像单位剖析果实形状和颜色参数 。
果实面积直接反应果实的巨细 。偏心率则可以反应果实的圆度 ，其中“Autumn Treasure”的果实最椭圆（偏心率最高） ，其他品种则更靠近圆形 。颜色剖析则批注“Kwanza”的果实是最红、最亮的 。高通量RGB成像剖析可高效剖析果实形状和颜色 ，很是适用于自动化成熟度判断和采后品质评估 。
左图：经由配景去除的树莓果实RGB成像图；中图：树莓果实的形态数据：面积和偏心率；右图：树莓果实的颜色数据：平均红度和CIE数值
OJIP快速荧光诱导动力学成像一直是叶绿素荧光成像手艺中的一个难点 ，但由于OJIP能够对叶绿素荧光举行微秒级剖析 ，因而在植物光合机理研究中又是不可或缺的 。因此科学家和工程师一直在相助开发相关手艺 ，最终效果即为具备闪光诱导叶绿素荧光成像功效的FluorCam叶绿素荧光成像系统 。
赫尔辛基大学在2019年与PSI公司相助 ，使用一台装置了超高速荧光相机的定制FluorCam叶绿素荧光系统对拟南芥突变体的低氧光合响应举行了PAM脉冲调制荧光和OJIP快速荧光诱导剖析 。之后又对拟南芥对臭氧的光合响应等举行了研究
左图：拟南芥rcd1突变体在低氧情形下的OJIP曲线与φRE1o（PSI电子受体的电子流量子产额）成像图与数据（Shapiguzov ，2019）；右图：拟南芥在臭氧和光照处置惩罚后的OJIP曲线与成像图（Morales, 2021）
从2024年最先 ，赫尔辛基大学与芬兰自然资源研究所相助 ，使用一台最新型的PlantScreen SC植物表型成像剖析系统进一步深入研究 。这一系统同时配备RGB成像、红外热成像、FluorCam叶绿素荧光成像单位（配备PAM脉冲调制叶绿素荧光成像、OJIP快速闪光诱导叶绿素荧光成像两种成像� ？椋┑裙π ？� 。他们在除草剂影响、气孔功效胁迫响应等方面已经取得了一系列效果 。
左图：拟南芥在正常含氧量情形与缺氧情形下添加或不添加百草枯（MV）的OJIP曲线与φRE1o（PSI电子受体的电子流量子产额）数据图（Punkkinen ，2025）；右图：蚕豆差别光照条件下相对叶温与电子转达速率ETR的相关性（Shapiguzov ，2025）
PlantScreen SC植物表型成像剖析系统
参考文献：
北京Z6尊龙凯时生态手艺公司提供植物表型剖析手艺周全解决计划并提供相关参考文献：
左图： PlantScreen植物表型成像剖析系统；右图：PhenoTron® PTS植物表型成像剖析系统
左图：新一代FluorCam1300多引发光多光谱荧光成像系统；中：FluorTron®植物光合表型成像剖析系统；右：使用Z6尊龙凯时叶绿素荧光成像手艺丈量番茄种子萌发率并评估种苗活力
PhenoTron®智能LED光源作育与表型剖析平台与西洋参诱变育种叶绿素荧光成像（EcoTech®实验室）
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