— 生态 · 农业 · 康健 —
在种质资源检测与评估研究中，主要的事情是对种子活力举行准确周全的评估。种子的生长活力与抗逆能力将直接决议作物是否能够应对生长历程中遇到的种种情形胁迫，并最终获得较高的产量。
大豆种子活力与生长历程的关系（Ebone，2020）
种子活力评估一样平常是通过种子萌发实验来检测抽芽率、胚根、胚轴长度等。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。而胚根、胚轴长度等基础形态数据，也无法周全评估萌发种苗的生长潜势和抗逆能力。因此，在近年的最新研究中，海内外学者把先进的植物表型成像手艺引入种子活力与种质资源检测研究中，取得了一系列更有用、更周全、更有意义的研究效果。
早在2012年，以FluorCam叶绿素荧光成像手艺为基础，PSI公司最先研制生产PlantScreen植物表型成像剖析平台�？⒌钠教扔杏肟蒲谢瓜嘀⒄攵阅饽辖娴饶Ｊ街参锏目蒲行捅硇推教�，也有与国际种业公司相助、专门用于育种的表型平台。从2012年至今，PlantScreen植物表型成像剖析手艺在国际表型组学、基因组学、遗传育种、心理生态研究机构与农业育种公司都获得普遍应用。经由十多年不懈的刷新与研发，PlantScreen植物表型成像手艺已经获得了植物表型组学研究者的普遍认可，仅大型系统平台的全球装置量就凌驾60套，并揭晓了大宗学术论文和科研效果。PlantScreen系统通过预想程序，实现自动化的作育与表型成像丈量，团结自动称重浇灌单位，理想情形下可以实现植物全生涯史的无人值守自举措育与丈量。这一系统既可用于丈量拟南芥、烟草等模式植物，也可用于丈量玉米、水稻等作物，番茄、生菜、西瓜等水果蔬菜，以致松树、杨树、椰子等苗木。下面我们通过几个研究案例，先容PlantScreen系统在种质资源与种子活力高通量表型检测方面的研究案例：
德国亥姆霍兹慕尼黑中心PlantScreen传送带版高通量植物表型成像剖析系统，同时配备了白、红、蓝三色LED作育光源
案例一、使用高通量表型成像系统对拟南芥种子萌发与种苗活力举行高通量一连检测
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。
他们使用的一套PlantScreen传送带式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�？�可以通过监测种子萌发后刚睁开子叶的最大荧光值Fm，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越发高效、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
参考文献：
案例二：番茄幼苗生物与非生物逆境胁迫的表型应答研究
荷兰植物生态表型中心（Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre，NPEC）由荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University & Research, WUR）与乌得勒支大学（Utrecht University） 配合相助建设和运营，装备了多套差别型号的PlantScreen植物表型成像系统与FluorCam叶绿素荧光成像系统。
NPEC装备的多套差别型号PlantScreen植物表型成像剖析系统，集成有叶绿素荧光、多光谱荧光、RGB、高光谱、红外热成像、激光雷达等多种表型成像传感器
马铃薯胞囊线虫（PCN）是全球马铃薯产区最具破损性的病原线虫之一，每年造成重大的经济损失。PCN在田间的侵染通常呈“病灶”状漫衍，即仅在某些区域集中爆发。然而，早期、精准地定位这些病灶很是难题，由于古板的土壤取样和线虫判断要领既耗时又艰辛。因此，开发一种快速、非破损性、症状前的检测手艺，关于实现精准的局部防控、镌汰农药使用和降低经济损失具有主要意义。本研究旨在探索叶绿素荧光剖析作为一种前沿的植物心理监测手艺，是否能够通过检测植物地上部光合系统的细微转变，来间接、早期地诊断出地下部根系的PCN侵染。
NPEC的研究职员将番茄莳植于PlantScreen高通量传送带表型系统的样品托盘中，设置了5个差别梯度的PCN接种密度，使用PlantScreen系统的FluorCam叶绿素荧光成像单位在接种后一连自动监测26天的叶绿素荧光动态成像。
研究发明，叶绿素荧光参数对PCN侵染的响应远早于古板生长指标：
1）极早期响应： 在接种后第1天，反应光合速率的ΦPSII和光合系统热耗散的NPQ就爆发了显著转变。此时，线虫可能尚未侵入根系，研究者推测可能是线虫卵自觉孵化或其渗透的特定分子（效应子）触发了植物的早期免疫反应所致。
2）高迅速度： ΦPSII是对低水平侵染最敏感的指标。纵然在最低接种密度（5卵/克土）下，从第1天起就能检测到其下降。而NPQ则在第1天对高接种密度体现出响应。
最大光化学效率Fv/Fm、PSII潜在活性Fv/F0则响应较晚且对低侵染水平不敏感。
本研究乐成证实晰：叶绿素荧光剖析，特殊是NPQ和ΦPSII这两个参数，能够作为一种极其迅速的工具，在番茄幼苗泛起任何可见症状之前，有用检测出地下部的马铃薯胞囊线虫侵染。
差别叶绿素荧光参数随虫卵密度、侵染历程的转变
西北农林科技大学、农业农村部农业物联网重点实验室借助PlantScreen传送带式植物表型成像剖析系统和干旱胁迫状态识别模子，对番茄幼苗的干旱胁迫举行早期监测和品级判断，获得了较高的识别准确率。
研究小组首先使用PlantScreen传动带植物表型成像剖析系统中的FluorCam叶绿素荧光成像单位收罗差别干旱胁迫水平的番茄幼苗冠层叶绿素荧光图像。每个样本均获取98幅荧光图像，即共有98个叶绿素荧光参数，从而战胜了现在大部分研究未能充分使用叶绿素荧光参数信息和未使用荧光图像信息的问题。他们从中提取了5个敏感荧光参数并通过多种算法剖析了其在差别干旱品级下的转变趋势。实验效果批注，这5个荧光参数及其对应的图像特征可用于评价番茄幼苗的干旱胁迫品级，并具有较好的评价效果，对植物干旱胁迫的无损诊断具有主要的应用远景。
左图：差别干旱胁迫水平的叶绿素荧光成像图和荧光参数相关性剖析；右图：本研究中使用的小型PlantScreen传送带版高通量植物表型成像剖析系统
参考文献：
案例三：林木幼苗活力与抗逆性的表型检测计划
除了模式植物、蔬菜、作物等，在近年的最新研究中，高通量表型成像手艺也最先应用于林木幼苗的活力评估与抗逆研究。
挪威云杉（Picea abies）作为欧洲漫衍最广的针叶树种之一，对干旱高度敏感。奥地利森林研究中心的研究职员将两个天气差别显着的云杉种源（P1：来自较高海拔，天气较冷湿；P2：来自较低海拔，天气较暖干）举行干旱处置惩罚后，使用一套PlantScreen传送带式表型成像剖析系统对幼苗举行了RGB 成像、叶绿素荧光成像、高光谱成像（VNIR + SWIR）、3D 激光扫描等高通量表型成像剖析，共提取 56 个与生长形态、光合、水分状态、植被指数相关的表型参数。
效果批注，在干旱早期，云杉气孔关闭、NPQ 增强、抗氧化物质积累为焦点，形成多层�；�，延缓光系统和光合机构的损伤；而随着干旱一连，PSII 泛起不可逆损伤，生长完全障碍以致殒命。在种源差别方面，P1 在光系统稳固性上体现更为稳健，P2 则对干旱更为敏感。
干旱处置惩罚初期（左图，Day 0）和处置惩罚末期（右图，Day 21）的叶绿素荧光参数Fv/Fm成像图
左图：形态数据动态曲线；中图；叶绿素荧光动态曲线；右图：高光谱植被指数动态曲线
捷克生命科学大学以欧洲普遍漫衍的欧洲赤松（Pinus sylvestris L.）为工具，在温室控制条件下模拟干旱与复水历程，团结高通量表型剖析（HTPP）与SNP基因分型系统剖析了来自捷克境内三个差别海拔（低地、中山地）种源实生苗的表型与遗传应答，探讨了其耐旱性差别及遗传基础。
研究中使用PlantScreen传送带式表型成像剖析系统对整个历程举行了高时间区分率的表型一连丈量，包括：
左图：实验准备与设计示意图；右图：研究职员在PlantScreen传送带式表型成像剖析系统上举行样品准备事情
效果批注，叶绿素荧光参数在干旱处置惩罚后都会显著低于比照组，而在复水后则有所恢复。SFR_R在干旱处置惩罚后13天即泛起显著差别，批注叶绿素含量或新松针发育受到影响；复水后干旱组值仍低于比照。干旱组ΔT温差显著增大，反应蒸腾降温能力下降；复水后温差仍高于比照，但这可能部分归因于高温天气。
5项主要表型数据的动态转变曲线
综合来看，欧洲赤松在凌驾一个月的零可用水条件下仍能存活，显示较强的物种水平耐旱性。差别种源在心理表型反应速率和水平上的差别，体现了外地顺应在耐旱性中的作用。各项表型参数（尤其是QY max、QY Lss、SFR_R、ΔT）具有较高遗传力，可用于苗期非破损性耐旱性筛选。这一效果为天气转变配景下欧洲赤松的种源选择、辅助迁徙和森林恢复提供了理论基础与实践工具。
参考文献：
北京Z6尊龙凯时生态手艺公司提供种质资源表型剖析手艺周全解决计划并提供相关参考文献：
左图：荷兰瓦赫宁根大学装备的PlantScreen传送带式植物表型成像剖析系统和PlantScreen XYZ 三维扫描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；右：使用FluorCam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
西安研发中心
微信公众号
营业咨询
微信号
Z6尊龙凯时公司
微信公众号
Z6尊龙凯时公司
视频号
联系Z6尊龙凯时：
地点: 北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单位101B
电话: 010-82611269/1572
手机: 13671083121
传真: 010-62465844
Email: info@eco-tech.com.cn
友情链接：
