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WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時SMO公司與Ghent大學(xué)VIB研究所研制生產(chǎn)，整合了LED植物智能培養(yǎng)、自動 化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y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真彩3D成像等多項*技術(shù)，以較優(yōu)化的方式實現(xiàn)大量植物樣 品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)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(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。

WIWAM Line植物表型研究設(shè)備產(chǎn)品說明

WIWAM Line是一款高通量可重復(fù)性表型機器人，用于對小型植物，如小玉米植物研究。該機器人可定期對多種植物參數(shù)進行自動化灌溉和并測量多種植物生長參數(shù)。WIWAM line代替了很多手工處理，省時省錢，精度較高。

WIWAM Line由花盆定位桌面，不同個體線路，底層端口機器人以及1或多個成像或稱重/澆水站組成。全套系統(tǒng)可以安裝在現(xiàn)有生長室，內(nèi)置高品質(zhì)工業(yè)部件。

植物在各自花盆內(nèi)生長，預(yù)設(shè)時間間隔，機器臂提取植物，將其帶到成像和稱重澆水工作站。機器人將桌面上的線路移到旁邊，生成機械臂到定位花盆所需空間，并將其提升脫離桌面。RFID讀取裝置以及花盆底部的RFID標簽，可作為額外花盆識別法，識別和校正桌面上因手工花盆安置造成的錯誤。通常旁邊取景照相機從不同角度獲得圖像。成像站可安裝一系列照相機系統(tǒng)。組合稱重/澆水站集成在機器臂上?；ㄅ柚兄参镌跐菜畷r旋轉(zhuǎn)以獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達+/- 0.1 mL。另外，灌溉可基于自動目標重量計算或固定量。在整個實驗過程中，可有效控制土壤濕度水準。集成光溫度和濕度傳感器可監(jiān)控溫度，詳細記錄實驗生長條件。

植物表型成像系統(tǒng)WIWAM Line產(chǎn)品特點

1、澆水時花盆旋轉(zhuǎn)以獲得較佳水分布

2、高精度灌溉(達0.1mL !).

3、WIWAM Line 可配置環(huán)境傳感器

4、WIWAM Line 配有直觀用戶界面

5、開放式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

6、可提供全定制系統(tǒng)

成像系統(tǒng)優(yōu)勢

所有表型平臺均為SMO工程部門自主設(shè)計、針對課題組的研究項目快速、準確提供技術(shù)方案，設(shè)備中諸多備件為自主生產(chǎn)和設(shè)計；公司軟件設(shè)計團隊針對具體項目提供有針對性的WIWAM定制軟件；SMO和VIB自主開發(fā)PIPPA 數(shù)據(jù)管理、視覺成像和分析軟件，系統(tǒng)有效處理整個實驗設(shè)計的大數(shù)據(jù)；PIPPA 軟件可安裝在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上（包括專有用戶管理系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)中每個計算機均可操作；在PIPPA軟件內(nèi)，可集成整合外來分析數(shù)據(jù)和文本；易于獲取數(shù)據(jù)庫和原始圖像數(shù)據(jù)；與客戶自有IT技術(shù)設(shè)施進行整合；針對客戶對表型設(shè)備運行環(huán)境了解欠缺的事實，提供表型設(shè)備生長室、溫室建設(shè)交鑰匙設(shè)計方案，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)如 照明、溫度、濕度等控制，提供一站式表型研究解決方案；專門技術(shù)人員維護設(shè)備、定期指導(dǎo)維護硬件；代理密切溝通服務(wù)、提供支持反饋；自主電路設(shè)計、建筑內(nèi)電柜設(shè)計、機械電纜布線以及PLC管理所有室內(nèi)設(shè)施，將工業(yè)領(lǐng)域理念灌輸?shù)娇蒲兄?；多篇利用WIWAM系統(tǒng)進行研究的文章發(fā)表在*期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增長的用戶群；采用開放式框架設(shè)計，可整合市面上的所以種類成像模塊。

應(yīng)用領(lǐng)域

遺傳資源和序列數(shù)據(jù)快速積累，但將該信息與基因功能相關(guān)聯(lián)的進程要緩慢的多，這表明植物表型是理解基因 編碼過程以及應(yīng)用該知識作物產(chǎn)量的主要瓶頸。表型工作是較耗勞力和較具技術(shù)挑戰(zhàn)性的部分，成本高且耗時。但該“表型瓶頸"已可通過集成新型圖像獲取技術(shù)、機器人技術(shù)、圖像分析技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)解決。WIWAM 植物表型成像系統(tǒng)集成了這些技術(shù)，替代了很多人工處理。該植物表型平臺可應(yīng)用到多個研究領(lǐng)域，包括植物生 長調(diào)節(jié)、耐旱研究、植物生理、鹽堿或重金屬脅迫反應(yīng)等。也可在不同光照條件，營養(yǎng)水平或土壤類型下，研究化 學(xué)物影響.

WIWAM Line高通量植物表型平臺產(chǎn)品可選配模塊

可見光RGB成像模塊

可見光RGB成像是所有高通量植物表型平臺的核心部分，它分辨率高、測量快速、科研中應(yīng)用較多、發(fā)表文章較多，可以捕獲與植物生長和發(fā)育相關(guān)的大量參數(shù)。此外，它們可以提供植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)的測量，并且包含顏色信息。參數(shù)如下：

葉面積、植物緊實度／緊密度、葉片周長、偏心率、葉圓度、葉寬指數(shù)、植物圓直徑、凸包面積、植物質(zhì)心、節(jié)間距、生長高度、植物三維較大高度和寬度、相對生長速率、葉傾角、節(jié)葉片數(shù)量。

葉綠素?zé)晒獬上衲K

葉綠素?zé)晒獬上駥儆诙ㄖ苹O(shè)計，成像面積范圍是從30x30cm到200x200cm，是目前適合大型植物植株成像的熒光成像系統(tǒng)。它可以頂部成像，也可以側(cè)面成像，甚至頂部和側(cè)面都成像；集成到高通量植物表型平臺中，進行高通量的光合表型測量。該模塊技術(shù)參數(shù)如下：Fo, FI, Fm, Ft, Fm’, FI’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, φRO, NPQ, qN, qP, Rfd, NDVI,  RNIR, RChl, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index等。

葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)參數(shù)

群體植物光合長期監(jiān)測模塊

實時對植物進行多傳感監(jiān)控：PSII較大和有效效率，光強，輻射，ETR以及植物面積。群體植物光合長期監(jiān)測傳感器是一款自動多傳感器，可測量PSII與較大效率(Fv/Fm)、有效效率相關(guān)的參數(shù)。通過鏡像系統(tǒng)，通過內(nèi)置計算機控制，激光束打到植物上。每5秒鐘，激光束不斷變化在植物上的位置，每次循環(huán)可生成數(shù)百個測量點。系統(tǒng)編程測量每個激光點的PSII效率，光強以及輻射。計算參數(shù)有PAR光，F(xiàn)q’/Fm’以及ETR(電子傳 遞速率)。ETR與CO2吸收相關(guān)。植物面積可從含有葉綠素的測量位置數(shù)計算出來。傳感器上面有2個內(nèi)置Licor傳感器，PAR傳感器以及輻射傳感器。傳感器可集成在*LetsGrow系統(tǒng)中以及wiwam系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，可監(jiān)測來自該傳感器的所有數(shù)據(jù)并與其它環(huán)境數(shù)據(jù)進行對比。

激光點測量參數(shù)：

較小(Fo或 Fs)以及較大(Fm或Fm)葉綠素?zé)晒庑盘枴ropObserver頂部光強、CropObserver頂部輻射、計算機24/7實時信息、實時Fv/Fm 和Fq /Fm平均值與分布、實時PAR平均值 µmol/s/ m2、實時輻射平均值 /s/ m2、實時ETR平均值與分布、植物面積

近紅外成像模塊

近紅外成像主要用于觀測分析植物的水分狀態(tài)及其在不同組織間的分布變異，處于良好澆灌狀態(tài)的植物表現(xiàn)出對近紅外光譜的高吸收性，而處于干旱狀態(tài)的植物則表現(xiàn)出對近紅外光譜的高反射性，通過分析軟件可以監(jiān)測分析從干旱脅迫到再澆灌過程中的整個過程動態(tài)及植物對干旱脅迫的響應(yīng)和水分利用效率，并形成假彩圖像，可以與植物的形態(tài)指數(shù)及葉綠素?zé)晒庵笖?shù)進行相關(guān)分析研究。

近紅外成像模塊技術(shù)參數(shù)

紅外熱成像模塊

紅外熱成像主要用于成像分析植物在光輻射情況下的二維發(fā)熱分布，良好的散熱可以使植物耐受較長時間的高光輻 射或低水條件（干旱）。

紅外熱成像模塊技術(shù)參數(shù)

高光譜成像模塊

高光譜成像在估測植物各種生化組分的吸收光譜信息及植物生長情況的檢測上表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢，主要用于植物 的營養(yǎng)狀況、水分含量、長勢情況、病蟲害情況監(jiān)測等。

高光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

激光3D掃描多光譜成像模塊

激光3D掃描成像能夠耐受全日照輻射而不影響測量，在高精度測量三維點云信息的同時，測量400-900 nm范圍內(nèi)4 個波段的多光譜成像，使得我們可以得到植物在X、Y和Z軸上所有坐標點的多光譜信息，通過點云的空間深度信息和角 度信息，可以對光譜信息進行有效的校準，從而獲得較加有效的數(shù)據(jù)。

激光3D掃描多光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

根系CT成像模塊

根系CT成像是植物表型平臺的重要組成部分，成功的實現(xiàn)了原位監(jiān)測植株根系狀態(tài)，并對直徑20cm花盆內(nèi)自然土 壤中的根系進行掃描和重建。

根系CT成像模塊技術(shù)參數(shù)

IT解決方案和儲存

WIWAM軟件在工業(yè)計算機上運行，觸摸屏。該軟件配有用戶友好圖形界面，用于控制機器人站行為以及以較高靈活度設(shè)計設(shè)計實驗。可同時運行多組實驗，可運行不同隨機模式，可及時規(guī)劃單個植株或一組植株的處理。在預(yù)設(shè)啟動時間，PC機將向工業(yè)PLC發(fā)送指令，照管機器人移動。所有成像，稱重/澆水以及環(huán)境數(shù)據(jù)均可存于SQL數(shù)據(jù)庫，記錄后可用于分析記錄。系統(tǒng)采用了開放式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，可以直接獲取圖像。該平臺可以與高性能計算相連，用于分析儲存數(shù)據(jù)或者可與本地服務(wù)器設(shè)施整合。

SMS郵件服務(wù)可以通知用戶機器報警和錯誤，可盡快進行用戶干涉。系統(tǒng)可于任一點暫停和停下，UPS(不間斷電源)可防止數(shù)據(jù)丟失和確保在停電后全系統(tǒng)恢復(fù)。該軟件也有平臺管理員系統(tǒng)設(shè)置和維護行為通道。

圖像分析和數(shù)據(jù)可視化

WIWAM Conveyor有VIB開發(fā)的圖像分析和數(shù)據(jù)可視化軟件支持，此軟件包，稱為PIPPA，是網(wǎng)絡(luò)界面和數(shù)據(jù)庫，一方面用來為不同類型的WIWAM植物表型平臺提供管理的工具，另一方面用于分析圖像和數(shù)據(jù)。

PIPPA與該平臺通訊，通過將PIPPA網(wǎng)絡(luò)界面生成的實驗結(jié)果傳到平臺。每個花盆的處理和基因型信息已在數(shù)據(jù)庫限定以確保在整個實驗中的數(shù)據(jù)一體性。實驗期間PIPPA對來自平臺的稱重，灌溉測量，環(huán)境數(shù)據(jù)，錯誤記錄以及圖像信息進行處理分析。PIPPA支持這些圖像后續(xù)處理(旋轉(zhuǎn)/收獲/等)。圖像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運行(獨立版本)或計算機群運行，以快速生成結(jié)果。隨后，通過檢查數(shù)據(jù)是否在特定閾值之內(nèi)可在網(wǎng)絡(luò)幾面對輸出文本進行驗證，例如，是否生長相關(guān)性狀，如植物枝條面積一段時間內(nèi)是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利時WIWAM植物表型成像系統(tǒng)的中國區(qū)總總代理，全面負責(zé)其系列產(chǎn)品在中國市場的推廣、銷售和售后服務(wù)。

WIWAM Line植物表型研究設(shè)備應(yīng)用案例

WIWAM葉綠素?zé)晒獬上衲K是革新性的植物葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，是專門針對整個植株成像的相機系統(tǒng)，成像方式為遠程成像，高分辨率和高速成像。生成圖像提供了光合作用性能信息。該模塊有兩種版本: 高分辨率版本和高速版本。同時配有分析軟件，可為科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用提供少有的解決方案。所依據(jù)的原理是基于持續(xù)激發(fā)成像熒光計，用以測量Kautsky響應(yīng)曲線。采用了高能紅燈來使光合作用飽和，通過使用敏感相機，在不同時間點對相應(yīng)曲線成像以測量F0和Fm。依賴于所拍攝圖像的有效信號/噪音比，相機積分時間是從20µs-1ms。紅光燈的典型照射強度是1000-5000µmol/(m2s)。

利用葉盤生物測定、葉綠素?zé)晒夂投喙庾V成像技術(shù)篩選克羅地亞本土葡萄品種對葡萄霜霉病的敏感性

摘要

在葡萄生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的時代，人們越來越需要確定葡萄品種之間霜霉病易感性的差異?？肆_地亞是一個葡萄種植傳統(tǒng)悠久的國家，保存著大量的本土葡萄品種。根據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）452-1的描述，已經(jīng)對其中25株進行了葉盤生物測定，以確定它們對霜霉病的反應(yīng)，進行了葉綠素?zé)晒夂投喙庾V成像的葉盤應(yīng)激反應(yīng)，包括11個參數(shù)。測量時間點如下：處理前（T0）、接種后一天（dpi）（T1）、兩dpi（T2）、三dpi（T3）、四pi（T4）、六dpi（T5）和八dpi（T6）。在接種后的第七天，對已發(fā)育的葡萄漿菌（P.viticola）產(chǎn)孢形式的可見變化進行了評估。結(jié)果表明，這里使用的方法可以區(qū)分對霜霉病有不同反應(yīng)的品種。根據(jù)所獲得的結(jié)果，提出了在沒原體的情況下的表型模型，這需要進行更廣泛的研究來確認。

關(guān)鍵詞：葡萄、霜霉病、生物脅迫、葉綠素?zé)晒狻⒐庾V指數(shù)、成像方法學(xué)、表型模型