溫室型高通量植物表型成像系統(tǒng)——PhenoAIxpert HT 是一套可以全自動(dòng)、高通量對(duì)大量植株（從幼苗到成熟植株均可）進(jìn)行成像的系統(tǒng)，可以選擇配置可見光（VIS）成像、近紅外（NIR）成像、紅外（IR）成像、PSII 熒光成像、自發(fā)熒光成像、根系可見光成像、激光3D 掃描和高光譜成像等成像模塊，對(duì)植株進(jìn)行表型分析。 |  |  |
植物表型成像模塊
l 可見光（VIS）成像模塊配有獨(dú)立的成像暗室，成像暗室內(nèi)分別設(shè)有頂部可見光成像單元和側(cè)面可見光成像單元?；ㄅ璧鬃行D(zhuǎn)裝置，可以 360 度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度可通過軟件設(shè)置，獲取多個(gè)面的可見光表型參數(shù)。
l 葉綠素?zé)晒獬上衲K配有獨(dú)立的成像暗室，成像暗室內(nèi)分別設(shè)有頂部或側(cè)面葉綠素?zé)晒獬上駟卧?。葉綠素?zé)晒獬上衲K配備暗適應(yīng) / 光適應(yīng)通道，用于測量葉綠素?zé)晒鈺r(shí)對(duì)植物的暗適應(yīng)和光誘導(dǎo)處理。葉綠素?zé)晒獬上衲K配備多種濾光鏡，實(shí)現(xiàn)多光譜熒光的測量功能?；ㄅ璧鬃行D(zhuǎn)裝置，可以 360 度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度可通過軟件設(shè)置，獲取多個(gè)面的葉綠素?zé)晒獗硇蛥?shù)。
l 紅外（IR）成像模塊為單獨(dú)頂部或單獨(dú)側(cè)面成像單元，如有必要，可配置頂部加側(cè)面雙成像單元，一般設(shè)在靠近栽培區(qū)的位置，且不配備成像暗室。當(dāng)植物從栽培區(qū)域傳送到成像區(qū)域時(shí)，第一時(shí)間可以獲取葉片溫度等參數(shù)，極大地降低了由于在成像區(qū)域傳送時(shí)所造成的葉片溫度的變化所引起的誤差。如系統(tǒng)未配備栽培區(qū)傳送系統(tǒng)，紅外成像模塊將被安裝在成像暗室中。
l 近紅外（NIR）成像模塊配備獨(dú)立暗室，具有頂部和側(cè)面兩個(gè)成像單元，成像單元配備自帶降溫系統(tǒng)，確保設(shè)備處于合適的操作環(huán)境中。通過近紅外成像模塊可獲取植物水分分布數(shù)據(jù)，與紅外成像模塊數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)可反映植物干旱情況，特別適合于植物干旱脅迫研究。
l 激光 3D 成像模塊是通過對(duì)植物進(jìn)行 3D 掃描，獲取植物點(diǎn)云信息，重建植物 3D 構(gòu)型。LemnaTec 可將激光 3D 成像單元安裝在自動(dòng)機(jī)械臂上，從而能夠圍繞植物進(jìn)行 3D 掃描，獲取更精確的點(diǎn)云信息，使重建的 3D 構(gòu)型更加精確。
l 高光譜成像模塊提供 400-1700nm 的光譜成像，可以獲取植物內(nèi)在物質(zhì)的信息。高光譜成像模塊被安裝在自動(dòng)機(jī)械臂上，可圍繞植物進(jìn)行精確的高光譜成像，同時(shí)配備穩(wěn)定的鹵素光源，使高光譜成像數(shù)據(jù)更加精確。
l 自發(fā)熒光成像模塊可測量植物的自發(fā)熒光，用于植物衰老等研究。
l 根系可見光成像系統(tǒng)可以通過特殊角度的根盒，土壤原位培養(yǎng)植物，通過可見光成像系統(tǒng)拍攝根系圖像并進(jìn)行分析。這也是德國 LemnaTec 專門為IPK 設(shè)計(jì)的根系測量系統(tǒng)。
自動(dòng)傳送系統(tǒng)
自動(dòng)傳送系統(tǒng)可將盆栽從栽培區(qū)傳送至各個(gè)成像模塊，成像完成后運(yùn)送回栽培區(qū)。基于測量樣品（包括花盆、培養(yǎng)基質(zhì)和植物）的重量不同，可配置帶式傳送系統(tǒng)和鏈?zhǔn)絺魉拖到y(tǒng)。傳送系統(tǒng)通量根據(jù)需求和溫室大小而定，傳送系統(tǒng)承重 8-30kg 可選。當(dāng)樣品由傳送系統(tǒng)在栽培區(qū)傳和成像區(qū)進(jìn)行傳送時(shí)，兩個(gè)區(qū)域之間的氣動(dòng)推拉門會(huì)自動(dòng)打開，等樣品通過后自動(dòng)關(guān)閉，確保兩個(gè)區(qū)域的溫度變化很小，互不干擾。自動(dòng)傳送系統(tǒng)為模塊化設(shè)計(jì)，如有需求，后期可增加傳送通量。
所有傳送車上都有電子標(biāo)簽，當(dāng)傳送車通過加載區(qū)域（Loading area）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取電子標(biāo)簽，所有成像數(shù)據(jù)根據(jù)電子標(biāo)簽歸檔并存入本地?cái)?shù)據(jù)庫。
自動(dòng)澆水和稱重裝置
在溫室型高通量植物表型系統(tǒng)中，一般配備自動(dòng)澆水和稱重裝置。通過軟件設(shè)置，可定時(shí)定量地對(duì)樣品進(jìn)行澆水和稱重，且澆水量可精確控制。對(duì)于一些脅迫實(shí)驗(yàn)，例如干旱脅迫實(shí)驗(yàn)，精確地控制澆水量和精確地稱重尤為重要。
服務(wù)器存儲(chǔ)
由于植物表型數(shù)據(jù)量非常大，本系統(tǒng)配備服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所有測量的表型數(shù)據(jù)均儲(chǔ)存在本地服務(wù)器上，數(shù)據(jù)安全，儲(chǔ)存環(huán)境穩(wěn)定。用戶分析數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)從服務(wù)器調(diào)用源數(shù)據(jù)，分析結(jié)果同樣儲(chǔ)存在本地服務(wù)器，安全穩(wěn)定。
軟件分析
LemnaTec 提供一套完備的軟件組用于控制硬件系統(tǒng)、獲取圖像數(shù)據(jù)、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，不同的功能由軟件組中不同的軟件來
實(shí)現(xiàn)。LemnaControl 用于控制整個(gè)硬件系統(tǒng)，例如樣品傳送、成像單元設(shè)置、成像暗房光源設(shè)置、獲取圖片、自動(dòng)澆水稱重等；
LemnaBase 提供數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)設(shè)施，用于存儲(chǔ)和訪問圖像；LemnaGrid 是綜合性的圖像分析工具箱；它可以建立不同算法的連接，
形成圖像處理直觀圖形化；LemnaMiner 進(jìn)行基本數(shù)據(jù)分析，并具有所有標(biāo)準(zhǔn)格式的全面導(dǎo)出功能。
遠(yuǎn)程管理
通過專用遠(yuǎn)程服務(wù)器管理軟件，可以在異地對(duì)本系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測、改變測量程序或分析測量數(shù)據(jù)。
主要功能
l 可全自動(dòng)、高通量對(duì)植物樣品進(jìn)行可見光（VIS）成像、近紅外（NIR）成像、紅外（IR）成像、PSII 熒光成像、自發(fā)熒光成像、根系可見光成像、激光 3D 掃描和高光譜成像等
l 可見光成像可以測量植物的結(jié)構(gòu)、寬度、密度、對(duì)稱性、葉長、葉寬、葉面積、葉角度、葉顏色、葉病斑分析等多個(gè)參數(shù)
l 葉綠素?zé)晒獬上窨梢苑治鲋参锏纳頎顟B(tài)，例如 Fo、Fm、Fi、Fm’、Fi’、Fs’、Fo、Fm、Fv/ Fm、?Ro=(Fm-Fi)/Fm、 ?PSII=?、Pt=Fq’ /Fm’ =(Fm’ -Fs’ )/Fm’、 ETR 、 NPQ 等參數(shù)，此外葉綠素?zé)晒獬上駟卧獦?biāo)配搭載濾光輪，可實(shí)現(xiàn)多光譜熒光成像，獲取RAnth、RChl.、 RNIR、 RRed、 RGreen、 RBlue 等數(shù)據(jù)
l 紅外成像可以測量植物葉片表面溫度，進(jìn)行植物干旱脅迫研究、蒸騰研究等
l 近紅外成像可測量植物水分分布，用于研究植物水分分布，適合干旱脅迫研究等
l 高光譜成像可以比較植物體內(nèi)特殊物質(zhì)的變化，例如葉黃素、葉綠素等色素的反射峰值、葉片組織構(gòu)造如海綿組織的反射率、葉片的含水量、葉片生化組分、主要植被指數(shù)（NDVI、RVI、GVI 等）
l 3D 激光成像可獲取植物 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于對(duì)植物體的三維重構(gòu)，以更精確地研究植物株型變化
l 自發(fā)熒光成像模塊可測量植物自發(fā)熒光，用于衰老實(shí)驗(yàn)的測量
l 根系可見光成像可研究根系的不同參數(shù)
代表文獻(xiàn)
l Lobiuc, A.; Vasilache, V.; Oroian, M.; Stoleru, T.; Burducea, M.; Pintilie, O.; Zamfirache, M.-M. (2017) Blue and Red LED Illumination Improves Growth and Bioactive Compounds Contents in Acyanic and Cyanic Ocimum basilicum L. Microgreens. Molecules
l Brugière, Norbert; Zhang, Wenjing; Xu, Qingzhang; Scolaro, Eric J.; Lu, Cheng; Kahsay, Robel Y.; Kise, Rie; Trecker, Libby; Williams, Robert W.; Hakimi, Salim; Niu, Xiping; Lafitte, Renee; Habben, Jeffrey E. (2017) Overexpression of RING Domain E3 Ligase ZmXerico1 Confers Drought Tolerance through Regulation of ABA Homeostasis. Plant Physiology
l D. Marko; N. Briglia; S. Summerer; A. Petrozza; F. Cellini; R. Iannacone (2017) High-Throughput Phenotyping in Plant Stress Response: Methods and Potential Applications to Polyamine Field. Polyamines
l Velumani, K.; Oude Elberink, S.; Yang, M. Y.; BARET, F. (2017) Wheat Ear Detection in Plots by Segmenting Mobile Laser Scanner Data. ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci.
l Maria I. Stavropoulou, Apostolis Angelis, Nektarios Aligiannis, Eleftherios Kalpoutzakis, Sofia Mitakou, Stephen O. Duke, Nikolas Fokialakis (2017) Phytotoxic triterpene saponins from Bellis longifolia, an endemic plant of Crete. Phytochemistry
l Srinivasan Vijayarangan, Paloma Sodhi, Prathamesh Kini, James Bourne, Simon Du, Hanqi Sun, Barnabas Poczos, Dimitrios Apostolopoulos, and David Wettergreen (2017) High-throughput Robotic Phenotyping of Energy Sorghum Crops. Field and Service Robotics.
l Coneva, Viktoriya; Frank, Margaret H.; Balaguer, Maria A. de Luis; Li, Mao; Sozzani, Rosangela; Chitwood, Daniel H. (2017) Genetic Architecture and Molecular Networks Underlying Leaf Thickness in Desert-Adapted Tomato Solanum pennellii. Plant Physiology
