隨著基因組學(xué)研究的發(fā)展，與之對應(yīng)的表型組學(xué)研究從21世紀(jì)10年代初逐漸成為生物學(xué)研究的熱點之一。從科學(xué)研究角度，表型組學(xué)研究能夠解釋基因組-環(huán)境-表型性狀的復(fù)雜遺傳與表達(dá)調(diào)控關(guān)系；從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度，植物表型組學(xué)則可以進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量并助力解決種質(zhì)資源安全問題。因此，近十余年間，表型組學(xué)尤其是植物表型組學(xué)的研究得到了飛速的發(fā)展。

PCR技術(shù)和基因測序技術(shù)推動了基因組學(xué)研究的發(fā)展，甚至可以說構(gòu)成了基因組學(xué)研究基礎(chǔ)的一部分。與之類似，植物表型組學(xué)研究也需要相應(yīng)的植物表型研究技術(shù)來助力。與之相關(guān)的研究工作需要對兩方面的技術(shù)支持：

首先，對復(fù)雜的植物生長環(huán)境的監(jiān)測與控制，用以模擬各種不同的環(huán)境條件來研究植物的反應(yīng)。這方面需要的植物生長氣候室、智能溫室等技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

之后就要對大量植株的各種特征和性狀即表型組進(jìn)行鑒別與分析。尤其需要實現(xiàn)對植物的無損、連續(xù)測量，以跟蹤植物的整個生活史，同時，獲取的表型數(shù)據(jù)要能夠反映植物深層次的生理過程。要實現(xiàn)這一點，目前技術(shù)方案就是植物表型成像分析技術(shù)。

PlantScreen植物表型成像分析技術(shù)在國際基因組學(xué)與遺傳育種研究機(jī)構(gòu)、育種公司的得到廣泛應(yīng)用，發(fā)表了大量學(xué)術(shù)論文和科研成果。國際上一些早期裝備了其它植物表型系統(tǒng)的科研單位，后來又采用PlantScreen技術(shù)升級原有系統(tǒng)或者直接購買最新型的PlantScreen系統(tǒng)，如德國萊布尼茨植物遺傳和作物研究所（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research，IPK）在早年間安裝有三套來自于其他品牌型號的植物表型平臺，但這些平臺都不能進(jìn)行調(diào)制式葉綠素?zé)晒獬上?，其廠家也不具備進(jìn)行升級的技術(shù)能力。2016-2017年間IPK為這三套系統(tǒng)升級了PlantScreen專用的FluorCam調(diào)制式葉綠素?zé)晒獬上駟卧约芭涮椎墓膺m應(yīng)室，而且葉綠素?zé)晒獬上駟卧梢耘c原有系統(tǒng)良好兼容，完成高通量光合表型測量。這一更新升級使其原來的表型系統(tǒng)補齊短板，煥發(fā)新生。這3套升級系統(tǒng)一直運行至今，利用升級后的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧寻l(fā)表不少于10篇SCI論文。

IPK發(fā)表的部分引用文獻(xiàn)：

1. Tschiersch H, Junker A, Meyer R C, et al. Establishment of integrated protocols for automated high throughput kinetic chlorophyll fluorescence analyses[J]. Plant Methods, 2017, 13: 1-16.

2. Li M, Hensel G, Melzer M, et al. Mutation of the ALBOSTRIANS ohnologous gene HvCMF3 impairs chloroplast development and thylakoid architecture in barley[J]. Frontiers in plant science, 2021, 12: 732608.

3. Lauterberg M, Tschiersch H, Papa R, et al. Engaging precision phenotyping to scrutinize vegetative drought tolerance and recovery in chickpea plant genetic resources[J]. Plants, 2023, 12(15): 2866.

4. Lauterberg M, Tschiersch H, Zhao Y, et al. Implementation of theoretical non-photochemical quenching (NPQ (T)) to investigate NPQ of chickpea under drought stress with High-throughput Phenotyping[J]. Scientific Reports, 2024, 14(1): 13970.

2024年初，國務(wù)院印發(fā)《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》。其中明確提出“提升教育文旅醫(yī)療設(shè)備水平。推動符合條件的高校、職業(yè)院校（含技工院校）更新置換先進(jìn)教學(xué)及科研技術(shù)設(shè)備，提升教學(xué)科研水平"。2025年1月，國家發(fā)展改革委、財政部再次發(fā)布《關(guān)于2025年加力擴(kuò)圍實施大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新政策的通知》，將支持范圍進(jìn)一步擴(kuò)展至電子信息、安全生產(chǎn)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，重點支持智能化、綠色化設(shè)備應(yīng)用。

在植物表型組學(xué)科研領(lǐng)域，這也意味著國內(nèi)科研單位可以通過國家以舊換新政策支持，像IPK這樣升級更新自己原有的表型平臺，進(jìn)一步增強(qiáng)基因組-表型組相關(guān)研究能力，著力解決種質(zhì)資源“卡脖子"問題。

經(jīng)過十多年不懈的改進(jìn)與研發(fā)，PlantScreen植物表型成像技術(shù)已經(jīng)得到了植物表型組學(xué)研究者的廣泛認(rèn)可，全球安裝量超過60套，其核心的各種表型成像傳感器更是代表了目前植物表型成像技術(shù)的水平，具體請見下表：

基于這些成像傳感器技術(shù)，PlantScreen設(shè)計了多種運行平臺方案，以滿足不同用戶的實際需求。下面我們結(jié)合實際安裝案例與研究成果來一一介紹。您可以從中挑選適合的以舊換新方案。

一、PlantScreen傳送帶版高通量植物表型成像分析系統(tǒng)

PlantScreen傳送帶版高通量植物表型成像分析系統(tǒng)是目前功能全面安裝數(shù)量最多的PlantScreen型號。這一系統(tǒng)基于Plant-to-Sensor（PTS）運行模式，一般安裝與溫室或人工氣候室中，分為植物培養(yǎng)區(qū)和成像區(qū)兩個部分。植物樣品放置于貼有二維碼的樣品盆中，通過傳送系統(tǒng)自動在兩個區(qū)域間運轉(zhuǎn)。通過預(yù)設(shè)程序，實現(xiàn)自動化的培養(yǎng)與表型成像測量，結(jié)合自動稱重澆灌單元，理想情況下可以實現(xiàn)植物全生活史的無人值守自動培養(yǎng)與測量。這一系統(tǒng)既可用于測量擬南芥、煙草等模式植物，也可用于測量玉米、水稻等作物，番茄、生菜、西瓜等水果蔬菜，乃至松樹、椰子等苗木。

正式測量前，樣品先經(jīng)過專門的適應(yīng)室進(jìn)行預(yù)適應(yīng)處理，以消除不同培養(yǎng)位置細(xì)微差異可能造成的測量誤差。成像區(qū)則根據(jù)傳感器類型分為多個專用成像室。成像室的設(shè)計可以使樣品可順序進(jìn)行測量，測量速度快；盡量消除環(huán)境干擾，數(shù)據(jù)精確度高；可同時進(jìn)行頂端和側(cè)面成像。樣品在各成像室之間轉(zhuǎn)移與測量也都由系統(tǒng)自動完成。

引用文獻(xiàn)：

1. Wen Z, et al. 2019. Chlorophyll fluorescence imaging for monitoring effects of Heterobasidion parviporum small secreted protein induced cell death and in planta defense gene expression. Fungal Genetics and Biology 126: 37-49

2. Abdelhakim L O A, Pleska?ová B, Rodriguez-Granados N Y, et al. High Throughput Image-Based Phenotyping for Determining Morphological and Physiological Responses to Single and Combined Stresses in Potato. J. Vis. Exp, 2024, 208: e66255.

二、PlantScreen SC(Self-Containing) 植物表型成像分析系統(tǒng)

PlantScreen SC植物表型成像分析系統(tǒng)為應(yīng)荷蘭瓦格寧根大學(xué)NPEC需求專門開發(fā)的。這一系統(tǒng)相當(dāng)于將PlantScreen傳送帶版高通量系統(tǒng)的成像區(qū)獨立出來并改進(jìn)成一套能自行工作的系統(tǒng)。該系統(tǒng)對安裝環(huán)境要求大大降低，可在溫室、步入式植物培養(yǎng)箱、甚至一般實驗室中使用，同時配備萬向輪，可以在各個使用場景間移動。用戶僅需將樣品托盤放置在系統(tǒng)的樣品加載位，系統(tǒng)即可自動完成包括RGB、葉綠素?zé)晒?、紅外熱成像等所有表型數(shù)據(jù)的成像測量。日常使用與維護(hù)工作都更加簡便。

引用文獻(xiàn)：

1. Theeuwen T P J M, Wijfjes R Y, Dorussen D, et al. Species-wide inventory of Arabidopsis thaliana organellar variation reveals ample phenotypic variation for photosynthetic performance. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024, 121(49): e2414024121.

2. Langan P, Cavel E, Henchy J, et al. Evaluating waterlogging stress response and recovery in barley (Hordeum vulgare L.): an image-based phenotyping approach. Plant Methods, 2024, 20(1): 146.

三、PlantScreen XYZ三維移動式植物表型成像分析系統(tǒng)

PlantScreen XYZ三維移動式植物表型成像分析系統(tǒng)基于Sensor-to-Plant運行模式設(shè)計，無需樣品傳送帶，也不設(shè)置成像室。所有成像傳感器均安裝與一個掃描成像平臺上。這個掃描成像平臺通過機(jī)械裝置可以在XYZ三個方向自由移動，根據(jù)下方樣品的位置、高度自動調(diào)整并測量。這一系統(tǒng)的優(yōu)點在于樣品可以種植在樣品盆中，也可直接種在土壤中，還可以進(jìn)行水培。系統(tǒng)的大小可靈活定制，既可安裝在大型溫室中，也可以用于小型培養(yǎng)室或步入式培養(yǎng)箱。

引用文獻(xiàn)：

1. Kumar P, et al. 2021. Molecular Mapping of Water-Stress Responsive Genomic Loci in Lettuce (Lactuca spp.) Using Kinetics Chlorophyll Fluorescence, Hyperspectral Imaging and Machine Learning. Front. Genet. 12:634554

2. Simko I, Zhao R. Phenotypic characterization, plant growth and development, genome methylation, and mineral elements composition of neotetraploid lettuce (Lactuca sativa L.). Frontiers in Plant Science, 2023, 14: 1296660.

3. Adhikari N. D, Simko I, Mou B. 2019. Phenomic and Physiological Analysis of Salinity Effects on Lettuce. Sensors 19, 4814.

4. Ugena L, et al. 2018. Characterization of Biostimulant Mode of Action Using Novel Multi-Trait High-Throughput Screening of Arabidopsis Germination and Rosette Growth. Front. Plant Sci. 9:1327

四、PlantScreen緊湊式植物表型成像分析系統(tǒng)

PlantScreen緊湊式植物表型成像分析系統(tǒng)將表型成像測量、LED光照培養(yǎng)和自動稱重澆灌等功能融為一體，實現(xiàn)對擬南芥、小株煙草、作物/蔬菜幼苗的自動培養(yǎng)與連續(xù)表型測量。成像室與培養(yǎng)室由自動控制的氣動門隔開，多個樣品托盤根據(jù)設(shè)定程序，由傳送帶從培養(yǎng)室依次進(jìn)入成像室測量，測量完畢后再回到培養(yǎng)室原位置。這一系統(tǒng)占地面積較小，對安裝條件要求不高，可安裝在一般實驗室或培養(yǎng)室中。

引用文獻(xiàn)：

1. Flütsch S, et al. 2020. Glucose uptake to guard cells via STP transporters provides carbon sources for stomatal opening and plant growth. EMBO Reports 21:e49719

五、PlantScreen植物根系表型成像分析系統(tǒng)

為解決地下根系表型測量，PlantScreen在高通量傳送帶式系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計了專門的根系表型成像分析系統(tǒng)。這一系統(tǒng)配備專用的根盒，通過透明根窗來對根系形態(tài)與生長動態(tài)進(jìn)行測量。在不需要測量的時候，通過擋板遮蓋住根窗，防止外界光線對根系生長造成影響。根盒配備3層定位（頂部、中部、底部）根系澆灌單元，實現(xiàn)對根系的均勻澆灌。系統(tǒng)可同時對地上部植株進(jìn)行RGB、葉綠素?zé)晒獾缺硇统上駵y量分析，實現(xiàn)植物地上地下的表型測量。

引用文獻(xiàn)：

1. Ebrahimi Naghani S, ?meringai J, Pleska?ová B, et al. Integrative phenotyping analyses reveal the relevance of the phyB-PIF4 pathway in Arabidopsis thaliana reproductive organs at high ambient temperature. BMC Plant Biology, 2024, 24(1): 721.

六、PlantScreen野外移動式表型成像分析系統(tǒng)

為了對野外植物與大田作物進(jìn)行原位表型測量，PlantScreen將XYZ系統(tǒng)的表型掃描平臺安裝在各種野外機(jī)動平臺，包括手動平臺、電動助力平臺、拖拉機(jī)平臺以及自動掃描平臺。掃描平臺高度可根據(jù)植物高度進(jìn)行調(diào)整，從而適用于各種不同的植物樣品。這一系統(tǒng)也可以部署到溫室甚至實驗室中進(jìn)行相關(guān)表型測量。

引用文獻(xiàn)：

1. Stefański P, Rybka K, Matysik P. Phenotyping of winter triticale canopy density in field conditions using an RGB camera[J]. Biuletyn Instytutu Hodowli I Aklimatyzacji Ro?lin, 2024

 七、PlantScreen全自動高通量瓊脂培養(yǎng)植物表型成像分析系統(tǒng)

PlantScreen全自動高通量瓊脂培養(yǎng)植物表型成像分析系統(tǒng)是一套專門為瓊脂平板培養(yǎng)植物進(jìn)行自動接種、培養(yǎng)與表型成像分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)為全自動機(jī)器人操作，包括傾倒瓊脂、播種、層積催芽、接種、成像分析全自動運行?？扇菁{2160個特制培養(yǎng)皿的全自動全流程高通量表型分析。系統(tǒng)由具備GMO（轉(zhuǎn)基因生物）控制區(qū)的環(huán)控室（可選配）、操作臺、培養(yǎng)柜（包括層積催芽柜）、機(jī)器人及成像工作站等組成，可進(jìn)行根系形態(tài)成像分析、GFP等熒光蛋白成像分析、葉綠素?zé)晒獬上穹治?、多光譜成像分析、高光譜成像（透射光）分析及熒光高光譜成像分析等。

八、PlantScreen藻類表型成像分析系統(tǒng)

由于藻類樣品的特殊性，對藻類進(jìn)行表型成像分析需要進(jìn)行專門的設(shè)計。PlantScreen藻類表型成像分析系統(tǒng)專門用來對多孔板中的藻類樣品進(jìn)行表型測量。系統(tǒng)包括藻類自動培養(yǎng)、樣品加注、葉綠素?zé)晒獬上衽c高光譜成像等功能。樣品多孔板的轉(zhuǎn)運都通過機(jī)器人完成，從而實現(xiàn)無人值守的高通量藻類表型自動測量。

易科泰生態(tài)技術(shù)公司致力于“生態(tài)、農(nóng)業(yè)、健康"科學(xué)研究與監(jiān)測/檢測技術(shù)方案推廣、研發(fā)與應(yīng)用服務(wù)，為國內(nèi)高?？蒲信c生產(chǎn)應(yīng)用提供各種定制化的葉綠素?zé)晒馀c植物表型成像技術(shù)方案，助力本次設(shè)備更新與升級，已協(xié)助數(shù)十家科研單位完成了葉綠素?zé)晒獬上?、種質(zhì)資源檢測、植物表型成像分析、光合儀等科研設(shè)備的以舊換新項目。

作為PlantScreen植物表型成像技術(shù)的中國技術(shù)推廣與服務(wù)中心，僅2023年初至2025年初兩年間，易科泰已為國內(nèi)科研單位安裝了8套各種型號的PlantScreen植物表型成像系統(tǒng)。這些系統(tǒng)已經(jīng)助力相關(guān)單位取得了初步的科研成果。

上面我們介紹了目前PlantScreen系統(tǒng)的各種型號功能、部分安裝案例與科研成果。由于篇幅所限，內(nèi)容都較為簡單。歡迎各位老師與易科泰聯(lián)系咨詢，索取詳細(xì)介紹、用戶目錄、科研文獻(xiàn)等。

同時，易科泰還可以提供各種具備自主知識產(chǎn)品的國產(chǎn)化植物表型成像平臺與技術(shù)方案。使用的表型傳感器技術(shù)可比肩PlantScreen，成像平臺則更加靈活多樣，可為用戶量身打造，實現(xiàn)科研技術(shù)水平、費用和安裝場地空間的優(yōu)化。

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心動不如行動，歡迎各位老師與易科泰聯(lián)系咨詢！