大田作物表型研究技术方案


表型信息获取与分析是植物功能基因组学和现代作物育种研究的基础。目前,表型检测主要停留在传统小规模、人工获取阶段,人力成本高,效率低,对大批量植物样本的生长测量几乎不可行,表型数据的质量也受人工主观因素影响较大。某些表型参数的获取还具有破坏性,无法实现连续测量。对于成像单元而言,目前在技术上已经实现了可见光成像、近红外成像、红外热成像、高光谱成像、稳态荧光成像、叶绿素荧光成像、根系CT成像、三维激光扫描等功能。这其中,可见光成像是植物表型分析的基础,叶绿素荧光成像是植物表型分析的新兴技术。

易科泰公司针对传统作物表型研究方法的缺点,利用自身在空基无人机遥感技术和陆基叶绿素荧光成像技术的成熟经验,为用户提供高效可行的大批量作物表型研究方案。

一、空基无人机遥感技术

Ecodrone无人机多光谱遥感系统,标配由UAS-8八旋翼无人机平台搭载RedEdge多光谱相机组成。本系统机动灵活、快速高效,可快速获取大田作物多光谱遥感影像。利用遥感分析软件,根据影像光谱特征实施地表植被分类,对作物生长状况进行宏观定性分析。为特征区域实施微观定量研究提供依据。

  1. Ecodrone® UAS-8无人机平台

a)UAS-8无人机具备强大的可扩展性,可灵活安装配置多光谱、高光谱、红外热成像、LiDAR、可见光等各种传感器,可同时安装其中任意两种传感器以同步采集多样化地面信息。

b)有效作业时间30分钟(搭载多光谱相机)。

c)高精度GPS定位模块,支持GPS/北斗双模。

d)具备信号干扰保护,故障保护,低电压自动保护,一键自动返航降落功能。

e)标配4K高清画质彩色成像镜头,帧频30FPS(最大分辨率4K情况下),图片分辨率16MP;光学镜头f/2.8,120度HFOV(可选配82度HFOV无畸变光学镜头);可选配其他高分辨率彩色镜头。

  1. RedEdge-M多光谱成像系统

a)涵盖兰、绿、红、红边、近红外五波段多光谱成像。

b)每像素分辨率高达8cm@120m高度。

c)图像获取速率为1s/次全部5个波段,12比特RAW,视角47.2°。

d)SD卡存储带地理标签的多光谱图像。

e)自带光线传感器,可有效避免曝光不均。

下图为某冬小麦试验田遥感影像及不同生长状态下的植被指数,冬小麦正处于越冬期,植株基本停止生长,苗高越5-8cm。因此根据地面实测结果设定某一经验阈值(如NDVI≥0.5、0.3、0.2)为健康植株,运用遥感软件分析得出整个研究区的小麦长势。可对比RGB影像,颜色越绿表示长势越好。

常用分类参数如下:

A)RGB彩色影像

B)归一化植被指数NDVI

C)增强型植被指数EVI

本系统还可选配其它专业传感器,如红外热成像、高光谱、机载LiDAR等。

二、陆基叶绿素荧光成像技术

叶绿素荧光成像技术可对植株进行高分辨率近景成像,结合无人机遥感影像定性分类成果,选取大田中某一种类作物或某一特定状态(干旱胁迫、病虫害)下的作物,准确测定单一或小批量植株叶绿素荧光特征通过后续分析,得出Fv/Fm、荧光淬灭、光响应曲线、OJIP、Kautsky诱导效应等参数,从而为大田范围精准表型分析提供微观、定量手段。

FluorCam便携式GFP/Chl.荧光成像仪

FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪用来在田间和实验室内对叶片和小植物的荧光参数成像进行动力学解析,典型的成像面积为3.5×3.5 cm。在所有应用中,系统可以对光化光和饱和光诱导的荧光瞬变过程进行成像,光化光照射的时间和强度可以由用户自定义的程序来决定。软件包中包含了各种常用的实验程序和简单实用且功能强大的程序设计语言,用户可以设计自己的闪光序列和测量过程。

FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪是一个轻巧的便携系统,尤其适用于野外实验。系统可以通过专用电池包在野外进行供电,稳固轻巧的三脚架使得野外测量更加简单易行。

功能特点:

  • 便携性强,实验室、野外均可使用
  • 可自己编辑测量实验程序(protocol)
  • 具备自动重复测量功能
  • 既能进行持续光化学光成像测量,又可进行PAM成像测量
  • 带暗适应叶夹,可对样品无损伤测量
  • 可选高分辨率镜头,具备快照模式、视频模式(binning模式)
  • 可选配手持式叶绿素快速荧光动力学测量模块

典型应用样品:

  • 藻类如海带、马尾藻、浒苔、蓝藻群落等
  • 地衣、苔藓、结皮等
  • 整株小植物,如拟南芥等
  • 植物冠层、叶片或者果实,如草莓、黄瓜、小番茄、柠檬、瓜类等
  • 其它光合生物

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