PlantScreen高スループット植物表現型イメージング解析プラットフォーム（コンベア版）（一）

PlantScreen高フラックス植物表現型イメージング分析プラットフォームは国際的に有名な会社PSI社が開発・生産し、LED植物知能培養、自動化制御システム、クロロフィル蛍光イメージング測定分析（拡張可能なマルチスペクトル蛍光イメージング）、植物熱イメージング分析、植物近赤外イメージング分析、RGB真彩3 Dイメージング、高スペクトルイメージング、3 Dレーザースキャンイメージング分析、RhizoTron根系イメージング分析、自動バーコード識別管理、自動秤量と灌漑システムなど多くの先進技術、最適化の方式で大量の植物サンプルの全方位生理機能と形態構造の自動イメージング分析を実現し、トウモロコシ、イネ、小麦、大豆及びヤシなどの熱帯作物の高スループット表現型イメージング分析測定、ストレス応答イメージング分析測定、成長分析測定、生態毒理学研究、性状識別、耐性スクリーニング、作物遺伝育種及び植物生理生態分析研究などに用いる。

PlantScreen技術的特徴：

1.モジュール式構造、配置が柔軟で、異なる機能モジュールを選択することができ、システムは強大な拡張性を備えている

2.世界をリードするFluorCam葉緑素蛍光イメージング技術は、作物の生理生態機能性状の必須分析技術であり、独自の高感度葉緑素蛍光イメージングレンズを搭載し、イメージング面積は35 cmx 35 cmまたは80 cmx 80 cmを選択可能である

3.異なる表現型イメージング解析モジュールを選択可能：

1)クロロフィル蛍光イメージングユニット、単幅イメージング面積35 cmx 35 cmまたはオプション80 cmx 80 cm

2)GFPなどの蛍光蛋白イメージング、マルチスペクトル蛍光イメージング分析などを含むマルチ励起発光、マルチスペクトル蛍光イメージングモジュール

3)3D RGB上部と側面の2つの高解像度RGBレンズ、0-360度回転プラットフォーム、光源ランプを含む可視光撮像解析ユニット

4)高スペクトルイメージング分析ユニット、VNIR高スペクトルとSWIR高スペクトルを選択配合に供する

5)赤外線熱イメージング分析ユニット（標準配置頂部2次元イメージング分析、選択配置頂部と側面3 Dイメージング分析）、植物干ばつストレス、気孔導度イメージング分析に用いる

6)3Dレーザー走査ユニットは、作物の3 D点雲モデルと形態構造分析に用いられ、PSI専門技術は、クロロフィル蛍光イメージング、高スペクトルイメージングなどを3 D点雲モデルに投射して3 D分析、作物成長モデル研究などを行うことができる

7)ルートイメージング解析ユニット、RhizoTronルートウィンドウ技術

8)NIR植物の水分状態を分析するための（近赤外）イメージングユニット、3 D近赤外イメージングをオプションで配合可能

9)自動秤量・灌漑システム

4.世界独自のインテリジェントLED光適応室により、作物表現型イメージング分析前の安定した比較可能な光適応と暗適応を確保

5.Shoot & Root Phenotyping植物の表現型を全面的に分析する

6.植物転送システムはお客様のニーズに合わせてカスタマイズ、拡張可能

7.お客様はスマートLED温室または作物成長室（オプション）をカスタマイズし、昼夜リズム、曇りがちな天気などをシミュレーションすることができ、伝送システムは植物を成長室から光適応室に自動的に伝送してからイメージング室に入ってイメージング分析を行い、遠隔オンラインブラウズ分析を行うことができる

8.強力な機能を持つオペレーティングシステム及び作物表現型ビッグデータプラットフォームであり、ブレード追跡監視機能、3 D投射機能を備える

9.PSI表現型研究センターの専門家チームの技術サポートは、毎年アメリカとヨーロッパでそれぞれ1回の世界植物表現型シンポジウムを開催している

国際植物表現型分析技術の応用状況

世界初のFluorCam植物葉緑素蛍光イメージングシステムを開発・製造したメーカーとして、PSI社は植物表現型イメージング分析分野で世界の技術の上位に位置し、そのFluorCam葉緑素蛍光イメージングシステムは最初に植物表現型分析研究に応用され、代表的な論文としてCeline Rousseauなど（High throughput quantive phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis、Plant Methods 2013）がある。FluorCam技術に基づいてRGB 3 Dイメージング分析、高スペクトルイメージング分析、近赤外イメージング分析、赤外熱イメージング分析及びレーザレーダ走査分析などの先進技術を集積したPlantScreen全自動高フラックス植物表現型イメージング分析プラットフォームは、現在世界で最も先進的な表現型グループ学と作物遺伝育種研究装置（応用例は別途）となっている。

システム構成と動作原理：

一連のシステムは自動化植物伝送システム、光適応室、FluorCam葉緑素蛍光イメージング、RGBイメージング、高スペクトルイメージング、根系イメージング、植物赤外線熱イメージング、植物近赤外イメージング、自動灌漑と秤量システム、植物標識システム、制御システム及び表型ビッグデータプラットフォームなどから構成され、温室或いは成長室内の植物は自動識別伝送システムを通じて光適応室内に搬送され、それから必要な灌漑秤量を行い、それから伝送ベルトからイメージング室に行ってイメージング分析などを行い、最後に植物は自動的に元の位置に戻る。システムサーバおよびデータ分析プラットフォームは、オンラインで収集分析し、データベースシステムに自動的に格納する

技術指標：

1. 光適応室：

·植物表現型分析データの信頼性を確保するために、作物イメージング分析前に均一で安定した光適応または暗適応を行う

·インテリジェント冷白色LED（6500 K）＋遠赤色LED（735 nm）光源は、植物に放射昇温効果、光強度がない1000 μmoles /m2/s0-100%（ステップ増幅1%）調整可能

·室内に適応換気システムにより空気交流換気を維持する

·高度に応じて結像高さ等を調整するための植物高度レーザモニタリングシステムを備える

·植物の移動とイメージングプログラム（imaging protocols）を制御する同期性を調整するためのレーザー測位システムを備える

·垂直フラップにより、周囲光およびイメージングシステムからの分離を確保

·システムの動作と植物の移動状況の監視を常に維持するためのIP監視レンズを備えている

·規格容量8鉢／培養シート

2.RGB 3D構造撮像解析ユニット


a)2個の高解像度RGBレンズ（上部と側面）、次世代CMOSカラーセンサ、解像度12.8 Mpix（4096 x 3000）、画素サイズ3.45µm

b)イメージングの高さは顧客定義または設定可能、範囲0-1050 mm、精度3 mm

c)360度回転プラットフォーム、LED均一光源照明

d)データ転送：ギガビットイーサネット

e)測定パラメータ：葉面積、植物固体度／固体度、葉周長、偏心率、葉円形度、葉幅指数、植物円形直径、凸包面積、植物重心、成長高さ、植物最大高さと幅、相対成長速度など

f)色分割分析、植物適合度評価、実験生の長期葉面積動態変化比較分析、緑度指数、色分類分析（健康緑色、明るい緑色、暗い緑色、その他の色）などの表現型パラメータを行うことができる

3.FluorCamクロロフィル蛍光イメージングユニット

a)撮像面積：35×35 cmまたはオプション80 x 80 cm

b)オレンジ620 nm LEDパルス変調測定光源

c)2色光化学光、オレンジ620 nm LEDと冷白色LED光源

d)冷白色LED飽和光フラッシュ、最大光強度4000µmol(photons)/m².s

e)735nm LED赤外光源は、Fo’等の測定に用いる

f)GFP定常蛍光測定用の青色光源と7ビットフィルタリングを選択可能

g)高感度葉緑素蛍光イメージング専門CCDセンサ、1.4 M分解能、A／D 16ビット、ビデオモードとスナップショットモードを備える

h)測定パラメータ：Fo、Fm、Fv、Fo'、Fm'、Fv'、Ft、Fv/Fm、Fv'/Fm'、PhiPSII、NPQ、qN、qP、Rfd、ETRなど、植物の光合成効率、適合度、生物と非生物ストレス及び作物抵抗性、回復力などの分析に用いる

i)Fv/Fm、Kautsky誘導効果、蛍光消光解析等完全自動化測定プログラム（protocols）と測定パラメータ、例えばFv/Fmプログラムの測定時間はわずか10 s

j)クロロフィル蛍光データのオンライン分析、ヒストグラム、測定パラメータ図、データテーブルなどを含み、カスタム画像分割などの機能を備える

4. マルチスペクトル蛍光イメージングモジュール

·PAMクロロフィル蛍光イメージングを実行できるだけでなく、GFP/YFPなどの蛍光蛋白イメージング、マルチスペクトル蛍光イメージングも可能

·9LED励起光源：UV（365nm）、シアン光源（440 nm）、青色光源（470 nm）、緑色光源（530 nm）、琥珀色光源（590 nm）、オレンジ光源（630 nm）、深紅光源（660 nm）、遠赤光源（730 nm）及び冷白色光源（5700 K）

·ポリフェノール類（フラボノイドアルコール類、アントシアニンなど）、N素指数などをイメージング分析できる

·解像度1360 x 1024ピクセル、binning 2 x 2、680 x 512ピクセル

5. 赤外線熱イメージングユニット

·イメージングセンサ：焦点平面アレイ微細熱放射計、分解能640×480画素、感度30 mK（0.03°C）、帯域7.5-13μm；

·高解像度赤外線熱イメージングをオプションで搭載し、解像度は1024 x 768ピクセル、感度は20 mK（0.02°C）

·温度範囲-20–120℃、分解能<0.03℃@30℃/30 mK

·専用イメージング光源：測定植物に安定した熱環境を提供するための冷白色LED光源板、6500 K、最大光強度1000µmol（photons）/m².s、0-100%調整可能

·温度動態Protocolsを備え、照明強度、持続時間、熱イメージング分布データを同期的に取得し、植物の温度分布動態などを研究分析する

·温度基準センサ（reference sensors）を備える

·測定パラメータ：植物の各点の実際の温度、植物表面温度分布図

·データ取得、分析、記憶などのための専門分析ソフトウェア

6. NIRイメージング解析ユニット（オプション）：

·イメージングモニタリングに用いて植物水分状態分布を分析し、偽カラーパレットを備え、比較分析を便利にし、脱水植物を迅速にモニタリングすることができるため、干ばつストレス条件下での植物水分の動態変化応答及び水分利用効率などをモニタリング評価することができる

·RGBイメージング形態構造パラメータ及びFluorCam光合成効率パラメータと相関分析などを行うことができる、干ばつ過程と復水過程を遡及する動的応答などを完全に記録することができる

·水分吸収スペクトルと940 nm参照スペクトルを測定することにより、環境光及び陰影効果を効果的に回避する

·InGaAsセンサ、有効チップサイズ9.6 x 7.7 mm、帯域範囲900－1700 nm、分解能638 x 510画素、フレーム周波数118 fps、A/D 14ビット

·トップとサイドの2レンズ3 Dイメージング解析をオプションで設定可能

·ルート系の近赤外イメージング解析を行うためのルート系イメージング解析ユニットを選択

7. 可視光−近赤外高分光イメージングユニット

· 撮像波長範囲：400〜950 nm（または350〜900 nm）

·イメージングセンサ：プッシュスキャン式線形スキャンセンサ、専用スキャン光源を搭載

·画素分散：0.28 nm／pixel

·スペクトル分解能0.8 nm FWHM

·スペクトル帯域数（帯域数）：1920帯域

·空間解像度：1000

·入射スリット幅：25μm

·フレームレート：45 fps

·CMOS検出器、絞りF/2.0、GigEネットワークインタフェース

·自動参照キャリブレーション、線形スキャン、高さ調整可能

·測定パラメータ：帯域ごとの反射スペクトルイメージング図及び全スペクトル曲線、そして自動で以下の植生指数を計算することができる：正規化指数NDVI、単純比指数SR、改良葉緑素吸収反射指数MCARI、改良葉緑素吸収反射指数1 MCARI 1、最適化土壌調整植生指数OSAVI、緑度指数G、転換類ホロプシン指数TCARI、三角植生指数TVI、ZMI指数、単純比値色素指数SRPI、正規化脱マグネシウム作用指数NPQI、光化学植生反射指数PRI、正規化葉緑素指数NPCI、Carter指数、Lichtenthh aler指数、SIPI指数、Gitelson−Merzlyak指数、アントシアニン反射指数など

8. 短波赤外高分光イメージングユニット

·撮像波長範囲：900〜1700 nm

·イメージングセンサ：プッシュスキャン式線形スキャンセンサ、専用スキャン光源を搭載

·スペクトル分解能：2 nm（FWHM）

·スペクトル帯域数：510バンド

·空間分解能636

·測定パラメータ：バンド毎の反射スペクトルイメージング図及び全スペクトル曲線、無損失測定植物全体及び異なる部位の水分含有量変化（右図では青色が深いほど水分含有量が高い）

9. 3Dレーザー走査ユニット：

·上部と側面のレーザー走査、660 nmレーザー、植物の正確な3 Dモデル構築に使用され、解像度は1 mm未満

·トップスキャン距離60 cm、顧客定義サイドスキャン距離

·3D点群モデル、RGBイメージング、クロロフィル蛍光イメージングデータなどは3 Dモデルと重ねて分析することができる

·植物構造、バイオマス、葉数、葉面積、葉傾斜角度、植物高さなどの構造形態パラメータ