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英國Anglia A.I.公司PhenoSeed自動化種子發(fā)芽分析系統(tǒng)
日期:2020-08-14 14:34:08

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PhenoSeed自動化種子發(fā)芽分析系統(tǒng)是由英國Anglia A.I.公司研發(fā)的一款可實時對種子發(fā)芽性狀自動分析的系統(tǒng),PhenoSeed系統(tǒng)可高通量分析種子發(fā)芽的形態(tài)特征、形態(tài)分類、發(fā)芽率等,數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、重復(fù)性高,PhenoSeed系統(tǒng)完全兼容Jacobsen發(fā)芽床。


應(yīng)用領(lǐng)域

適用于小麥、玉米、苜蓿、水稻、谷子、高粱、蔬菜、花卉、樹木種子等的種子性狀研究,也可根據(jù)研究需求定制其它物種。


測量參數(shù)


系統(tǒng)參數(shù)

1. PhenoSeed硬件系統(tǒng):

1.1 發(fā)芽床:

1.1.1 工作溫度為+4 ~ +40°C

1.1.2 溫度調(diào)整幅度:±0.1℃

1.1.3 溫度精確度:±0.5°C

1.1.4 外形尺寸:1650mm(寬) x 950mm(深) x 1010mm(高)

1.1.5 測量面積:1450mm(寬) x 820mm(深)

1.1.6 冷凝器:功率230V/ 50Hz, 1.6Kw

1.1.7 照明:帶空氣冷卻的照明系統(tǒng)

1.1.8 隔離罩:系統(tǒng)配備隔離罩,用于保持發(fā)芽環(huán)境的濕度

1.2 觸摸屏:7英寸(用于控制溫度、濕度、光線、晝夜循環(huán)、定時等)

1.3 帶USB的板載數(shù)據(jù)記錄儀功能

1.4種子萌發(fā)自動成像系統(tǒng)

1.4.1 成像單元:1套高清自動對焦成像單元

1.4.2 像素:1800 - 2400萬像素

1.4.3 多光譜成像單元:可選配多光譜成像單元

1.4.4 成像系統(tǒng)尺寸:1650mm(寬) x 950mm(深) x 350mm(高)

1.4.5 結(jié)構(gòu):鋁型材框架,可自動在測量面積內(nèi)對種子進(jìn)行成像

1.4.6 連接:RJ45以太網(wǎng),Wi-Fi

1.4.7 界面:7寸電容觸摸屏

1.4.8 電源要求:220~240V交流

1.4.9 成像:種子層的俯視圖,1小時間隔,每張圖片1800 - 2400萬像素

 

2. PhenoSeed控制軟件:

2.1 用于二維碼生成和識別技術(shù)的服務(wù)器或基于云的控制軟件

2.2 自動管理多個項目、實驗、植物基因型和物種

2.3 數(shù)據(jù)可以下載到USB存儲器或以編程方式提取(RESTful API)用于工作流集成

2.4 采用7英寸觸摸屏界面控制

 

3. PhenoSeed分析軟件:

3.1 基于圖形用戶界面(GUI)的分析軟件,可以在Windows操作系統(tǒng)中操作

3.2 基于GUI的性狀表型分析模塊:種子大小、顏色、形狀、發(fā)芽率、發(fā)芽時間、種子排序(1~5)、種子活力(基于形態(tài)變化)、發(fā)芽顏色。

3.3 對上述分析的種子進(jìn)行種子分級(對于多光譜評估,需要不同的相機設(shè)置)

3.4 基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理

3.5 可下載的基于csv的文件、處理過的圖像(.jpg)和發(fā)芽相關(guān)特征圖(.jpg)

 

應(yīng)用案例

近日,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)交叉研究中心周濟教授作為第一通訊作者與英國約翰.英納斯中心(John Innes Centre)的Steven Penfield教授、先正達(dá)種業(yè)集團(Syngenta Seeds,歐洲區(qū))的Rene Benjamins博士共同在國際植物學(xué)著名期刊《新植物學(xué)家》(New Phytologist主要出版植物學(xué)領(lǐng)域高質(zhì)量和創(chuàng)新性研究內(nèi)容,影響因子8.512)上發(fā)表了關(guān)于種子發(fā)芽表型自動化采集和基于機器學(xué)習(xí)分析的高通量作物種子發(fā)芽表型監(jiān)測平臺——SeedGerm: a cost‐effective phenotyping platform for automated seed imaging and machine‐learning based phenotypic analysis of crop seed germination



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本文對自主開發(fā)的自動化表型采集和分析平臺SeedGerm如何完成作物種子發(fā)芽的自動化時序拍攝、基于圖像的表型分析和基于監(jiān)督式的機器學(xué)習(xí)、針對不同作物類型的高通量性狀分析進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。SeedGerm系統(tǒng)基于經(jīng)濟型的硬件和開源軟件設(shè)計,涵蓋了對小麥、大麥、玉米、番茄、辣椒和油菜等不同作物類型的種子發(fā)芽試驗、發(fā)芽時序圖像,泛化圖像處理、實時訓(xùn)練和基于機器學(xué)習(xí)的表型性狀分析;生成可靠的發(fā)芽性狀分析數(shù)據(jù)集以供量化分析。本文還從統(tǒng)計上分析了幼根突破種皮的時間和評價標(biāo)準(zhǔn),通過生物學(xué)家的評判相關(guān)性、動態(tài)發(fā)芽曲線、多個發(fā)芽率梯度等重要發(fā)芽性狀,對88個油菜品種進(jìn)行基因型-表型關(guān)聯(lián)分析,并定位到了一個關(guān)于脫落酸(abscisic acid,ABA)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的相關(guān)基因。此外,本文還介紹了開源SeedGerm系統(tǒng)在作物發(fā)芽研究、育種和種子監(jiān)測中的應(yīng)用,顯示了其在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中廣泛的應(yīng)用前景。


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SeedGerm的硬件設(shè)備(兩種類型:有線和無線連接)
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SeedGerm的軟件系統(tǒng)
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SeedGerm的核心分析算法
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SeedGerm用于檢測88種具有不同發(fā)芽特性的甘藍(lán)型油菜的遺傳差異

隨著基因組學(xué)和測序技術(shù)的飛速發(fā)展,基因型數(shù)據(jù)海量擴充,而高質(zhì)量表型數(shù)據(jù)的匱乏已經(jīng)逐步成為鑒定基因-性狀關(guān)聯(lián)、解析環(huán)境對性狀的影響,進(jìn)而實現(xiàn)作物改良和加快植物研究的瓶頸。近年來,信息技術(shù)、人工智能和農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)等新興研究領(lǐng)域的不斷完善,多學(xué)科交叉為高通量、自動化作物表型組研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。以植物生命史和田間生產(chǎn)的起點——發(fā)芽為例,種子發(fā)芽和幼苗建成不僅是自然界植物群落形成的主要瓶頸,也是糧食作物和很多園藝作物在田間快速、整齊生長發(fā)育的關(guān)鍵步驟。在科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都是考評品種表現(xiàn)、栽培管理水平的重要依據(jù)。當(dāng)前大部分種子發(fā)芽表型的獲取依然依靠人工識別,對經(jīng)驗和專業(yè)知識有較高要求,通量也受到極大的限制。此外,不同科研人員之間在評判上會有一定的偏差,很難實現(xiàn)完全客觀的量化分析。因此可用于多物種的種子發(fā)芽表型性狀的高通量、高精度、標(biāo)準(zhǔn)化獲取和分析方法的開發(fā)尤為重要和迫切


南農(nóng)大作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室、作物表型組學(xué)交叉研究中心和江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心為第一通訊單位。此外,上海農(nóng)科院農(nóng)業(yè)生物基因中心和南農(nóng)大工學(xué)院盧偉副教授也參與了本項目。英國國立農(nóng)業(yè)植物研究所(National Institute of Agricultural Botany, NIAB)下屬的劍橋作物研究中心(Cambridge Crop Research Centre)也共同參與了本項目的研發(fā)、分析和測試。


周濟,中國國籍,英國皇家生物學(xué)會會士 (The Fellow of the Royal Society of Biology,F(xiàn)RSB);南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)交叉研究中心特聘教授,周濟實驗室主任,博導(dǎo);英國國立農(nóng)業(yè)植物研究所、劍橋作物研究中心數(shù)字科學(xué)研發(fā)部門主管(Head of Data Sciences)、創(chuàng)新實驗室主任,博導(dǎo)。在傳統(tǒng)表型采集和分析算法基礎(chǔ)上,依托南農(nóng)大、劍橋大學(xué)植物科學(xué)系和超算中心,專注于高通量植物表型分析算法、計算機視覺和人工智能算法在表型分析中的開發(fā)和應(yīng)用。2011年博士畢業(yè)至今,以生物信息學(xué)專家的身份參與完成多項交叉基礎(chǔ)、應(yīng)用研究項目。作為主要完成者在Nature,Nature Plants,Plant Cell,New Phytologist, GigaScience和Horticulture Research等國際頂級期刊撰寫發(fā)表學(xué)術(shù)論文25篇,總影響因子超過180,自2015年起被引證超過1000次,其中以第一、通訊、共同通訊作者發(fā)表論文18篇。定期為多家國際頂級學(xué)術(shù)期刊審稿。獲得國際發(fā)明專利1項,英國發(fā)明專利1項。研究成果被多家歐洲媒體報道或?qū)TL,包括英國國家媒體如ITV,BBC,Guardian,Cambridge Network等。


產(chǎn)地:英國Anglia A.I.

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