WIWAM植物表型成像系统由比利时SMO公司与Ghent大学VIB研究所研制生产，整合了LED植物智能培养、自动 化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、植物多光谱分 析、植物CT断层扫描分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像等多项*技术，以较优化的方式实现大量植物样 品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植 物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。

WIWAM Line植物表型研究设备产品说明

WIWAM Line是一款高通量可重复性表型机器人，用于对小型植物，如小玉米植物研究。该机器人可定期对多种植物参数进行自动化灌溉和并测量多种植物生长参数。WIWAM line代替了很多手工处理，省时省钱，精度较高。

WIWAM Line由花盆定位桌面，不同个体线路，底层端口机器人以及1或多个成像或称重/浇水站组成。全套系统可以安装在现有生长室，内置高品质工业部件。

植物在各自花盆内生长，预设时间间隔，机器臂提取植物，将其带到成像和称重浇水工作站。机器人将桌面上的线路移到旁边，生成机械臂到定位花盆所需空间，并将其提升脱离桌面。RFID读取装置以及花盆底部的RFID标签，可作为额外花盆识别法，识别和校正桌面上因手工花盆安置造成的错误。通常旁边取景照相机从不同角度获得图像。成像站可安装一系列照相机系统。组合称重/浇水站集成在机器臂上。花盆中植物在浇水时旋转以获得较佳水分布。灌溉精度较高可达+/- 0.1 mL。另外，灌溉可基于自动目标重量计算或固定量。在整个实验过程中，可有效控制土壤湿度水准。集成光温度和湿度传感器可监控温度，详细记录实验生长条件。

植物表型成像系统WIWAM Line产品特点

1、浇水时花盆旋转以获得较佳水分布

2、高精度灌溉(达0.1mL !).

3、WIWAM Line 可配置环境传感器

4、WIWAM Line 配有直观用户界面

5、开放式数据库结构

6、可提供全定制系统

成像系统优势

所有表型平台均为SMO工程部门自主设计、针对课题组的研究项目快速、准确提供技术方案，设备中诸多备件为自主生产和设计；公司软件设计团队针对具体项目提供有针对性的WIWAM定制软件；SMO和VIB自主开发PIPPA 数据管理、视觉成像和分析软件，系统有效处理整个实验设计的大数据；PIPPA 软件可安装在网络服务器上（包括专有用户管理系统），网络中每个计算机均可操作；在PIPPA软件内，可集成整合外来分析数据和文本；易于获取数据库和原始图像数据；与客户自有IT技术设施进行整合；针对客户对表型设备运行环境了解欠缺的事实，提供表型设备生长室、温室建设交钥匙设计方案，实现环境参数如 照明、温度、湿度等控制，提供一站式表型研究解决方案；专门技术人员维护设备、定期指导维护硬件；代理密切沟通服务、提供支持反馈；自主电路设计、建筑内电柜设计、机械电缆布线以及PLC管理所有室内设施，将工业领域理念灌输到科研中；多篇利用WIWAM系统进行研究的文章发表在*期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增长的用户群；采用开放式框架设计，可整合市面上的所以种类成像模块。

应用领域

遗传资源和序列数据快速积累，但将该信息与基因功能相关联的进程要缓慢的多，这表明植物表型是理解基因 编码过程以及应用该知识作物产量的主要瓶颈。表型工作是较耗劳力和较具技术挑战性的部分，成本高且耗时。但该“表型瓶颈"已可通过集成新型图像获取技术、机器人技术、图像分析技术以及数据处理技术解决。WIWAM 植物表型成像系统集成了这些技术，替代了很多人工处理。该植物表型平台可应用到多个研究领域，包括植物生 长调节、耐旱研究、植物生理、盐碱或重金属胁迫反应等。也可在不同光照条件，营养水平或土壤类型下，研究化 学物影响.

WIWAM Line高通量植物表型平台产品可选配模块

可见光RGB成像模块

可见光RGB成像是所有高通量植物表型平台的核心部分，它分辨率高、测量快速、科研中应用较多、发表文章较多，可以捕获与植物生长和发育相关的大量参数。此外，它们可以提供植物形态和结构的测量，并且包含颜色信息。参数如下：

叶面积、植物紧实度／紧密度、叶片周长、偏心率、叶圆度、叶宽指数、植物圆直径、凸包面积、植物质心、节间距、生长高度、植物三维较大高度和宽度、相对生长速率、叶倾角、节叶片数量。

叶绿素荧光成像模块

叶绿素荧光成像属于定制化设计，成像面积范围是从30x30cm到200x200cm，是目前适合大型植物植株成像的荧光成像系统。它可以顶部成像，也可以侧面成像，甚至顶部和侧面都成像；集成到高通量植物表型平台中，进行高通量的光合表型测量。该模块技术参数如下：Fo, FI, Fm, Ft, Fm’, FI’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, φRO, NPQ, qN, qP, Rfd, NDVI,  RNIR, RChl, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index等。

叶绿素荧光成像技术参数

群体植物光合长期监测模块

实时对植物进行多传感监控：PSII较大和有效效率，光强，辐射，ETR以及植物面积。群体植物光合长期监测传感器是一款自动多传感器，可测量PSII与较大效率(Fv/Fm)、有效效率相关的参数。通过镜像系统，通过内置计算机控制，激光束打到植物上。每5秒钟，激光束不断变化在植物上的位置，每次循环可生成数百个测量点。系统编程测量每个激光点的PSII效率，光强以及辐射。计算参数有PAR光，Fq’/Fm’以及ETR(电子传 递速率)。ETR与CO2吸收相关。植物面积可从含有叶绿素的测量位置数计算出来。传感器上面有2个内置Licor传感器，PAR传感器以及辐射传感器。传感器可集成在*LetsGrow系统中以及wiwam系统中。在系统中，可监测来自该传感器的所有数据并与其它环境数据进行对比。 

激光点测量参数：

较小(Fo或 Fs)以及较大(Fm或Fm)叶绿素荧光信号、CropObserver顶部光强、CropObserver顶部辐射、计算机24/7实时信息、实时Fv/Fm 和Fq /Fm平均值与分布、实时PAR平均值 µmol/s/ m2、实时辐射平均值 /s/ m2、实时ETR平均值与分布、植物面积

近红外成像模块

近红外成像主要用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。

近红外成像模块技术参数

红外热成像模块

红外热成像主要用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐 射或低水条件（干旱）。

红外热成像模块技术参数

高光谱成像模块

高光谱成像在估测植物各种生化组分的吸收光谱信息及植物生长情况的检测上表现出了强大的优势，主要用于植物 的营养状况、水分含量、长势情况、病虫害情况监测等。

高光谱成像模块技术参数

激光3D扫描多光谱成像模块

激光3D扫描成像能够耐受全日照辐射而不影响测量，在高精度测量三维点云信息的同时，测量400-900 nm范围内4 个波段的多光谱成像，使得我们可以得到植物在X、Y和Z轴上所有坐标点的多光谱信息，通过点云的空间深度信息和角 度信息，可以对光谱信息进行有效的校准，从而获得较加有效的数据。

激光3D扫描多光谱成像模块技术参数

根系CT成像模块

根系CT成像是植物表型平台的重要组成部分，成功的实现了原位监测植株根系状态，并对直径20cm花盆内自然土 壤中的根系进行扫描和重建。

根系CT成像模块技术参数

IT解决方案和储存

WIWAM软件在工业计算机上运行，触摸屏。该软件配有用户友好图形界面，用于控制机器人站行为以及以较高灵活度设计设计实验。可同时运行多组实验，可运行不同随机模式，可及时规划单个植株或一组植株的处理。在预设启动时间，PC机将向工业PLC发送指令，照管机器人移动。所有成像，称重/浇水以及环境数据均可存于SQL数据库，记录后可用于分析记录。系统采用了开放式数据库结构，可以直接获取图像。该平台可以与高性能计算相连，用于分析储存数据或者可与本地服务器设施整合。

SMS邮件服务可以通知用户机器报警和错误，可尽快进行用户干涉。系统可于任一点暂停和停下，UPS(不间断电源)可防止数据丢失和确保在停电后全系统恢复。该软件也有平台管理员系统设置和维护行为通道。

图像分析和数据可视化

WIWAM Conveyor有VIB开发的图像分析和数据可视化软件支持，此软件包，称为PIPPA，是网络界面和数据库，一方面用来为不同类型的WIWAM植物表型平台提供管理的工具，另一方面用于分析图像和数据。

PIPPA与该平台通讯，通过将PIPPA网络界面生成的实验结果传到平台。每个花盆的处理和基因型信息已在数据库限定以确保在整个实验中的数据一体性。实验期间PIPPA对来自平台的称重，灌溉测量，环境数据，错误记录以及图像信息进行处理分析。PIPPA支持这些图像后续处理(旋转/收获/等)。图像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可设置于网络服务器运行(独立版本)或计算机群运行，以快速生成结果。随后，通过检查数据是否在特定阈值之内可在网络几面对输出文本进行验证，例如，是否生长相关性状，如植物枝条面积一段时间内是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利时WIWAM植物表型成像系统的中国区总总代理，全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务。

WIWAM Line植物表型研究设备应用案例

WIWAM叶绿素荧光成像模块是革新性的植物叶绿素荧光成像系统，是专门针对整个植株成像的相机系统，成像方式为远程成像，高分辨率和高速成像。生成图像提供了光合作用性能信息。该模块有两种版本: 高分辨率版本和高速版本。同时配有分析软件，可为科学研究和工业应用提供少有的解决方案。所依据的原理是基于持续激发成像荧光计，用以测量Kautsky响应曲线。采用了高能红灯来使光合作用饱和，通过使用敏感相机，在不同时间点对相应曲线成像以测量F0和Fm。依赖于所拍摄图像的有效信号/噪音比，相机积分时间是从20µs-1ms。红光灯的典型照射强度是1000-5000µmol/(m2s)。

利用叶盘生物测定、叶绿素荧光和多光谱成像技术筛选克罗地亚本土葡萄品种对葡萄霜霉病的敏感性

摘要

在葡萄生产可持续发展的时代，人们越来越需要确定葡萄品种之间霜霉病易感性的差异。克罗地亚是一个葡萄种植传统悠久的国家，保存着大量的本土葡萄品种。根据国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）452-1的描述，已经对其中25株进行了叶盘生物测定，以确定它们对霜霉病的反应，进行了叶绿素荧光和多光谱成像的叶盘应激反应，包括11个参数。测量时间点如下：处理前（T0）、接种后一天（dpi）（T1）、两dpi（T2）、三dpi（T3）、四pi（T4）、六dpi（T5）和八dpi（T6）。在接种后的第七天，对已发育的葡萄浆菌（P.viticola）产孢形式的可见变化进行了评估。结果表明，这里使用的方法可以区分对霜霉病有不同反应的品种。根据所获得的结果，提出了在没原体的情况下的表型模型，这需要进行更广泛的研究来确认。 

关键词：葡萄、霜霉病、生物胁迫、叶绿素荧光、光谱指数、成像方法学、表型模型