德国 LemnaTec全自动高通量植物3D成像 Scanalyzer 3D|兰州文曦分析仪器有限公司|

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产品介绍

全自动高通量植物3D成像系统 Scanalyzer 3D是“温室自动化 + 高通量成像”技术
机器人技术、图像分析和大规模计算能力的完美结合全自动、高通量对大量植株进行3D成像，从幼苗到成株皆可
特别适合植物功能基因组学和植物表型组学
植物表型和生理研究的强大助手
遗传育种、突变株筛选、表型筛选的强大工具全自动高通量植物3D成像系统——Scanalyzer 3D是一套可以全自动、高通量对大量植株（从幼苗到成熟植株即可）进行成像的系统，可以选择配置可见光（VIS）成像、近红外（NIR）成像、红外（IR）成像、荧光成像或根系近红外成像中的一种或多种，每个成像模块包括顶部和侧面两个摄像头，结合样品旋转装置，就可以对植株进行3D形态学分析。如果做小植株（15 cm以下），也可选配激光扫描3D成像。每一种成像模块都有单独的成像区域（“暗房”），依次进行成像分析

小型版

只能自动传送10盆植物，需手动更换花盆

大型定制版（温室版）

可自动传送1200盆植物的系统

该系统通过可见光成像可以测量植物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等参数；通过近红外成像可以分析植物的水分分布状态、水力学研究、胁迫生理学研究等；通过根系近红外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情况；通过红外成像可以进行植物干旱胁迫研究、蒸腾研究等；通过荧光成像可以分析植物的生理状态。由于所有植物都通过条形码或射频标记，其整个生活史的的不同阶段所有的表型数据都可定期进行测量。

整套系统包括传送带、成像模块、“暗房”、运输车、浇水和称重装置、控制系统等。其中传送带、运输车和植物在温室中运转，所有的植物可以由软件控制在传送带上进行动态分布，以避免由于温室中的光、温、湿分布不均匀造成的影响；成像模块、“暗房”、浇水和称重装置安装在独立的空调房中，并通过传送带与温室相连。

分析模式有两种：一种是软件控制温室中的植物定期传送到“暗房”进行成像分析；另一种是人工携带生长在其他温室中的植物放到“暗房”前的传送带上，进行成像分析。

软件通过成像分析的结果，根据表型数据可以对植株进行高通量筛选。

通过对成像结果的分析，可以进行表型组学研究。目前我国对于作物的研究主要是利用传统的遗传育种方法以及基因组学的方法进行研究，然而仅停留在基因组学研究水平上显然是不够的，并不能全面、彻底地阐明作物的生理功能，特别是作物表型与其产量、生理状态之间的相互关系，以及不同的环境条件对作物生长状况、产量、种质质量等的影响。这就需要对作物进行表型组学的研究，通过研究不同的表型性状来确定作物的遗传性状，并且寻找不同环境因子对作物各种指标影响的阈值，从而能够更加科学地阐明作物生长机理，指导作物生产。

◆ 3D成像
可选VIS、NIR、IR、根系NIR成像、荧光成像中的一种或多种，每种成像有独立的摄像区域（“暗房”），每个“暗房”的顶部和侧面各安装一个摄像头（拍摄顶部和侧面成像）。花盆底座有旋转装置，可以360度旋转，这样可以获得植株4个侧面的成像信息。结合顶部成像，可以获得完整的植株3D成像信息。

针对15 cm以下的小植株，可以选择配置激光扫描3D成像，获得详细的三维形态学信息。

◆ 自动传送系统带自动传送装置，所有花盆上都有电子标签，所有拍摄数据根据电子标签归档。可选传送50、100、150、250、375、500、800、1400盆或更多盆的传送装置，花盆和植株的重量可以为1、4、10或25 kg，更重需要定制。

◆ 自动浇水和称重装置
在温室系统中，可增加自动浇水和称重装置，软件控制对不同编号的花盆采用不同的浇水量，并每日对花盆进行称重。

◆ 自动加营养盐装置
在温室系统中，与自动浇水装置结合，可以在浇水的同时补充营养盐。

◆ 自动喷淋装置
在温室系统中，根据电子标签由软件控制是否喷洒农药，可用于检测农作物对农药的抗性或敏感性。

◆ 自动分选
在温室系统中，只要在传送装置上增加多级T-Junction（丁字路口），就可根据成像结果对大批量的植株进行分选，分选用的阈值参数可以由用户设定，分选级数取决于T-Junction的数目。

◆ 服务器存储
由于数据量非常大，本系统必须用服务器存储数据。

◆ 软件分析
软件分析功能非常强大，可以通过植株的编号（电子标签）调出整个生活史的数据，进行时间动力学分析，对拍摄的照片进行动画演示，对同一植株的时间动力学数据进行图表统计分析，对不同植株的数据进行复杂的统计学分析和图表分析。

◆ 远程管理
通过专用远程服务器管理软件，可以在异地对本系统的运转状况进行监测、改变测量程序或分析测量数据。

◆ 系统大小最简单的只能传送10盆植物的系统可以安装在室内，高度（Y轴）是4 m，宽度（Z轴）是2 m。如果只配置一个成像模块，则系统长度（X轴）是4.5 m，每增加一个成像模块，系统长度（X轴）增加1.5 m。

传送上百甚至上千盆植物的系统，多安装在温室内。实际大小可根据现场情况进行定制。

主要功能◆ 全自动、高通量对植物等小型样品进行可见光成像、近红外成像、红外成像、荧光成像（包括整株GFP成像）和/或激光扫描3D成像（每套系统可选择一种或多种）
◆ 通过可见光成像可以测量植物的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等等50多个参数
◆ 通过近红外成像可以分析植物的水分分布状态、水力学研究、胁迫生理学研究等
◆ 通过根系近红外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情况
◆ 通过红外成像可以进行植物干旱胁迫研究、蒸腾研究等
◆ 通过荧光成像可以分析植物的生理状态

测量参数
* 植株高度、宽度和密度
* 植株结构分析、骨架分析、紧密性分析、对称性分析
* 叶片长度、宽度、叶角度、叶面积
* 植株紧凑性（叶角度和紧密性）
* 植株体积
* 植株和叶片的颜色分析，包含发育状态、病理学等信息
* 植株鲜重
* 植株和叶片含水量、玉米水分利用效率
* 植株生长速率
* 种子颜色、种子数目
* 开花时间、花穗颜色、大小、性状等

应用领域
植物功能基因组学、植物表型组学、遗传育种、突变株筛选、植物生理学、农业科学、植物病理学、植物形态建模、植物生物信息学、种子生理学、种子病理学、植物胁迫生理学、植物水力学等研究领域。

Scanalyzer 3D系统与PL和HTS系统的比较

	Scanalyzer PL	Scanalyzer HTS	Scanalyzer 3D
高通量	否	是	是
小植株成像	是	是	是
96孔板成像	是	是	否
大植株成像	否	否	是
根系研究	否	否	是
可见光成像	可以	可以	可以，3D
荧光成像	可以	可以	可以，3D
红外成像	可以	可以	可以，3D
近红外成像	可以	可以	可以，3D
根系近红外成像	否	否	可以，3D
激光扫描3D成像	否	可以	可以，只限高度15 cm以下的小植株

部分用户* 澳大利亚植物功能基因组中心（Australian Centre for Plant Functional Genomics）
位于阿德雷德(Adelaide)大学，建有澳大利亚植物表型组设施(Australia Plant Phenomics Facility)——植物加速器(Plant Accelarator)和高精度植物表型组中心（The High Resolution Plant Phenomics Centre）。

2010年1月28日，造价超过3000万美金的“植物加速器”（The Plant Accelerator）正式运行，并对全球科学家开放。

“植物加速器”是一套国际上到目前为止进行植物表型组研究的最复杂、造价最昂贵的设备。它的核心由4个140平米的温室以及两套“全自动高通量植物3D成像系统Scanalyzer 3D”组成，所有进行植物表型研究的成像设备，包括传送带、成像模块、“暗房”、运输车、控制系统等都由德国LemnaTec公司提供。每套Scanalyzer 3D系统占有两个140平米的温室，带可见光成像、近红外成像、根系近红外成像、红外（热）成像和荧光成像模块，以及自动浇水和称重的设备，并配有可自动传送2400盆植物的传送带和运输车。两套Scanalyzer 3D系统的传送带长度加起来达1.2公里。

如果两套系统24 h连续运转，每天可以获得4000-6000盆植物的表型成像数据，一年可以获得30-60T的数据量。根据实际实验情况，预计“植物加速器”一年可以进行16万盆植物的实验。

高精度植物表型组中心有一套不带温室传送的基础型Scanalyzer 3D系统，已运转多年。

* 法国农业科学研究院（I’institut National de la Recherche Agronomique，INRA，French National Institute for Agricultural Research）
是世界上最有科研实力和竞争力的农业研究机构之一。INRA Montpelier（蒙彼利埃）正在建设一套传送1400盆植物的系统，2010年中完工；INRA Dijon（第戎）正在建设一套传送1482盆植物的系统，2010年底完工。

* 德国莱布尼茨植物遗传和作物研究所（Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung，IPK，Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）
IPK是德国的著名公立研究所，在大麦杂交育种方面很有名。到2010年底有三套Scanalyzer系统运转：
1）目前正在运转一套能600盆植物的系统，专门做大麦研究
2）一套做拟南芥的S惨案了原则让 3D系统，能传送600盆拟南芥，2010年春天投入运转
3）目前正在建设一套大的能传送600盆玉米的系统，预计2010年底投入运转

* 意大利麦塔庞特市植物生物技术研究所（Metapontum Agrobios Research Centre for Plant Biotechnology）
归政府所有，但以企业化运作，特点在于小麦、西红柿等的基因改良。有一套能传送500盆植物的系统，2009年开始运转

* 先锋（Pioneer）/杜邦（Dupont）
先锋良种国际有限公司是杜邦集团的子公司，是国际玉米育种巨头！先锋从2005年开始运转一套能传送1500盆植物的系统。

* 荷兰Keygene公司
在瓦赫宁根，是几家农业公司合资建的一个做研究的公司，有一套小的系统在运转，正在建设一套能传送1100盆植物的系统。

LemnaTec公司与Keygene公司合作，承担了一个EuroStar的PhenoCrop项目：Innovation in vegetable plant breeding by large scale deep phenotyping。项目目的：“The overall objective is to develop new deep phenotyping applications for the LemnaTec Scanalyzer for vegetable crops. Correlation of genotypic data and phenotyping results will lead to new molecular markers or gene clones that positively contribute to complex commercial traits in vegetable plants”。项目总经费达142万欧元，预计2011年结题。

* 巴斯夫（BASF）
国际化工巨头，从1998年开始介入植物科学研究，兼并了比利时CropDesign公司，并与孟山都有密切合作，在玉米、土豆、甜菜、苜蓿等的遗传育种方面取得了丰硕成果。
2006年，BASF USA和BASF Germany分别建立了一套能传送800盆和300盆植物的Scanalyzer 3D系统。

* 英国草地与环境研究所（Institute of Grassland and Environmental Research，IGER）
正在建设一套可以传送800盆植物的系统，预计2010年底或2011年初运转

* 拜耳作物科学公司（Bayer CropScience）
是拜耳集团三大业务子集团之一、全球领先的创新型作物科学公司。拜耳作物科学公司的销售额（2009年）为65.10亿欧元，约占拜耳集团销售额的20.8%。拜耳作物科学公司在水稻、油菜以及蔬菜育种方面占有很大市场份额。

到2010年中，Bayer CropScience Belgium将建成一套可传输600盆植物的系统；到2010年底，Bayer CropScience Germany将建成可传输1200盆植物的系统。

主要技术参数

*植物最大尺寸：高300 cm，宽200 cm，特殊尺寸可定制
* 成像时间：每株植物30-40 s
* 成像系统：可见光、近红外、荧光、根系近红外、红外成像（可选1个或多个），都包括侧面成像和顶部成像
* 分辨率：可见光成像2448 x 2050像素，近红外成像640 x 512像素，荧光成像1392 x 1040像素，红外成像320 x 240像素
* 最大帧率：可见光成像32 Hz，近红外成像50 Hz，荧光成像32 Hz，红外成像40 Hz
* 数据传输：千兆以太网
* 焦距：12.5 - 75 mm
* 最大光圈：1:1.8
* 滤光片线程：49 mm x 0.75 mm
* 最小变焦：200 mm x 150 mm
* 最大变焦：35 mm x 26 mm
* 工作环境：温度-5 - 45 ℃，湿度可达99%
* UV防护：可耐受全日照的UV强度
* 高频光源：22 kHz，光强波动范围2%，平均寿命2500 h
* 安全防护标准：IP67
* 电子标记：射频或条形码
* 传送速度：9 m/min
* 380 V三相电机：37 KW
* 能够安全运输的植物高度：2 m
* 最大vertical strength：100 daN
* 称重系统：范围5-10 000 g，精度0.1 g
* 浇水系统：蠕动泵控制，最大流量1500 ml/min，工作湿度10-100%
* 服务器：基于Intel 的双插槽/ 1U 服务器，支持两个四核或双核 Intel® Xeon® 5500 系列处理器，采用IntelTM 5520 (Tylersberg) 芯片组，内存高达96 GB高达（12 个 DIMM 插槽/每个处理器 6 个插槽），最大内部存储3TB，支持故障转移和负载平衡的两个双端口嵌入式 Broadcom® NetXtreme IITM 5709c 千兆以太网卡，可用热插拔硬盘、热插拔冗余电源、冗余冷却、ECC 内存、单设备数据校正 (SDDC)，支持内存需求、巡查纠错和高可用性故障转移群集。
* 服务器存储扩展设备：PowerVault MD1000直连存储阵列采用容量更高的3.5英寸驱动器，且支持在单个盘柜中混合使用SAS和SATA驱动器，因而可以满足高容量应用需求。模块化设计支持在PowerEdge RAID控制器5/E和6/E（PERC5/E和PERC6/E）后面进行简单扩展，每个RAID端口最多可扩展至3个盘柜或45个驱动器。或者，您也可以通过菊花链方式额外连接2个PowerVault MD1000盘柜，将您基于PowerVault MD3000和MD3000i外部控制器的现有存储阵列扩展至总计45个驱动器。PowerVault MD1000外部RAID存储系统的灵活多变，可让您按照目前需要配置存储资源组合，然后在未来添加更多存储卷，为硬件的生命周期和可用性提供长远保证。最高容量可达30 TB。