植物叶绿素荧光成像系统PlantExplorer v3

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植物表型组学研究技术(一)FluorCam 叶绿素荧光成像技术

植物表型组学研究技术（一） ——FluorCam叶绿素荧光成像技术FluorCam叶绿素荧光成像技术Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis.Plant Methods, 2013, 9:17），利用FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统作为高通量表型分析平台，采用图像阈值分割等分析方法，对植物病原体感染进行了定量分析检测，根据Fv/Fm将感染分为不同阶段／等级，特别是可以将用其它方法难以分辨出来的感染前期加以分辨，并对5个品种的菜豆对普通细菌性疫病的抗性进行了定量分析评价。

PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术（Pulse Amplitude Modulated technique——脉冲调制技术）与CCD技术结合在一起，于1996年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。

FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世界，广泛应用于植物生理生态、植物胁迫与抗性监测、作物育种、植物表型分析等。

不同于其它成像分析技术，FluorCam叶绿素荧光成像只对叶绿素荧光波段敏感，可以有效避免环境光的干扰，特异性、高灵敏度反映植物生理生态状况。

主要功能特点如下：1)高灵敏度CCD，时间分辨率可达50帧／秒，有效抓取叶绿素荧光瞬变；可选配高分辨率CCD，分辨率1392x1040像素，用于气孔功能成像分析、稳态荧光如GFP荧光测量等2)具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑：a)Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等b)Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数c)荧光淬灭分析：Fo，，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦIINPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数d)光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln等荧光参数e)PAR吸收f)GFP等静态荧光测量g)OJIP与JIP-test（FKM与封闭式荧光成像系统）：Fo，Fj，Fi，P 或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等26个参数3)自动重复实验功能，可无人值守自动循环完成选定的实验程序，重复次数及间隔时间客户自定义，成像测量数据自动按时间日期存入计算机4)FluorCam成像分析软件：具在线功能（Live）、实验程序选配功能（Protocols）、成像预处理功能（Pre-processing）及成像分析结果展示报告功能（Result）四大功能模块a)在线功能（live）：可对仪器和样品进行在线测试调试、快照、显示实验进度、在线显示荧光瞬变动态视频等b)实验程序选配功能（protocols）：可选配不同的实验程序，并可对实验程序进行编辑、设置、储存（以备以后使用同样的实验程序）等c)成像预处理功能：可浏览整个测量视频及任何点、任何区域的荧光动态变化曲线，可进行“选区操作”或“分级操作”（图像阈值分割功能）；选区操作可对成像进行自动或手动选区（ROI），还可使用“模具”包括多孔板模具、培养皿模具、桌面模具进行模具选区；分级操作具备荧光强度刻度标尺和四个“游标”，通过移动4个游标可以将成像按不同强度划分成不同的荧光范围组进行分析处理，可设置不同的阈值进行图像阈值分割d)结果展示报告功能：可展示所有选区（ROI）的叶绿素荧光参数值及其图像、每个参数的频率直方图及每个ROI的荧光动态图等，可对原数据（kinetic）、叶绿素荧光参数等导出到excel表，还可对每个参数成像图存储成位图5)数据分析具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算模式”两种功能模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差FluorCam叶绿素荧光参数：参数符号概念描述Size 面积（像素值），经校准可测量实际面积Fo 暗适应后的最小荧光Fo_Dn 暗松弛最小荧光，红外光诱导PSIFo_Ln 光适应后的最小荧光，红外光诱导PSIFo_Lss 光适应后稳态最小荧光，红外光诱导PSIFm 暗适应后最大荧光Fm_Dn 暗松弛最大荧光Fm_Ln 光适应最大荧光Fm_Lss 光适应稳态最大荧光Fp Kautsky诱导效应最大荧光Ft_Dn 暗松弛即时荧光Ft_Ln 光适应即时荧光Ft_Lss 光适应稳态荧光Fv Fm-FoNPQ_Dn 暗松弛非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Dn)/Fm_DnNPQ_Ln 光适应非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Ln)/Fm_LnNPQ_Lss 稳态非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Lss)/Fm_LssqP_Dn 暗松弛光化学荧光淬灭，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_Dn−Fo_DnqP_Ln 光适应光化学淬灭，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/(Fm_Ln−Fo_Ln)qP_Lss 稳态光适应光化学淬灭，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/(Fm_Lss−Fo_Lss)qL_Ln 基于“Lake”模型的光适应光化学淬灭qL_Lss 基于“Lake”模型的稳态光适应光化学淬灭QY_Dn 暗松弛光量子效率，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_DnQY_Ln或ΔF/Fm 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/Fm_LnQY_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/Fm_LssFv/Fm或QY_max 最大光量子效率Fv/Fm_Ln 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Fo_Lss)/Fm_LnFv/Fm_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Fo_Lss)/Fm_LssRfd_Ln 光适应荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Ln)/Ft_LnRfd_Lss 稳态荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Lss)/Ft_Lss除上述叶绿素荧光参数外，还可以成像测量PAR吸收、植物光谱反射指数NDVI等，叶片大小（或植物大小）可以反映植物的生长等。

叶绿素荧光成像技术的原理与应用

叶绿素荧光成像技术的原理与应用一、引言叶绿素是植物中最重要的光合色素，是植物进行光合作用的基础。

溶剂化的叶绿素主要吸收蓝色和红色光，在500～600和650～700nm波长范围内，具有两个吸收峰。

叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素发出的荧光信号来进行影像测量的一种实时、无创的模拟测量方法。

本文将介绍叶绿素荧光成像技术的原理、实验流程及其应用。

二、原理叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素荧光的成像，叶绿素荧光受光强度和环境因素的影响而变化，可以反映植物的生长状态、光合作用效率和叶片生理变化等信息。

叶绿素荧光成像系统具有高时间分辨率、高空间分辨率的特点，可以获取全景、彩色、实时和定量信息。

叶绿素荧光成像技术主要是利用荧光成像仪和其他仪器支持，通过蓝/绿或红/绿激发光、荧光图像采集和分析等步骤，可以获得叶绿素的分布信息。

三、实验叶绿素荧光成像技术的实验主要分为两个步骤：激发和成像。

首先是激发，将叶片放入光合器中，用荧光成像仪对植物叶片进行光激发，根据荧光成像仪的激光幅度，可以调整植物叶片的荧光强度。

之后，进行成像，将植物叶片放到荧光成像仪中进行拍摄，获取叶绿素的发光信号。

最后，通过荧光照片的处理，可以计算叶片荧光强度和叶绿素荧光参数，如最大光化学利用率、植物光合作用效率等。

四、应用叶绿素荧光成像技术的应用非常广泛，主要涉及到生物学、生态学、农业、气象学，特别适用于植物生长状态监测、植物抗性研究、光合作用效率评估等。

一些具体的应用领域可以如下简要介绍：1.光合作用研究叶绿素荧光成像技术可用于研究植物的光合作用效率、光能利用和光保护机制。

典型的光合作用实验是通过比较光照和黑暗条件下植物的荧光变化来确定植物的光合反应和光保护机制。

2.气候变化影响研究在气候变化方面，叶绿素荧光成像技术可用于研究气候变化导致的植物响应和适应。

通过对多个季节的荧光成像分析可以确定气候变化对地上层和植物生长的影响。

3.生态环境研究叶绿素荧光成像技术可用于研究萎缩地区的植被恢复和生态系统的响应。

叶绿素荧光成像技术在植物生长中的应用

叶绿素荧光成像技术在植物生长中的应用叶绿素荧光成像技术，是一种非侵入式的植物生长观测方法。

它可以在不对植物造成任何伤害的情况下，实时地观测植物的光合作用和植物生长状态。

叶绿素荧光成像技术的应用范围十分广泛，包括植物生长研究、环境监测、农业生产等方面。

叶绿素荧光成像技术的基本原理是，利用叶绿素分子在光合作用中产生的荧光信号，来反映叶片的光合效率。

这种荧光信号可以通过特殊的摄像设备，即叶绿素荧光成像仪来采集。

通过对采集到的荧光图像进行处理，可以得到植物的光合作用效率、光能利用率等多项指标，从而揭示植物生长状态和环境条件对植物生长的影响。

在植物生长方面，叶绿素荧光成像技术的应用主要集中在三个方面：一、对不同生长环境下的植物进行光合作用效率观测。

利用叶绿素荧光成像仪可以在植物生长中实时地观测其光合作用的运作情况。

通过在不同环境和条件下对植物进行观测，可以更加准确地了解植物生长的条件和需求，为生产和研究提供参考。

二、对不同植物的生长状态进行监测。

叶绿素荧光成像技术还可以用于对不同植物的生长状态进行监测，从而判断不同的生长阶段、生长速度等。

这对于农业生产和植物育种方面都具有很大的意义，可以指导地面管理、育种选材等方面的工作。

三、对不同生物模型进行生长动态分析。

除了对植物进行观测之外，叶绿素荧光成像技术还可以用于对其他生物模型的生长状态进行监测。

例如，可以将该技术应用于对微生物、食品发酵过程等生物模型进行生长动态分析，从而更好地了解生物系统的生成规律和规律变化，为相关研究提供参考。

总之，叶绿素荧光成像技术的应用具有非常广泛、多样化的特点。

通过该技术可以实时地观测不同生境下植物的生长状态，从而更好地了解植物的光合作用效率、生长阶段等内容。

这对于农业生产、生物育种和环境监测都具有很大的实用价值。

因此，该技术的发展和应用前景十分广阔。

植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理及研究进展

植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理及研究进展一、本文概述植物叶绿素荧光作为一种非侵入性的生物光学现象，已经成为遥感科学领域的研究热点。

叶绿素荧光主要来源于植物在吸收阳光能量后，经过一系列光化学反应产生的能量释放。

这一过程不仅能够反映植物的光合作用活性，还能提供关于植物生理状态、环境胁迫和生态系统功能的重要信息。

本文旨在深入探讨植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理，总结并分析近年来该领域的研究进展，以期为叶绿素荧光遥感技术的发展和应用提供理论支撑和实践指导。

文章首先将对植物叶绿素荧光的产生机制进行详细阐述，包括其光化学过程和影响因素。

在此基础上，进一步介绍叶绿素荧光遥感的基本原理和技术方法，包括荧光信号的获取、传输和处理等关键环节。

接着，文章将重点综述近年来植物叶绿素荧光遥感在生态系统监测、环境胁迫评估、作物生理状态诊断等方面的应用实例和研究成果。

文章还将对叶绿素荧光遥感面临的挑战和未来发展趋势进行探讨，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。

二、植物叶绿素荧光的产生机制植物叶绿素荧光，作为一种光化学反应的产物，其产生机制涉及到光合作用过程中的能量转换和光保护机制。

叶绿素作为植物光合作用的核心色素，主要吸收光能并将其转换为化学能，驱动植物的生长和发育。

然而，当植物吸收的光能超过其光合作用系统所能利用的范围时，就会发生光抑制现象，导致叶绿素荧光的产生。

在光合作用的光反应阶段，植物通过叶绿素吸收光能，将水分解为氧气和电子，同时生成高能磷酸键，为暗反应提供能量。

然而，当光能过剩时，叶绿体内的反应中心会受到损伤，导致电子传递链受阻，从而产生荧光。

这种荧光是叶绿素分子在受到激发后，从高能级向低能级跃迁时释放的能量。

叶绿素荧光的产生与植物的光保护机制密切相关。

为了应对光能过剩带来的压力，植物会启动一系列光保护策略，包括非光化学猝灭（NPQ）和光呼吸等。

非光化学猝灭是一种通过热能形式耗散过剩光能的机制，而光呼吸则是在光合作用暗反应阶段通过消耗氧气和还原力来减轻光抑制。

叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用

叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用植物是地球生态系统中最重要的生物类群之一，其生长和代谢对人类的食品、医药和环境保护具有极其重要的意义。

而叶绿素作为植物中的重要色素，则是植物正常生长和光合作用的关键。

因此，如何准确地掌握植物中叶绿素的分布和代谢过程，对于我们深入了解植物生物学的本质有着重要的作用。

而叶绿素荧光成像技术，则为我们提供了一种非常实用的手段。

首先，为了更好地理解叶绿素荧光成像技术的应用，不得不先简要了解一下叶绿素荧光成像技术的基本原理和技术流程。

叶绿素荧光成像技术基于植物叶片中的叶绿素荧光信号，通过专业相机等设备将荧光信号转换为图像。

而在荧光成像技术中，荧光成像指探测叶绿素在光照下出现的荧光信号，在探测的过程中可以得到信号强度和时间。

这些荧光信号可以通过荧光成像仪等设备进行检测和记录，并转化为图像，从而形成可视化的数据信息。

其次，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也是十分广泛的。

例如，通过叶绿素荧光成像技术可以非常精确地测量植物中的叶绿素含量和PSII （Photosystem II；光合作用中的光反应系统第二个过程）功能状态，进而研究叶绿素的分布和代谢过程。

同时，通过检测叶绿素荧光信号的变化可以分析植物生长和发育的过程，例如其可以监测光合作用中的电子转移过程，同时也可以用来研究植物在环境变化下的应激反应情况。

此外，叶绿素荧光成像技术还可用于植物农艺性状的研究，例如套袋处理对苗圃欧洲红松幼苗光合作用和光渗透性的影响。

其还可以用于研究植物叶片形态学和光合作用对植物生长与发育的调节作用等。

利用荧光成像技术，可以更精准地实现对植物生命活动的分析和监测。

综上所述，叶绿素荧光成像技术在植物生物学领域中有着十分广泛和深入的应用。

它不仅可以帮助我们更好地了解植物生长和代谢的本质，还可以为植物农艺性状的变异性研究提供有力的支持。

未来，相信随着技术的进一步发展，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也将更加广泛和深入。

FluorCam样带扫瞄式叶绿素荧光成像系统

PlantScreen叶绿素荧光与RGB自动扫描成像分析系统PlantScreen叶绿素荧光与RGB自动扫描成像分析系统集成了自动化控制系统、FluorCam大型叶绿素荧光成像测量分析、RGB植物真彩成像分析等先进技术，实现对各种培养植物——从拟南芥、水稻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、生态毒理学与污染生态学研究、性状识别及植物生理生态分析研究、作物育种与抗性检测、生物多样性／遗传多样性表型检测分析及土壤种子库研究等。

成像平台可在主机箱内XYZ三维自动化移动，自动扫瞄成像范围为60cm x 129cm，植物最大高度约50cm。

系统配置与工作原理：系统由XYZ三维自动控制箱、XYZ三维移动成像平台及自动控制与分析软件等组成，LED光源、FluorCam叶绿素荧光成像、RGB成像集成于一个可XYZ三维自动化移动的成像平台上，程序控制XYZ三维精确定位和定时，在线数据分析。

采用世界上单幅成像面积最大的叶绿素荧光成像系统，成像面积达35×35cm。

技术指标：1.XYZ三轴机械臂可自由移动至植物上方成像分析，成像扫瞄面积范围60cm x 129cm（可选配其它大型系统），植物高度49cm，镜物距25cm，Z轴最大负重30kg2.标准配置X轴活动范围0－101cm，精确度±1mm；Y轴活动范围0－72cm，精确度±1mm；Z轴活动范围0-49cm，精确度±5mm；3.叶绿素荧光成像：镜头分辨率1392x1040像素，单幅成像面积35x35cm，测量光橙色618nm，橙色和白色双波长光化学光，饱和光闪为白色，最大光强3600μmol/m2/s,具735nm红外光源4.叶绿素荧光成像测量参数包括Fo, Fm, Fv,Fo’, Fm’,Fv’, Ft,Fv/Fm, Fv’/Fm’,Phi_PSII, NPQ, qN,qP, Rfd等几十个叶绿素荧光参数5.RGB成像分析测量参数包括：1)叶面积（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate）2)植物紧实度／紧密度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by theplant’s convex hull and the a rea covered by the actual plant）3)叶片周长（Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and widthevaluation (combined with leaf area)）4)偏心率（Eccentricity: Plant shapeestimation, scalar number, eccentricityof the ellipse with same secondmoments as the plant (0...circle, 1...linesegment)）5)叶圆度（Roundness: Based on evaluatingthe ratio between leaf area andperimeter. Gives information about leafroundness）6)叶宽指数（Medium Leaf Width Index: Leafarea proportional to the plant skeleton(i.e. reduction of the leaf to linesegment)）7)叶片细长度SOL (Slenderness of Leaves)8)植物圆直径（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant）9)凸包面积（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）10)植物质心（Centroid. Center of the plant mass position (particularly useful for theeccentricity evaluation)）11)节间距（Internodal Distances）12)生长高度（Growth Height）13)植物三维最大高度和宽度（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions）14)相对生长速率（Relative growth rate）15)叶倾角（Leaf Angle）16)节叶片数量（Leaf Number at Nodes）17)其它参数如用于植物适合度估算的颜色定量分级、绿度指数（Other parameters suchas color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others）6.高灵敏度RGB成像传感器，CMOS 1/2”,分辨率2560x1920像素，像素大小2.2μm，四个LEDs高强白色光源，成像信息包括时间和位置，纪录格式为日期－月份－年度－小时－分钟－秒－Pos_X_Y_Z.bmp7.系统控制与数据采集分析系统：用户友好的图形界面，用户定义、可编辑自动测量程序（protocols），控制单元有主电源开关、紧急关闭、XYZ三维轴启动开关、暂停键、移动键等，用户名和密码保护8.程序控制XYZ三维精确定位和定时，并纪录带时间和三维空间位置的数据（四维信息数据）9.三相电源供电，3x230/220VAC，50/60Hz10.大小规格200cm(长)x150cm(宽)x230(高)，重量约400kg产地：欧洲。

叶绿素荧光成像方法在植物生理生态中的应用与优势

叶绿素荧光成像方法在植物生理生态中的应用与优势植物是地球上最主要的生物之一，对于维持生态平衡和气候调节起着至关重要的作用。

了解植物的生理生态过程对于提高农作物产量、改善环境状况以及保护生态系统至关重要。

随着科技的不断发展，叶绿素荧光成像方法成为了研究植物生理生态的有力工具。

本文将探讨叶绿素荧光成像方法在植物生理生态中的应用与优势。

首先，叶绿素荧光成像方法能够提供植物光合效率的直观评估。

光合作用是植物生长发育的关键过程，同时也是植物对环境变化响应的重要途径。

通过测量叶绿素荧光，我们能够了解到植物在不同环境条件下的光合效率。

光合效率的高低与植物的生长和发育直接相关，因此对于农作物的生产以及植物适应环境变化的研究具有重要意义。

其次，叶绿素荧光成像方法能够实时监测植物的应激响应。

植物在遭受外界环境压力时，会产生一系列适应性反应以保护自身。

叶绿素荧光成像方法能够帮助我们监测植物的应激响应，例如盐碱胁迫、干旱、寒冷等。

通过叶绿素荧光成像，我们可以及时察觉植物对环境变化的响应，并进一步研究其调节机制，为植物应激耐性的改良提供理论依据。

叶绿素荧光成像方法还可以用于评估植物的营养状况和化学元素含量。

植物的健康状况直接影响到其生长和产量。

通过测量叶绿素荧光，我们能够了解到植物的营养状况，例如叶绿素含量、叶片结构以及氮、磷、钾等元素的吸收和利用。

这种非破坏性、快速、直观的评估方法可以帮助农民和研究人员更好地管理植物的生长环境，提高农作物产量和质量。

另外，叶绿素荧光成像方法还可以用于研究植物的光合适应性。

植物生长在不同的光环境下会表现出不同的光合适应性。

通过测量叶绿素荧光的参数，我们可以了解到植物在不同光强和光质条件下的光合适应策略。

这对于我们了解植物的光合机制以及培育适应不同光环境植物具有重要意义。

此外，叶绿素荧光成像方法还可以用于植物生理学的教学和科普。

植物的生理生态过程对于普通民众而言并不易理解，而叶绿素荧光成像方法可以将抽象的概念可视化，使得生理生态知识更易于被理解和接受。

叶绿素荧光成像技术在植物生理生态学中的应用研究

叶绿素荧光成像技术在植物生理生态学中的应用研究随着现代科学技术的不断进步，对于植物生理生态学研究的需求也越来越大，尤其是在对于植物生长发育、病虫害诊断、环境适应等方面的研究。

而叶绿素荧光成像技术作为一种新兴的技术手段，近年来在植物生理生态学的研究中得到了广泛的应用。

一、叶绿素荧光成像技术的原理叶绿素荧光成像技术是指利用荧光成像技术对植物中的叶绿素荧光进行定量分析的方法。

其原理就是利用荧光光谱分析来确定植物体内叶绿素荧光产生的数量和强度，从而反映出植物体内的光合作用效率和压力情况。

通俗地说，就是通过荧光成像技术观察植物叶片在不同光照强度下的荧光变化，进而得出植物对光合作用的响应情况。

二、叶绿素荧光成像技术的应用2.1 植物病虫害诊断通过叶绿素荧光成像技术，可以观察植物叶片在病虫害感染后的荧光变化，进而对植物的受损程度进行定量分析，早期发现病虫害的征兆，提高诊断的准确度和敏感度，有利于及时采取措施进行防治。

2.2 植物的光合作用效率研究光合作用是植物生物体能量的来源，因此对于光合作用的研究也是植物生理生态学的一个重要研究领域。

叶绿素荧光成像技术可以通过观察绿色叶片的荧光亮度和分布，推断出植物对光的捕捉效率、光合作用初级产物的合成速率和光能量在植物体内的利用效率等各项指标，为光合作用研究提供有力的方法和手段。

2.3 植物环境适应性研究植物的生长发展很大程度上受到环境因素的影响，因此对于植物的环境适应性研究也是植物生理生态学的研究重点之一。

通过叶绿素荧光成像技术观察植物在极端环境下（如干旱、寒冷等）的荧光变化，可以研究植物的光应激响应机制以及对于环境胁迫的响应适应能力，有利于探索植物的生态适应性和遗传改良。

三、技术手段的不断创新和完善叶绿素荧光成像技术的应用价值不容小觑，而随着技术手段的完善和创新，其应用领域将越来越广泛。

例如，目前已经研制出了基于无人机和航空拍摄技术的叶绿素荧光成像系统，可以对大规模植物群落的荧光响应进行高效快速的采集和分析。

叶绿素荧光图像分析在植物病害诊断中的应用

叶绿素荧光图像分析在植物病害诊断中的应用植物是自然界中重要的生物资源，对人类的生存和发展起着至关重要的作用。

然而，植物病害的出现给人们的农业生产、生态环境以及生物多样性等方面带来了极大的影响。

为了保护植物健康和提高农业生产效率，研究人员不断探索新的病害诊断方法和技术。

在这些技术中，叶绿素荧光图像分析已经成为了一种有效的手段。

一、叶绿素荧光图像分析原理叶绿素是植物在光合作用中进行光能转化和电子传递的必备物质。

植物叶子中的叶绿素光合色素在光照下会发生荧光现象，也就是通过自身放出的光线来表现自身的状态。

通过测量叶绿素荧光图像，可以准确地反映叶片的生理状态，在植物病害诊断中有着广泛的应用。

二、叶绿素荧光图像分析方法叶绿素荧光图像分析是一种非侵入式的检测方法。

通过使用荧光成像仪，将植物叶片上的叶绿素荧光图像捕获下来，并进行图像处理和数据分析。

其中，荧光成像仪具有高灵敏度、高分辨率、高效率等优点，能够捕获高质量的荧光图像。

数据分析一般采用图像处理和计算机算法，通过对图像的分析，得到叶片的荧光参数和荧光图像分布等信息，从而反映叶片的生理状态和健康程度。

三、叶绿素荧光图像在植物病害诊断中的应用叶绿素荧光图像分析在植物病害诊断中有着广泛的应用。

其中最为常见的就是对植物非生物胁迫的检测，如土壤污染、气候变化等对植物生长所产生的影响。

此外，对于植物病害的检测，叶绿素荧光图像分析也有着重要的意义。

通过对感染植物病原菌、病毒等的病株与非感染对照株的叶绿素荧光图像进行比较分析，研究人员可以发现叶片荧光强度、Fv/Fm、PI等参数的变化，从而判断植物叶片内部状态的变化。

比如，健康的植物叶片可以在不同激发波长下通过荧光成像仪所获得的图像表现出较为均匀的绿色，而受到病原菌感染的叶片则会出现荧光图像整体发红现象，说明此时植物光合系统受到了病原菌的破坏。

因此，利用叶绿素荧光图像分析技术，可以快速、简便、准确地检测植物病害，为植物保健和农业生产提供有力支持。

融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统

2024 年 1 月第 6 卷第 1 期Jan.2024 Vol.6, No.1智慧农业（中英文） Smart Agriculture融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统束宏伟1，2，王玉伟2，3，饶元1，2*，朱浩杰2，3，侯文慧2，3，王坦1，2（1.安徽农业大学信息与人工智能学院，安徽合肥 230036，中国； 2.农业农村部农业传感器重点实验室，安徽合肥230036，中国； 3.安徽农业大学工学院，安徽合肥 230036，中国）摘要：［目的/意义］植株光合表型研究在把握植株生理特性和解析植株形态结构上起着至关重要的作用，通过传统叶绿素荧光成像方法难以对植株光合作用三维空间异质性进行分析。

为提高植株表型检测效率，满足高通量植株光合表型分析需求，本研究构建了一套经济实用、融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统。

［方法］提出了一种自动化植株图像采集并建立植株可视化模型的方法，并进行图像分析获取植株光合效率信息。

通过搭建结合叶绿素荧光激发的结构光条纹投影装置，先用LED（Light-Emitting Diode）白光与蓝光分别照射植株样本，再用投影仪对植株样本投射相移条纹，电动滤光轮配合相机同步采集不同光照条件下特定波段的植株图像；通过数字图像处理获取植株三维图像和对应的叶绿素荧光图像，并分析植株的三维形态结构及光合效率，将植株叶绿素荧光图像逐像素渲染到其三维结构上，便可推测出植株光合在三维空间中分布情况。

［结果和讨论］该方法及系统能够高效多样化采集植株图像，快速重构出植株三维形态，其整体重建准确率可达到96.69%，整体误差仅为3.31%，重构时间仅需1.11 s，同时能够满足植株光合效率评估需求。

［结论结论］］该研究可为植株高通量光合表型异质性分析提供技术支持。

关键词：结构光条纹投影；叶绿素荧光；植株表型；三维重构；光合效率；异质性分析中图分类号：TP391.41；S667.4 文献标志码：A 文章编号：SA202311018引用格式：束宏伟, 王玉伟, 饶元, 朱浩杰, 侯文慧, 王坦. 融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统[J].智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 63-75. DOI：10.12133/j.smartag.SA202311018SHU Hongwei, WANG Yuwei, RAO Yuan, ZHU Haojie, HOU Wenhui, WANG Tan. Imaging System for Plant Photosyn‐thetic Phenotypes Incorporating Three-dimensional Structured Light and Chlorophyll Fluorescence[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(1): 63-75. DOI：10.12133/j.smartag.SA202311018 (in Chinese with English abstract)0 引言植株表型和光合效率的研究一直是植物科学领域的重要课题。

植物叶绿素荧光成像技术在国内的应用

植物叶绿素荧光成像技术在国内的应用（第四期）植物叶绿素荧光成像技术作为最早实用化的叶绿素荧光成像技术，是目前世界上最权威、使用范围最广、种类最全面、发表论文最多的叶绿素荧光成像技术。

涵盖了从叶绿体、单个细胞、微藻到叶片、果实、花朵，乃至整株植物和植物灌层，几乎可以测量所有的植物样品，甚至包括含有叶绿素的微生物和动物。

叶绿素荧光成像技术最早在21世纪初引进到国内，但一直到2010年后国内的科学家才在国际交流中逐渐发现这项技术的巨大价值，在短短数年中也利用这一技术发表了几十篇高水平SCI 文献。

本期主要介绍目前叶绿素荧光成像技术在国内的应用情况。

一、植物光合生理研究叶绿素荧光可以直接反应植物光系统的生理状况，因此从叶绿素荧光技术发明之初，就被用于各种植物光合生理研究。

山东农科院使用FluorCam 叶绿素荧光成像技术研究了小麦旗叶与外露花梗光合能力的差异[1]。

研究中发现在小麦生长前中期，旗叶与外露花梗的最大光化学效率Fv/Fm 和量子产额ΦPSII 基本相同。

但在生长后期，旗叶的光合能力显著下降，而花梗光合能力的下降幅度要小于旗叶（图1）。

这证明了在生长后期的灌浆期，花梗对维持籽粒的生长更为重要。

之后，他们又研究了小麦叶片和颖片季节衰老过程中以及颖果发育过程中光合特性的变化[2；3，图2]。

图2. 不同生长期小麦叶片和颖片的最大光化学效率Fv/Fm （A ）、量子产额ΦPSII （B ）和非光化学淬灭NPQ （C ）的变化图1. 不同生长阶段的旗叶（A ，C ）和外露花梗（B ，D ）的Fv/Fm （A ，B ）和ΦPSII （C ，D ）典型叶绿素荧光成像图二、植物生物/非生物逆境胁迫与抗逆性研究由于几乎所有种类的生物/非生物逆境胁迫都会影响到植物光合系统的正常生理功能，而叶绿素荧光技术是公认的植物逆境光合功能研究最灵敏的无损探针。

因此通过叶绿素荧光成像技术不但能反映植物受胁迫程度和抗逆能力的差异，而且能指明胁迫影响光合系统的具体机理过程。

叶绿素荧光成像技术及其应用

土壤呼吸研究监测技术方案
• 便携式： – Soilbox 343 – SRS1000/2000 – Soilbox-FMS/FGA • 实验室： – SoilLab – EGA60 • 自动监测系统： – ACE与ACE-Net – OTC-Auto – SCG-N • 扩展配置：＋BTC-100，＋土壤水分，＋PTM48
智能手持式荧光仪—FP100&AP100
叶绿素荧光仪的局限性
• 仅能通过光纤测量一个点的总值
• 只能获得数据和动力学曲线图
• 一般只能测量叶片
• 在进行光合相关突变体筛选时工作量极大
叶绿素荧光成像技术的发展
• Ladislav Nedbal（2000）等于上世纪90年代末期发明了与PAM 技术相结合的叶绿素荧光成像技术，研制成功了第一台 FluorCam调制式荧光成像仪。从此正式开启了叶绿素荧光研究的二维时代。
易科泰生态技术公司Ecolab生态实验室 / eco-lab@ info@
ห้องสมุดไป่ตู้加利福尼亚大学保护生物学研究中心（Vargas，2008）原位研究监测土壤表面与剖面CO2浓度、根系及土壤过程的时空动态变化
• BTC-100微根窗根系观测系统、 • 3层土壤剖面CO2、水分、温度观测系统 • Li8100和ACE土壤呼吸监测系统
上图：细根长度（上图空心蓝点）、菌根长度（上图实心红点）及土壤呼吸动态变化；下图：土壤温度与土壤体积含水量的动态变化（DOY为Day of year）
Ouyang，2010
Fan，2015
Screen mutants by NPQ parameters （通过荧光淬灭分析筛选变异植株）
• 在筛选对除草剂抗性强的玉米品种与基因型时， FluorCam叶绿素荧光成像可以直观并且定量地反映其抗性及产生毒害部位的差异（Kopsell，2011）

植物表型组学研究技术(二) 叶绿素荧光成像与 RGB 彩色成像分析系统

功能特点： 1) 是世界上单幅成像面积最大的叶绿素荧光成像系统，达 35× 35cm，可对整株植物及多株植物同时进行叶绿素荧光成像分析；样带扫描成像位置精确定位、程序控制，扫描区域长度可达 400cm（可定制其它长度）可选配 RGB 成像分析模块，用于植物形态测量分析等，从而全面实现对植物的表型成像分析具备 7 位滤波轮和相应滤波器组合，可进行 GFP 或其它选配的稳态荧光成像检测，从而用于转基因表达检测分析可移动式高通量大型扫描成像系统，整套系统装配在具备 4 个轮子的支架上，成像高度可调、可定制，非损伤原位对植物进行叶绿素荧光成像、GFP 荧光成像和 RGB 成像分析研究可进行自动重复成像测量，可设置两个实验程序（Protocols）自动循环成像测量，成像测量数据自动按时间日期存入计算机（带时间戳），从而实现无人职守自动监测功能在线数据分析根据客户需求，可定制高速以太网远程控制功能在没有交流电的情况下，可选配直流供电单元供电
技术指标：移动式大型植物荧光成像，成像面积可达 35× 35cm，具移动轮和暗适应屏幕镜头及光源高度 20cm–150cm 可调，从而适于不同生长类型不同高度植物的原位非损伤荧光成像测量测量参数包括 F0，F0’，Fs，Fm，Fm’，Fp，FtDn，FtLn，Fv，NPQ_Dn，NPQ_Ln， Qp_Dn，Qp_Ln，qN，QY，QY_Ln，Rfd 等 50 多个叶绿素荧光参数高分辨率、高灵敏度 2/3”CCD， 10.2x8.3mm 阵列，最高可达 1392x1040 像素（15fps），像素大小 6.45 微米；可 2x2、3x3、4x4 像素叠加以提高灵敏度和时间分辨率；高速 USB2.0 图像传输， 480Mbits／秒
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叶绿素荧光成像技术在植物科学中的应用

叶绿素荧光成像技术在植物科学中的应用叶绿素荧光成像技术，在植物科学中有着广泛的应用。

它是通过观察植物的叶片荧光来研究植物的生长、代谢和适应环境的能力。

这一技术不仅为科学家提供了更直观的方式来观察植物的状态，也为研究植物适应环境的机制提供了更多的线索。

叶绿素是植物细胞中重要的光合色素，是进行光合作用的关键物质。

在光合作用过程中，光子被吸收后会激发叶绿素分子中的电子，而这些电子最终被用于光合作用的反应中。

但是，光子被吸收而不能被利用的情况也时常发生。

这些没能被利用的光子会导致一些副作用，产生荧光。

因此，可以通过观察荧光情况来了解植物叶片的光合作用状况。

叶绿素荧光成像技术是一种非常值得肯定的技术。

在科学研究和生产实践中，它有着广泛的应用。

叶绿素荧光成像技术可以帮助科学家了解植物的生长状况，并为生产实践提供更好更有效的生产措施。

叶绿素荧光成像技术的应用在于，它可以全面地观察植物叶片的光合作用状态和适应环境的机制。

通过这种技术我们可以了解植物在过程中被怎样的光照射下，能否将光子完全吸收转化为电子能，进而提高植物的光合稳定性和生长速度。

同时，这种技术还可以用于检测植物在恶劣环境下的自我保护机制。

在这种情况下，叶绿素荧光成像技术可以用来解析植物适应环境的机制，以及它们所表现的生理和生化变化。

叶绿素荧光成像技术可以广泛应用于植物生长、光能转化和水分蒸发研究等方面。

以植物生长为例，叶绿素荧光成像技术可以观察植物的叶片生长速率、叶片内部结构与硬度等，以此来监控植物生长状态，评定植物的健康程度。

而在光能转化方面，叶绿素荧光成像技术可以研究植物光合作用的多个阶段，以判断光合作用能否正常进行，从而提高植物的光合稳定性。

在水分蒸发方面，叶绿素荧光成像技术可以帮助研究者研究植物的蒸腾作用，使其有助于理解植物的生长、供水和环境变化等方面的生长特点。

总结一下，叶绿素荧光成像技术具有非常广泛的应用价值。

它在植物科学研究中起着重要的作用，其主要是用于研究植物生长过程中所表现的抗逆性、适应性和韧性等方面。

叶绿素荧光成像技术在植物生产力研究中的应用

叶绿素荧光成像技术在植物生产力研究中的应用叶绿素荧光成像技术是目前植物生产力研究中应用最广泛的技术之一。

叶绿素荧光成像技术可以非侵入性地、全面地评估植物叶绿素荧光特性，从而揭示植物光合作用的关键机理，为改进作物品种和生产管理策略提供了宝贵的工具。

叶绿素荧光成像技术的基本原理是通过测量叶片的叶绿素荧光辐射强度，从而了解植物光合作用所产生的化学能量和光量子利用效率。

叶绿素荧光成像技术具有非破坏性、高时空分辨率、灵敏度高等特点，因此可以应用于植物的动态时间域和空间域研究。

叶绿素荧光成像技术在植物生产力研究中的应用十分广泛，其中最重要的一项应用是揭示光合作用的机理。

光合作用是植物生产力的基础，其在提供氧气和食物方面起着关键作用。

通过对叶绿素荧光成像技术的广泛应用，研究者们能够对光合作用过程的各个环节进行深入研究，包括光能捕获、电子转移、ATP合成和碳固定。

这些研究为我们揭示了光合作用中多种因素的作用机理，从而促进了作物品种改良和生产管理的进步。

另外，叶绿素荧光成像技术在测定植物抗逆性方面也起到了重要的作用。

植物在不利环境下，如干旱、高温、低温等，往往会产生一定的压力，从而影响其光合作用和生长发育等。

通过对叶绿素荧光成像技术的应用，研究者能够测定出植物在不同抗逆条件下的生理特征，并且揭示了植物在应对不适宜环境中的适应机制。

这种研究对于改进作物品种的抗逆性和实现农作物可持续生产具有重要的指导意义。

除此之外，叶绿素荧光成像技术还应用于实时监测和评估植物的生产力。

这项技术实现了对同一地点不同时间植被的高精度评估，从而可以对各种生产管理策略的效果进行准确评估。

例如，在土地利用时，这种技术可用于鉴别不同植被，支持土地管理决策。

虽然在植物生产力研究中，叶绿素荧光成像技术的应用已经取得了巨大的成功，但是它也存在着一些限制。

首先，该技术仍然面临光干扰和其他环境噪声干扰问题，需要对实验条件进行精细控制才能获得准确的数据。

其次，该技术需要对植物进行一定的准备工作，如长时间的光照、盆栽和处理前期等，这些前期准备的工作需要耗费大量的时间和精力。

一种叶绿素荧光成像仪补光装置[实用新型专利]

专利名称：一种叶绿素荧光成像仪补光装置专利类型：实用新型专利
发明人：张春艳,汤淑明,顿海洋,唐溯
申请号：CN201821579890.6
申请日：20180927
公开号：CN209014453U
公开日：
20190621
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种叶绿素荧光成像仪补光装置，包括红色LED光源，所述红色LED光源的数量与设置方式与现有的调制叶绿素荧光成像仪相同，该装置还包括蓝色LED光源、远红光LED光源和控制电路，所述蓝色LED光源与所述远红光LED光源间隔设置；所述蓝色LED光源布置在第二圈所述红色LED光源和第三圈所述红色LED光源之间，且所述蓝色LED光源排列成一个圆圈，相邻两个所述蓝色LED光源之间的夹角为45°；所述远红光LED光源布置在第二圈所述红色LED光源和第三圈红所述色LED光源之间，且所述远红光LED光源排列成一个圆圈，相邻两个所述远红光LED光源之间的夹角为45°。

申请人：中国科学院植物研究所
地址：100093 北京市海淀区香山南辛村20号
国籍：CN
代理机构：北京纪凯知识产权代理有限公司
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