在種質(zhì)資源檢測與評估研究中，首要的工作是對種子活力進行準(zhǔn)確全面的評估。種子的生長活力與抗逆能力將直接決定作物是否能夠應(yīng)對生長過程中遇到的各種環(huán)境脅迫，并最終獲得較高的產(chǎn)量。       種子活力評估一般是通過種子萌發(fā)實驗來檢測發(fā)芽率、胚根、胚軸長度等。一般的傳統(tǒng)方法需要人工計數(shù)來測量幼苗和計算發(fā)芽率，工作量極大，也非常耗時。而基于彩色圖像分析來識別發(fā)芽幼苗又存在很大誤差。而胚根、胚軸長度等基礎(chǔ)形態(tài)數(shù)據(jù)，也無法全面評估萌發(fā)種苗的生長潛勢和抗逆能力。因此，在近年的最新研究中，國內(nèi)外學(xué)者把先進的植物表型成像技術(shù)引入種子活力與種質(zhì)資源檢測研究中，取得了一系列更有效、更全面、更有意義的研究成果。
      早在2012年，以FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)為基礎(chǔ)，PSI公司開始研制生產(chǎn)PlantScreen植物表型成像分析平臺。開發(fā)的平臺既有與科研機構(gòu)合作、針對擬南芥等模式植物的科研型表型平臺，也有與國際種業(yè)公司合作、專門用于育種的表型平臺。從2012年至今，PlantScreen植物表型成像分析技術(shù)在國際表型組學(xué)、基因組學(xué)、遺傳育種、生理生態(tài)研究機構(gòu)與農(nóng)業(yè)育種公司都得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過十多年不懈的改進與研發(fā)，PlantScreen植物表型成像技術(shù)已經(jīng)得到了植物表型組學(xué)研究者的廣泛認可，僅大型系統(tǒng)平臺的全球安裝量就超過60套，并發(fā)表了大量學(xué)術(shù)論文和科研成果。      PlantScreen系統(tǒng)通過預(yù)設(shè)程序，實現(xiàn)自動化的培養(yǎng)與表型成像測量，結(jié)合自動稱重澆灌單元，理想情況下可以實現(xiàn)植物全生活史的無人值守自動培養(yǎng)與測量。這一系統(tǒng)既可用于測量擬南芥、煙草等模式植物，也可用于測量玉米、水稻等作物，番茄、生菜、西瓜等水果蔬菜，乃至松樹、楊樹、椰子等苗木。下面我們通過幾個研究案例，介紹PlantScreen系統(tǒng)在種質(zhì)資源與種子活力高通量表型檢測方面的研究案例： 案例一、利用高通量表型成像系統(tǒng)對擬南芥種子萌發(fā)與種苗活力進行高通量連續(xù)檢測
      赫爾辛基大學(xué)的研究人員為了研究一種新的ABA響應(yīng)泛素E3連接酶對擬南芥種子活力的影響，設(shè)計了一個基于高通量葉綠素?zé)晒獬上穹治龅拿劝l(fā)實驗。
      他們使用的一套PlantScreen傳送帶式表型成像分析系統(tǒng)可以自動對植物樣品進行連續(xù)培養(yǎng)和表型監(jiān)測，非常適用于進行高通量的種子萌發(fā)實驗。其配備的LED光照控溫培養(yǎng)室能夠模擬理想的光照與溫度條件。自動傳送系統(tǒng)可以按設(shè)置的序列自動讓樣品傳送到成像室。內(nèi)置的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上衲�塊可以通過監(jiān)測種子萌發(fā)后剛展開子葉的最大熒光值Fm，非常有效地識別發(fā)芽的種子。專用的分析軟件能夠很容易地將未萌發(fā)種子和背景去除掉，從而使發(fā)芽率計算極為準(zhǔn)確。       葉綠素?zé)晒獬上裢瑫r測量萌發(fā)種苗的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)如QY_max最大光化學(xué)效率（Fv/Fm，對各種脅迫極為敏感）、QY實際光化學(xué)效率（量子產(chǎn)額）、NPQ非光化學(xué)淬滅（與光系統(tǒng)熱耗散、光保護機制有關(guān)）、Rfd熒光衰減比率（也稱為活力指數(shù)）、冠層面積等，可反映種苗光合能力和抗逆能力。熱成像單元可以提供冠層和葉片溫度數(shù)據(jù)，反映植物蒸騰、水分利用狀態(tài)以及病害等脅迫信息。這些指標(biāo)已經(jīng)廣泛用于幼苗生長潛勢、植株抗逆能力和生產(chǎn)潛力的評估，并得到了大量的驗證。本研究成功建立了一個更加高效、可擴展的高通量萌發(fā)篩選平臺，為種子活力分析與種質(zhì)資源評估提供了新工具。 參考文獻：
1. Pavicic M, Wang F, Mouhu K, et al. High throughput in vitro seed germination screen identified new ABA responsive RING-type ubiquitin E3 ligases in Arabidopsis thaliana[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 2019, 139(3): 563-575.
案例二：番茄幼苗生物與非生物逆境脅迫的表型應(yīng)答研究
1. 利用葉綠素?zé)晒夥治鰧Ψ�茄幼苗的馬鈴薯胞囊線蟲感染進行非侵入性、癥狀前檢測
      荷蘭植物生態(tài)表型中心（Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre，NPEC）由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)（Wageningen University & Research, WUR）與烏得勒支大學(xué)（Utrecht University） 共同合作建設(shè)和運營，裝備了多套不同型號的PlantScreen植物表型成像系統(tǒng)與FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)。       馬鈴薯胞囊線蟲（PCN）是全球馬鈴薯產(chǎn)區(qū)最具破壞性的病原線蟲之一，每年造成巨大的經(jīng)濟損失。PCN在田間的侵染通常呈“病灶”狀分布，即僅在某些區(qū)域集中發(fā)生。然而，早期、精準(zhǔn)地定位這些病灶非常困難，因為傳統(tǒng)的土壤取樣和線蟲鑒定方法既耗時又費力。因此，開發(fā)一種快速、非破壞性、癥狀前的檢測技術(shù)，對于實現(xiàn)精準(zhǔn)的局部防控、減少農(nóng)藥使用和降低經(jīng)濟損失具有重要意義。本研究旨在探索葉綠素?zé)晒夥治鲎鳛橐环N前沿的植物生理監(jiān)測技術(shù)，是否能夠通過檢測植物地上部光合系統(tǒng)的細微變化，來間接、早期地診斷出地下部根系的PCN侵染。
      NPEC的研究人員將番茄種植于PlantScreen高通量傳送帶表型系統(tǒng)的樣品托盤中，設(shè)置了5個不同梯度的PCN接種密度，利用PlantScreen系統(tǒng)的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧�在接種后連續(xù)自動監(jiān)測26天的葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像。
研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素?zé)晒鈪��?shù)對PCN侵染的響應(yīng)遠早于傳統(tǒng)生長指標(biāo)：
1）極早期響應(yīng)： 在接種后第1天，反映光合速率的ΦPSII和光合系統(tǒng)熱耗散的NPQ就發(fā)生了顯著變化。此時，線蟲可能尚未侵入根系，研究者推測可能是線蟲卵自發(fā)孵化或其分泌的特定分子（效應(yīng)子）觸發(fā)了植物的早期免疫反應(yīng)所致。
2）高靈敏度： ΦPSII是對低水平侵染最敏感的指標(biāo)。即使在最低接種密度（5卵/克土）下，從第1天起就能檢測到其下降。而NPQ則在第1天對高接種密度表現(xiàn)出響應(yīng)。
最大光化學(xué)效率Fv/Fm、PSII潛在活性Fv/F0則響應(yīng)較晚且對低侵染水平不敏感。
本研究成功證明了：葉綠素?zé)晒夥治�，特別是NPQ和ΦPSII這兩個參數(shù)，能夠作為一種極其靈敏的工具，在番茄幼苗出現(xiàn)任何可見癥狀之前，有效檢測出地下部的馬鈴薯胞囊線蟲侵染。 2. 番茄幼苗干旱脅迫的精準(zhǔn)識別
      西北農(nóng)林科技大學(xué)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重點實驗室借助PlantScreen傳送帶式植物表型成像分析系統(tǒng)和干旱脅迫狀態(tài)識別模型，對番茄幼苗的干旱脅迫進行早期監(jiān)測和等級判定，獲得了較高的識別準(zhǔn)確率。
      研究小組首先利用PlantScreen傳動帶植物表型成像分析系統(tǒng)中的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧�采集不同干旱脅迫程度的番茄幼苗冠層葉綠素?zé)晒鈭D像。每個樣本均獲取98幅熒光圖像，即共有98個葉綠素?zé)晒鈪��?shù)，從而克服了目前大部分研究未能充分利用葉綠素?zé)晒鈪��?shù)信息和未利用熒光圖像信息的問題。他們從中提取了5個敏感熒光參數(shù)并通過多種算法分析了其在不同干旱等級下的變化趨勢。實驗結(jié)果表明，這5個熒光參數(shù)及其對應(yīng)的圖像特征可用于評價番茄幼苗的干旱脅迫等級，并具有較好的評價效果，對植物干旱脅迫的無損診斷具有重要的應(yīng)用前景。 參考文獻：
1. van Himbeeck R, Binnebösz E L, Amora D, et al. Noninvasive, Presymptomatic Detection of Potato Cyst Nematode Infection in Tomato Using Chlorophyll Fluorescence Analysis[J]. Phytopathology, 2025, 115(1): 77-84.
2. Long Y, Ma M. Recognition of drought stress state of tomato seedling based on chlorophyll fluorescence imaging[J]. Ieee Access, 2022, 10: 48633-48642.
案例三：林木幼苗活力與抗逆性的表型檢測方案
1. 云杉幼苗干旱響應(yīng)的高通量表型成像評估
      除了模式植物、蔬菜、作物等，在近年的最新研究中，高通量表型成像技術(shù)也開始應(yīng)用于林木幼苗的活力評估與抗逆研究。
      挪威云杉（Picea abies）作為歐洲分布最廣的針葉樹種之一，對干旱高度敏感。奧地利森林研究中心的研究人員將兩個氣候差異明顯的云杉種源（P1：來自較高海拔，氣候較冷濕；P2：來自較低海拔，氣候較暖干）進行干旱處理后，利用一套PlantScreen傳送帶式表型成像分析系統(tǒng)對幼苗進行了RGB 成像、葉綠素?zé)晒獬上�、高光譜成像（VNIR + SWIR）、3D 激光掃描等高通量表型成像分析，共提取 56 個與生長形態(tài)、光合、水分狀態(tài)、植被指數(shù)相關(guān)的表型參數(shù)。
      結(jié)果表明，在干旱早期，云杉氣孔關(guān)閉、NPQ 增強、抗氧化物質(zhì)積累為核心，形成多層保護，延緩光系統(tǒng)和光合機構(gòu)的損傷；而隨著干旱持續(xù)，PSII 出現(xiàn)不可逆損傷，生長完全停滯乃至死亡。在種源差異方面，P1 在光系統(tǒng)穩(wěn)定性上表現(xiàn)更為穩(wěn)健，P2 則對干旱更為敏感。 2. 赤松幼苗干旱-復(fù)水過程的高通量表型成像評估
      捷克生命科學(xué)大學(xué)以歐洲廣泛分布的歐洲赤松（Pinus sylvestris L.）為對象，在溫室控制條件下模擬干旱與復(fù)水過程，結(jié)合高通量表型分析（HTPP）與SNP基因分型系統(tǒng)分析了來自捷克境內(nèi)三個不同海拔（低地、中山地）種源實生苗的表型與遺傳應(yīng)答，探討了其耐旱性差異及遺傳基礎(chǔ)。
      研究中使用PlantScreen傳送帶式表型成像分析系統(tǒng)對整個過程進行了高時間分辨率的表型連續(xù)測量，包括：

1. 葉綠素?zé)晒獬上瘢簻y量穩(wěn)態(tài)量子產(chǎn)額（QY Lss）、最大量子產(chǎn)額（QY max）、穩(wěn)態(tài)非光化學(xué)猝滅（NPQ Lss）。
2. 多光譜熒光成像：計算簡單熒光比（SFR_R）作為葉綠素含量估計。
3. 熱成像：記錄針葉與空氣溫差（ΔT）反映蒸騰降溫能力。

      結(jié)果表明，葉綠素?zé)晒鈪��?shù)在干旱處理后都會顯著低于對照組，而在復(fù)水后則有所恢復(fù)。SFR_R在干旱處理后13天即出現(xiàn)顯著差異，表明葉綠素含量或新松針發(fā)育受到影響；復(fù)水后干旱組值仍低于對照。干旱組ΔT溫差顯著增大，反映蒸騰降溫能力下降；復(fù)水后溫差仍高于對照，但這可能部分歸因于高溫天氣。       綜合來看，歐洲赤松在超過一個月的零可用水條件下仍能存活，顯示較強的物種水平耐旱性。不同種源在生理表型反應(yīng)速度和程度上的差異，體現(xiàn)了本地適應(yīng)在耐旱性中的作用。各項表型參數(shù)（尤其是QY max、QY Lss、SFR_R、ΔT）具有較高遺傳力，可用于苗期非破壞性耐旱性篩選。這一成果為氣候變化背景下歐洲赤松的種源選擇、輔助遷移和森林恢復(fù)提供了理論基礎(chǔ)與實踐工具。
參考文獻：

• Ahmad M, et al. Drought stress responses deconstructed: A comprehensive approach for Norway spruce seedlings using high-throughput phenotyping with integrated metabolomics and transcriptomics. Plant Phenomics, 2025, 7.2: 100037.
• Neuwirthová E, et al. Drought Response and Genetic Variation in Scots Pine Seedlings' Provenances: Insights From High‐Throughput Phenotyping for Climate‐Resilient Forestry. Evolutionary Applications, 2025, 18.10: e70157.

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• PlantScreen植物高通量表型成像分析系統(tǒng)，有傳送帶版、XYZ版、PlantScreen SC、根系表型分析等不同功能規(guī)格供選配

• FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)與FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)，有幾千篇國際科研文獻可供參考