Тепличная система фенотипирования растений — автоматизированная платформа

Автоматизированная система фенотипирования для изучения роста, состояния и реакции растений на внешние факторы

Автоматизированная система фенотипирования для изучения роста, состояния
и реакции растений
на внешние факторы

Фенотипирование растений в условиях теплицы — это точная фиксация того,
как развивается каждый образец:
как меняется высота, форма кроны, площадь листьев, цвет, биомасса
и реакция на стресс или болезни.

Традиционно такие наблюдения требуют большого объёма ручной работы: растения нужно перемещать, фотографировать, маркировать, сравнивать и вручную заносить данные. При большом количестве образцов это становится трудоёмким, медленным
и уязвимым к ошибкам.

Фенотипирование растений в условиях теплицы — это точная фиксация того, как развивается каждый образец: как меняется высота, форма кроны, площадь листьев, цвет, биомасса и реакция на стресс или болезни.

Традиционно такие наблюдения требуют большого объёма ручной работы: растения нужно перемещать, фотографировать, маркировать, сравнивать
и вручную заносить данные. При большом количестве образцов это становится трудоёмким, медленным и уязвимым к ошибкам.

Тепличная высокопроизводительная платформа решает эту задачу иначе. Она превращает процесс фенотипирования в автоматизированный цикл: растение само, без ручного переноса, доставляется из зоны выращивания в камеру съёмки, проходит анализ и возвращается обратно на своё место.

В основе работы системы — принцип «растение — сенсор — анализ»: образец перемещается к измерительному модулю, проходит визуализацию, а затем программные алгоритмы рассчитывают необходимые параметры. В брошюре платформа описана как система, объединяющая сбор изображений фенотипов растений и анализ параметров в условиях средних и крупных теплиц.
Для перемещения растений используется конвейерная система, которая доставляет образцы в затемнённую камеру для съёмки и анализа.

Из чего состоит система

Платформа объединяет несколько функциональных узлов, которые работают как единый автоматизированный комплекс.

1. Зона размещения растений

Растения находятся в отдельных горшках на индивидуальных синих платформах. Площадки расположены по сетке, чтобы робот мог подъехать
к нужному образцу, забрать его и затем вернуть на то же место.

Такое размещение важно для исследований, где необходимо регулярно наблюдать за большим количеством растений: сортами, линиями, экспериментальными группами, образцами с разными условиями выращивания или стрессовыми воздействиями.

1. Зона размещения растений

Растения находятся в отдельных горшках на индивидуальных синих платформах. Площадки расположены по сетке, чтобы робот мог подъехать к нужному образцу, забрать его и затем вернуть на то же место.

Такое размещение важно для исследований, где необходимо регулярно наблюдать за большим количеством растений: сортами, линиями, экспериментальными группами, образцами с разными условиями выращивания или стрессовыми воздействиями.

2. Мобильный робот

Робот перемещается между рядами растений и выполняет функцию автоматического транспортного модуля. Он подъезжает
к выбранной платформе, заезжает под неё, поднимает растение
и доставляет его к началу конвейерной линии.

За счёт этого оператору не нужно вручную переносить горшки, контролировать очередность образцов и возвращать их на место после измерений.

Робот перемещается между рядами растений и выполняет функцию автоматического транспортного модуля. Он подъезжает к выбранной платформе, заезжает под неё, поднимает растение
и доставляет его к началу конвейерной линии.

За счёт этого оператору не нужно вручную переносить горшки, контролировать очередность образцов
и возвращать их на место после измерений.

3. Конвейерная линия

Конвейер принимает платформу
с растением от робота и перемещает её
в камеру визуализации. По кадрам видно, что конвейер начинается на уровне,
к которому робот может подъехать вплотную, чтобы передать растение
на роликовую секцию.

3. Конвейерная линия

Конвейер принимает платформу с растением от робота и перемещает её в камеру визуализации. По кадрам видно, что конвейер начинается на уровне,
к которому робот может подъехать вплотную, чтобы передать растение на роликовую секцию.

4. Камера съёмки и анализа

Растение заезжает внутрь камеры по конвейеру. После этого двери закрываются, чтобы создать контролируемые условия съёмки: без влияния внешнего света, случайных бликов и изменений освещения в теплице.

Внутри камеры расположены сенсорные и световые модули. В зависимости
от конфигурации система может включать видимую 2D-визуализацию, видимую 3D-визуализацию и гиперспектральный модуль.

4. Камера съёмки и анализа

Растение заезжает внутрь камеры
по конвейеру. После этого двери закрываются, чтобы создать контролируемые условия съёмки:
без влияния внешнего света, случайных бликов и изменений освещения в теплице.

Внутри камеры расположены сенсорные и световые модули. В зависимости

от конфигурации система может включать видимую 2D-визуализацию, видимую 3D-визуализацию и гиперспектральный модуль.

5. Программный модуль анализа данных

После съёмки система автоматически обрабатывает полученные изображения и рассчитывает параметры растения. Данные связываются
с конкретным образцом, что особенно важно при длительных экспериментах, повторных измерениях и сравнении групп.

5. Программный модуль анализа данных

После съёмки система автоматически обрабатывает полученные изображения и рассчитывает параметры растения. Данные связываются
с конкретным образцом, что особенно важно при длительных экспериментах, повторных измерениях и сравнении групп.

Как проходит цикл работы

Какие данные даёт фенотипирование растений
с помощью платформы

Система позволяет оценивать растение
не только визуально, но и количественно.
В зависимости от комплектации платформа может работать с разными типами визуализации.

Какие данные даёт фенотипирование растений с помощью платформы

Система позволяет оценивать растение не только визуально, но и количественно. В зависимости от комплектации платформа может работать с разными типами визуализации.

2D-визуализация

Модуль видимой 2D-визуализации используется для анализа базовой морфологии растения. Он позволяет оценивать площадь контура, площадь выпуклой оболочки, высоту и ширину кроны, степень заворачивания листьев, количество вершин листьев, степень сохранения зелени, признаки старения, цвет, текстуру, объём и биомассу.
Эти параметры указаны в сравнении конфигураций для блока видимой 2D-визуализации.

Такой модуль подходит для сравнения сортов, скрининга мутантов, оценки роста и анализа реакции растений на условия окружающей среды.

Модуль видимой 2D-визуализации используется для анализа базовой морфологии растения. Он позволяет оценивать площадь контура, площадь выпуклой оболочки, высоту и ширину кроны, степень заворачивания листьев, количество вершин листьев, степень сохранения зелени, признаки старения, цвет, текстуру, объём и биомассу. Эти параметры указаны в сравнении конфигураций для блока видимой 2D-визуализации.

Такой модуль подходит для сравнения сортов, скрининга мутантов, оценки роста и анализа реакции растений на условия окружающей среды.

3D-визуализация

3D-модуль позволяет строить трёхмерные модели растений и точнее оценивать пространственные параметры: высоту и ширину кроны, соотношение высоты кроны, объём, площадь поверхности и биомассу.

Это особенно важно, когда исследователю нужно понять не только размер растения, но и его структуру: форму кроны, плотность, развитие надземной части и изменение архитектуры растения во времени.

3D-модуль позволяет строить трёхмерные модели растений и точнее оценивать пространственные параметры: высоту и ширину кроны, соотношение высоты кроны, объём, площадь поверхности и биомассу.

Это особенно важно, когда исследователю нужно понять не только размер растения, но и его структуру: форму кроны, плотность, развитие надземной части и изменение архитектуры растения во времени.

Гиперспектральная визуализация

Гиперспектральный модуль позволяет анализировать отражение света
от разных частей растения
и рассчитывать спектральные индексы.
В брошюре указаны NDVI, RVI, GVI,
а также параметры, связанные
с содержанием хлорофилла и азота
в кроне растения.

Такие данные помогают оценивать физиологическое состояние растения: питательный статус, признаки стресса, различия между здоровыми
и поражёнными участками, а также изменения, которые могут быть незаметны при обычном визуальном осмотре.

Гиперспектральный модуль позволяет анализировать отражение света
от разных частей растения и рассчитывать спектральные индексы. В брошюре указаны NDVI, RVI, GVI, а также параметры, связанные с содержанием хлорофилла и азота в кроне растения.

Такие данные помогают оценивать физиологическое состояние растения: питательный статус, признаки стресса, различия между здоровыми
и поражёнными участками, а также изменения, которые могут быть незаметны при обычном визуальном осмотре.

Для каких задач применяется система

Платформа подходит для исследований, где нужно работать с большим количеством растений и регулярно получать объективные данные об их состоянии.

Генетическая селекция

Система помогает сравнивать сорта, линии и мутантные формы по скорости роста, форме кроны, площади листьев, биомассе, цвету и реакции на стресс.

Физиология растений

Платформа позволяет отслеживать развитие растения в динамике: изменение кроны, биомассы, окраски листьев и признаков старения или стресса.

Исследования стрессовых факторов

Система применяется для оценки реакции растений на температуру, засоление, болезни, вредителей и другие стрессовые воздействия.

Патология и защита растений

Визуальный и гиперспектральный анализ помогают выявлять поражённые участки, оценивать степень заболевания
и отслеживать изменения состояния растения.

Генетическая селекция

Система помогает сравнивать сорта, линии
и мутантные формы по скорости роста, форме кроны, площади листьев, биомассе, цвету
и реакции на стресс.

Физиология растений

Платформа позволяет отслеживать развитие растения в динамике: изменение кроны, биомассы, окраски листьев и признаков старения или стресса.

Исследования стрессовых факторов

Система применяется для оценки реакции растений на температуру, засоление, болезни, вредителей и другие стрессовые воздействия.

Патология и защита растений

Визуальный и гиперспектральный анализ помогают выявлять поражённые участки, оценивать степень заболевания и отслеживать изменения состояния растения.

Тепличная высокопроизводительная платформа для сбора и анализа фенотипов растений позволяет перевести фенотипирование из ручного процесса
в автоматизированный исследовательский цикл. Робот забирает растение с индивидуальной станции, передаёт его на конвейер, система проводит съёмку
в контролируемых условиях, анализирует морфологические, цветовые, текстурные и спектральные параметры, после чего растение возвращается на место.

Тепличная высокопроизводительная платформа для сбора и анализа фенотипов растений позволяет перевести фенотипирование из ручного процесса
в автоматизированный исследовательский цикл. Робот забирает растение
с индивидуальной станции, передаёт его на конвейер, система проводит съёмку
в контролируемых условиях, анализирует морфологические, цветовые, текстурные
и спектральные параметры, после чего растение возвращается на место.

Такой подход помогает исследователям быстрее получать данные, точнее сравнивать растения между собой, отслеживать динамику роста и выявлять признаки стресса, заболеваний или изменений питательного статуса. Платформа особенно актуальна для селекции, физиологии растений, молекулярной биологии, патологии растений, экологии и защиты растений — то есть для задач, где важны массовые измерения, воспроизводимость и объективная цифровая оценка состояния растений.

Такой подход помогает исследователям быстрее получать данные, точнее сравнивать растения между собой, отслеживать динамику роста и выявлять признаки стресса, заболеваний
или изменений питательного статуса. Платформа особенно актуальна для селекции, физиологии растений, молекулярной биологии, патологии растений, экологии и защиты растений — то есть для задач, где важны массовые измерения, воспроизводимость
и объективная цифровая оценка состояния растений.