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背景

        欧盟最大的农业生物科技公司——荷兰KeyGene公司,是一家专注于提供基因型-表型分析和性状及关联基因挖掘服务的公司。自从2011年由KeyGene公司和德国LemnaTec共同建立的欧洲植物表型平台PhenoFab投入运转后,迅速积累了大量的基因型-表型测量和分析经验,并取得了异常出色的结果,从而导致PhenoFab一直处于满负荷运转状态。

        基于大量的PhenoFab使用经验和数据分析的基础,KeyGene研发出了一款国际上最小的便携式植物表型平台KeyBox。

        KeyBox的是为了解决PhenoFab工作人员在实际应用中遇到的问题而面世的,并且从设计最初就要求能够操作简单、不需进行复杂的软件学习,即使是育种公司的一般工作人员也容易掌握。

        KeyBox已经被大量实验证明是非常高效、有价值的。正如世界闻名的集科研育种、种子生产及开发销售为一体的专业化蔬菜育种公司——荷兰安莎种子集团公司(ENZA ZADEN)的育种家Martijn van Stee所说“我们用KeyBox在世界各地进行了高通量的表型分析,它在将表型量化方面被证明非常可靠”。

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快速打包设计

        考虑到KeyBox可能需要经常带到温室、野外或其它地方进行测量,因此它被设计成可快速拆卸、打包的样式。将KeyBox打包后,就成为一个拉杆箱,方便运输和携带。

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工作状态打包后


主要功能

  • 对植物体进行整株或器官(果实、种子、根系、叶片、幼苗等)的表型成像

  • 便携可折叠式设计,方便带到温室或野外使用

  • 标准光照环境,数据可重复

  • 经验丰富的专家根据应用经验设计的软件,操作简单,解决农业应用中遇到的问题

  • 内置颜色校正和读取电子标签的程序

  • 可选一系列的功能程序模块,并不断升级中



   

 

应用领域

  • 表型性状分析/挖掘,基因型-表型关联

  • 农业育种

  • 园艺学、农业信息学

  • 果实品质分析

  • 植物病理研究

  • 生物量分析

  • 种子萌发研究

  • 抗逆研究


工作软件Pheno-suite

       KeyBox的工作软件Pheno-suite由KeyGene公司强大的生物信息学和软件团队开发,充分考虑在实际应用的需求,操作简单,功能强大。

Pheno-suite的工作模块包括:

  • 基础整合模块。内置在软件中,是软件的基本组成部分。

  • 选配模块。功能强大,针对应用的每个算法是一个模块,客户可以根据需求选配。


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基础整合模块:颜色校准 Color correction

        在拍照时,将标准色卡护照(ColorChecker Passport)放入KeyBox内一起成像。拍照结束后,利用Pheno-suite软件的“Color correction”功能,可以根据标准色卡还原被摄物体的真实颜色。

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基础整合模块:标签识别 Label recognition

        Pheno-suite软件可以协助生成由10位数字组成的标签并打印出来。在拍照时,将标签条一起成像。利用Pheno-suite软件的“Label recognition”功能,可以自动将标签条识别并读取出来。客户可以将图片文件与标签关联起来,方便数据管理。

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基础整合模块:灰度图转换 Gray scale conversion

        利用Pheno-suite软件的“Gray scale conversion”功能,可以将彩色图像转换为灰度图,供客户使用。

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功能强大的模块:生物量测量 Biomass detection 

        利用Pheno-suite软件的“Biomass detection”功能,可以计算样品的像素大小、样品的长度和宽度(将样品包围起来的方形盒的长度和宽度)、样品性状偏离圆形的程度(deviation   from circle)。

  • Plant pixel size

  • Length/width bounding box

  • Deviation from circle

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功能强大的模块:形态大小测量 Tomato size 

        利用Pheno-suite软件的“Tomato size”功能,可以计算样品的像素大小、样品的长度和宽度(将样品包围起来的方形盒的长度和宽度)、样品的椭圆度(最大轴长、最小轴长、朝向)。


Plant pixel size

Height/width bounding box

Elipse (same second central moment)

    Major   axis length

    Minor   axis length

    Orientation

命名为“Tomato size”并不代表只能测量番茄,而是适用于所有样品

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功能强大的模块:种子萌发测量 Seed germination in tray 


        利用Pheno-suite软件的“Seed germination in tray”功能,可以计算样品的总像素大小、样品的平均像素大小、样品像素大小的标准差等。这些可以用于判断种子的萌发率。

Total pixel size

Average object pixel size

STDEV object pixel size

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功能强大的模块:叶片大小测量 Leaf size detection


利用Pheno-suite软件的“Leaf size detection”功能,可以计算样品数目,以及每个样品的总像素大小、样品的长度和宽度(将样品包围起来的方形盒的长度和宽度)、样品性状偏离圆形的程度等。

# Objects

Per Object

    Total pixel size

    Length/width bounding box

    Deviation from circle
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实际应用举例

叶片尺寸测量

        下图中,利用KeyBox测量了一个叶片像素面积(area)、长度(height)、宽度(width)、长轴(Major Axis)、短轴(Minor Axis)、偏心率(Eccentricity)和周长(Perimeter)。


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种子发芽率研究

        下图中,利用KeyBox测量了一个104孔的芽盘中,种子的萌发情况,精确识别萌发的种子和未萌发的种子,计算出萌发率。

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番茄果实性状分析

        下图中,利用Keybox仪器对三个樱桃番茄果实性状进行了分析,共获得紧凑度(Compactness)、圆度(Roundness)、像素面积(Area)、长轴(Major Axis)和短轴(Minor Axis)等10个参数,对番茄果实的各项参数进行分析。

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瓜果性状分析 

        将瓜类果实放在Keybox仪器中进行成像,利用软件可以计算出果实的尺寸大小(Pixel size)、长度(Length)、宽度(Width)、颜色(Color)、裂缝(Cracks)、黑点数(Dark spots)和圆度(Roundness of melon)。

Size of melon(Pixels)

Length & width melon

Color

Cracks

Dark spots

Roundness of melon

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玉米棒性状分析

        将玉米棒放到Keybox仪器,成像后分析,可以得到玉米棒长度(Length cob)、玉米棒宽度(Width cob)、颜色(Color)和图像中谷粒数(Kernels on cob)。

Length cob

Width cob

Color

Number of kernels in length

Estimate of total kernels on cob

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叶片病害性状分析

        对感病叶片进行分析,叶片颜色(Color leaf)、黄色部分面积(Quantify area yellow)、棕色叶片面积(Quantify area brown)和对照叶片之间比较(Compare with control plants)。

 Color leaf

Quantify area yellow

Quantify area brown

Compare with control plants


芽橄榄性状分析

        Keybox仪器可以同时对多个芽甘蓝进行成像和分析,可以计算每个样品的长度、宽度、周长、偏离圆形程度、颜色分级(绿色、棕色和黄色)、计算参数(平均面积、长宽比、标准偏差)、大小分类、均匀性和形状

 

# Objects

Size parameters per object:                    

    Length

    Width

    Perimeter

    Deviation of circle

    Object size (pixels)

Color per object:

    Color classes (green, yellow, brown)

    % green of surface (or brown/yellow)

Calculated parameters:

    Average object size (pixels)

    STDEV object size (pixels)

    Ratio length/width

    % too small 

    % too brown

    % wrong shape

Reference parameters:

    Size classes (e.g.18-23mm)

    Color classes

    Uniformity

    Shape classes

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