南宫NG28

  芬兰赫尔辛基大学国度植物表型基础设施（the National Plant Phenotyping Infrastructure，NaPPI）是芬兰国度钻研基础设施（Finnish Research Infrastructure，FIRI）的沉要植物科学钻研平台之一
。它的主题使命是通过整合从基因组学到高通量表型组学，再到高精度代谢组学的齐全技术链条，为植物科学钻研提供顶尖的非粉碎性表型分析技术
。就在近期（2026年1月21日），NaPPI正式参与了由NordForsk（北欧国度当拘匿科研合作赞助机构，从属于北欧理事会部长会议框架）赞助的 NordPheno北欧钻研基础设施中心
。这一合作旨在加强整个北欧地域在数字表型分析能力、知识互换、设施共享以及科研人员培训方面的合作，共同推动植物科学和育种钻研
。

  NaPPI的主题设施为两套PlantScreen高通量植物表型成像分析系统
。一套大型传送带系统合用于120cm以下的大型植株，如幼麦、玉米、番茄、马铃薯等
。一套紧凑式传送带系统合用于50cm以下的幼型植株，如拟南芥或作物幼苗等
。两套系统均可高通量自动化运行，在无人值守情况下自动实现植物样品的造就、浇灌、传送、各项表型成像丈量与分析等一整套植物表型组学丈量法式
。同时，赫尔辛基大学还设备有多台分歧型号配置的FluorCam叶绿素荧光成像系统，可共同PlantScreen系统的表型钻研工作，美满部门特殊表型数据，如OJIP急剧荧光动力学成像分析等
。

NaPPI的大型PlantScreen高通量植物表型成像分析系统，可同时包容270株高120cm宽100cm样品，具备叶绿素荧光成像和RGB彩色状态成像等职能
。

 NaPPI的紧凑型PlantScreen高通量植物表型成像分析系统，可同时包容360株高幼型样品，具备叶绿素荧光成像、RGB彩色状态成像、红表热成像等职能
。系统装置于一套FytoScope大型步入式植物成长室中，可进行各类仿照光照、温度、光周期等环境前提下的表型丈量

  这两套PlantScreen系统在2015年装置结束，是北欧地域最早的植物表型钻研设施之一
。时至今日，它们也依然是支持NaPPI甚至整个北欧地域植物表型钻研的主题设施之一
。NaPPI利用这些表型组学设备已经发展了一系列钻研工作并获得了大量的科研成就，部门钻研案例如下：

1. 番薯病毒的协同致病机造钻研

  由番薯羽状斑驳病毒（SPFMV）? 和番薯褪绿矮化病毒（SPCSV）? 协同习染引起的病毒病对番薯产量影响极为严沉
。传统的病毒检测步骤（如核酸检测）固然有效，但成本高、耗时，并且由于需粉碎样品，无法进行陆续观测
。本钻研旨在利用PlantScreen高通量表型分析系统，结合叶绿素荧光（ChlF）成像和热红表（TIR）成像技术，活络、无损并且省时省力地钻研SPFMV和SPCSV在番薯中的协同致病机理
。

  尝试设置了6个分歧的番薯病毒处置组，在两种光照前提下进行造就，以评估环境的影响
。在29天的陆续造就中，定期丈量RGB状态成像、叶绿素荧光成像和红表热成像
。

  了局批注，与健全植株（Wt-H）和仅习染SPFMV（Wt-F）的植株相比，习染SPCSV（Wt-C）、共习染（Wt-FC）以及转基因习染（R3-F）的植株成长受到显著抑造，阐发为株高降低、生物量和壹积削减
。

分歧处置组番薯的侧面成像图与状态数据：高度、生物量、壹积

  叶绿素荧光参数ΦPSII（PSII有效量子产量）和 qP（光化学淬灭系数）是分辨分歧病毒处置严沉水平的最敏感参数，在习染第3天即可显著批示病害产生
。症状严沉的植株（Wt-FC，R3-F）这两个值均显著降低，批注其光化学反映中心效能低下
。叶片温度在症状严沉的植株中更高，这可能是由于气孔关关导致蒸腾作用削减所致
。TIR成像在习染早期（约7天后）就能检测到温度差距
。

  本钻研初次系统性地验证了叶绿素荧光成像和红表热成像技术可用于分辨和量化SPFMV和SPCSV在番薯中引起的病毒病严沉水平
。为利用高通量表型技术进行温室科学尝试和田间精准农业中的病毒病早期检测提供了沉要凭据
。

左图：分歧成长时期的RGB、叶绿素荧光和热成像图；右图：各项叶绿素荧光参数的动态变动曲线

2. 林木病原菌致病机造钻研

  本钻研聚焦于坏死性林木病原真菌——幼孢子异担子菌Heterobasidion parviporum的致病机造
。幼孢子异担子菌是造成云杉根部和干基腐烂的最重要病原体，每年城市造成巨大的经济损失
。该真菌的基因组编码大量幼排泄蛋白（SSP），揣摩其作为效应子在与寄主互作中起关键作用，但大无数 SSP 的职能尚不明确
。

  通过农杆菌介导的瞬时表白技术在本氏烟叶片中测试四个能引起细胞殒命的 SSP 同源候选蛋白
。了局显示，只有 HpSSP35.8 能引发强烈的组织坏死和细胞殒命，而其他同源蛋白成效幽微或无成效
。用 H. parviporum 的分生孢子接种云杉幼苗根部，在分歧功夫点检测 HpSSP35.8 基因的表白量，发现：HpSSP35.8 的表白在侵染的早期、症状出现前（24-60幼时）被强烈诱导，在36幼时达到峰值，此使劓菌可能在形成侵染结构（附着胞）
。当根部出现显著褐变症状（72幼时后），该基因的表白水平反而显著降落
。这批注 HpSSP35.8 在成立侵染的初期阶段可能表演沉要角色
。但这种鉴定步骤费时费劲，钻研人员还是必要一种高效、活络的步骤来急剧筛选和鉴定拥有生物活性的效应子蛋白以发展后续工作
。

左图：接种病菌的云杉根部和HpSSP35.8的表白动力学；右图：本氏烟叶片的叶绿素荧光与RGB彩色成像参数动态变动，叶绿素荧光参数蕴含QYmax、ΦPSII和NPQ，RGB彩色成像图转化为色调鼓和度数据（Hue-Saturation-Brightness）

  因而，钻研人员利用PlantScreen系统中的RGB可见光状态成像与叶绿素荧光成像职能，对瞬时表白 HpSSP35.8 的本氏烟叶片进行了动态监测
。了局批注，利用可见光成像的色彩分析要到36幼时能力看到显著的坏死症状
。而叶绿素荧光参数ΦPSII（PSII现实光化学效能）在接种后3颖厩起头显著降落；QYmax（PSII最大光化学效能?）则在9幼时后出现差距，从而证明叶绿素荧光参数及成像分析是比状态、色彩观察更活络、更早期的细胞殒命和生理胁迫批示器，可用于高效筛选其他潜在的效应子蛋白
。

农杆菌转化本氏烟叶片的RGB成像图与叶绿素荧光成像图，可见处置3幼时后ΦPSII成像图即可显著观察到HpSSP35.8的表白与影响领域

3. 高通量种子活力评估

  种子活力是种子抽芽和出苗率、幼苗成长的潜势、植株抗逆能力和出产潜力的总和（抽芽和出苗期间的活性水平与行为），是种子品质的沉要指标
。种子萌发尝试无疑是最为直接有效的种子活力检测步骤
。但通常的传统步骤必要人为计数来丈量幼苗和推算抽芽率，工作量极大，也极度耗时
。而基于彩色图像分析来鉴别抽芽幼苗又存在很大误差
。同时，传统的状态数据难以真正评估幼苗成长的潜势、植株抗逆能力和出产潜力
。因而，基于现代植物表型组学钻研和种子活力评估要求，在种子萌发尝试中还必要实时监测各类表型数据，而不仅仅是传统表型所说的状态数据
。

  赫尔辛基大学的钻研人员为了钻研一种新的ABA响应泛素E3衔接酶对拟南芥种子萌产活力的影响，设计了一个基于高通量叶绿素荧光成像分析的萌发尝试
。

  PlantScreen植物表型成像分析系统能够自动对植物样品进行陆续造就和表型监测，极度合用于进行高通量的种子萌发尝试
。其建设的LED光照控温造就室可能仿照梦想的光照与温度前提
。自动传送系统能够按设置的序列自动让样品传送到成像室
。内置的FluorCam叶绿素荧光成像？槟芄煌ü嗖庵肿用确⒑蟾辗⒄棺右兜淖畲笥庵礔m，极度有效地鉴别抽芽的种子
。专用的分析软件可能很容易地将未萌发种子和布景去除掉，从而使抽芽率推算极为正确
。

 左图：高通量叶绿素荧光成像分析工作流程；a.播种、搁置样品、成像丈量、图像分析；b.最大叶绿素荧光Fm成像图的分析过程；右图：分歧处置的抽芽率动态曲线

  叶绿素荧光成像同时丈量萌发种苗的叶绿素荧光参数如QY_max最大光化学效能（Fv/Fm，对各类胁迫极为敏感）、QY现实光化学效能（量子产额）、NPQ非光化学淬灭（与光系统热耗散、光；せ煊泄兀fd荧光衰减比率（也称为活力指数）、冠层面积等，可反映种苗光合能力和抗逆能力
。热成像单元能够提供冠层和叶片温度数据，反映植物蒸腾、水分利用状态以及病害等胁迫信息
。这些指标已经宽泛用于幼苗成长潜势、植株抗逆能力和出产潜力的评估，并得到了大量的验证
。本钻研成功成立了一个高效、可扩大的高通量萌发筛选平台，为种子活力分析与种质资源评估提供了新工具
。

左：泛素E3衔接酶在ABA反映蹊径中的职能假说；右：对应处置的冠层投影面积、各项叶绿素荧光参数、冠层温度的动态曲线

4. 红树莓果实品质评估

  在高纬度地域（如芬兰在北纬60°以上），很多初生茎红树莓（Rubus idaeus L.）种类由于成长季短、秋季霜冻早，无法在初生茎上实现充分的秋季产量
。这些种类虽拥有高产潜力和良好果实品质，但秋季果实成熟过晚，导致产量损失
。钻研人员将7个初生茎树莓种类通过长枝栽培方式作为次生茎进行出产并评估其果实品质，但愿为短成长季地域提供代替栽培规划
。

  在进行果实品质评估时，除了传统的单株产量、果沉、可溶性固形物（SS）、可滴定酸（TA）等品质数据，钻研人员创新性地使用PlantScreen表型成像分析系统的RGB成像单元分析果实状态和色彩参数
。

  果实面积直接反映果实的大幼
。偏疼率则能够反映果实的圆度，其中“Autumn Treasure”的果实最椭圆（偏疼率最高），其他种类则更靠近圆形
。色彩分析则批注“Kwanza”的果实是最红、最亮的
。高通量RGB成像分析可高效分析果实状态和色彩，极度合用于自动化成熟度判断和采后品质评估
。

左图：经过布景去除的树莓果实RGB成像图；中图：树莓果实的状态数据：面积和偏疼率；右图：树莓果实的色彩数据：均匀红度和CIE数值

5. 利用OJIP急剧荧光诱导动力学成像技术进行光合机理钻研

  OJIP急剧荧光诱导动力学成像一向是叶绿素荧光成像技术中的一个难点，但由于OJIP可能对叶绿素荧光进行微秒级解析，因而在植物光合机理钻研中又是不成或缺的
。因而科学家和工程师一向在合作开发有关技术，最终成就即为具备闪光诱导叶绿素荧光成像职能的FluorCam叶绿素荧光成像系统
。

  赫尔辛基大学在2019年与PSI公司合作，利用一台装置了超高速荧光相机的定造FluorCam叶绿素荧光系统对拟南芥突变体的低氧光合响应进行了PAM脉冲调造荧光和OJIP急剧荧光诱导分析
。之后又对拟南芥对臭氧的光合响应等进行了钻研

左图：拟南芥rcd1突变体在低氧环境下的OJIP曲线与φRE1o（PSI电子受体的电子流量子产额）成像图与数据（Shapiguzov，2019）；右图：拟南芥在臭氧和光照处置后的OJIP曲线与成像图（Morales, 2021）

  从2024年起头，赫尔辛基大学与芬兰天然资源钻研所合作，利用一台最新型的PlantScreen SC植物表型成像分析系统进一步深刻钻研
。这一系统同时建设RGB成像、红表热成像、FluorCam叶绿素荧光成像单元（建设PAM脉冲调造叶绿素荧光成像、OJIP急剧闪光诱导叶绿素荧光成像两种成像？椋┑戎澳苣？
。他们在除草剂影响、气孔职能胁迫响应等方面已经获得了一系列成就
。

左图：拟南芥在正常含氧量环境与缺氧环境下增长或不增长百草枯（MV）的OJIP曲线与φRE1o（PSI电子受体的电子流量子产额）数据图（Punkkinen，2025）；右图：蚕豆分歧光照前提下相对叶温与电子传递速度ETR的有关性（Shapiguzov，2025）

PlantScreen SC植物表型成像分析系统

参考文件：

1. Wang L, Poque S, Valkonen J P T. Phenotyping viral infection in sweetpotato using a high-throughput chlorophyll fluorescence and thermal imaging platform[J]. Plant methods, 2019, 15(1): 116.
2. Wen Z, Raffaello T, Zeng Z, et al. Chlorophyll fluorescence imaging for monitoring effects of Heterobasidion parviporum small secreted protein induced cell death and in planta defense gene expression[J]. Fungal genetics and biology, 2019, 126: 37-49.
3. 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.
4. Palonen P, Laine T, Mouhu K. Floricane yield and berry quality of seven primocane red raspberry (Rubus idaeus) cultivars[J]. Scientia Horticulturae, 2021, 285: 110201.
5. Shapiguzov A, Nikkanen L, Fitzpatrick D, et al. Dissecting the interaction of photosynthetic electron transfer with mitochondrial signalling and hypoxic response in the Arabidopsis rcd1 mutant[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2020, 375(1801): 20190413.
6. Morales L O, Shapiguzov A, Safronov O, et al. Ozone responses in Arabidopsis: beyond stomatal conductance[J]. Plant Physiology, 2021, 186(1): 180-192.
7. Punkkinen M, Baral B, Blokhina O, et al. Mitochondria affect photosynthesis through altered tissue levels of O?[J]. Plant Physiology, 2025: kiaf648.
8. Shapiguzov A, Punkkinen M, Laine T, et al. Linking stomatal function with photosynthetic light reactions and stress response in faba bean[J]. Environmental and Experimental Botany, 2025: 106290.

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左图： PlantScreen植物表型成像分析系统；右图：PhenoTron® PTS植物表型成像分析系统

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左图：新一代FluorCam1300多引发光多光谱荧光成像系统；中：FluorTron®植物光合表型成像分析系统；右：利用南宫NG28叶绿素荧光成像技术丈量番茄种子萌发率并评估种苗活力

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  。

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