모듈식 조류 표형 영상 분석 시스템

조류는 남조문, 안충조문, 금조문, 갑조문, 녹조문, 갈조문, 홍조문 등 일련의 수생생물을 총칭한다.그 형태는 종류가 매우 많은데, 작게는 마이크로미터급의 단세포 마이크로조류, 크게는 몇 미터 내지 수십 미터에 달하는 대형 갈조류이다.조류는 수체에서 가장 중요한 초급생산자로서 전반 생태계 나아가서는 지구권의 안정에 극히 중요한 역할을 한다.이와 동시에 많은 경제조류도 식품, 의약, 에너지 등 업종에서 중요한 역할을 하고있다.수화, 적조 등 유해 생태 현상도 조류로 인한 것이다.

조류연구에서 조류의 표형특징, 특히 광합생리, 형태, 색채, 색소의 구성과 분포, 부동한 색소의 광합기여, 협박생리 등 방면의 측정과 분석을 전면적으로 분석하여 조류표형의 디지털화, 생리생태 및 기능을 가시화해야 한다.이것은 조류 표형에 대해 전문적으로 설계한 표형 영상 시스템 방안이 필요하다.

모듈식 조류 표형 영상 분석 시스템은 FMT150 조류 배양 및 온라인 모니터링 유닛, FluorCam 엽록소 형광 또는 다중 스펙트럼 형광 영상 유닛, FKM 다중 스펙트럼 형광 동적 현미경 영상 유닛, 높은 스펙트럼 영상 유닛 (또는 다중 스펙트럼 영상 유닛), RGB 컬러 영상 유닛, 등으로 구성되어 있으며, 현재 시장에서 가장 유연하게 배치되고 기능이 전면적이며 성비가 가장 높고 기술이 앞선 조류 표형 생태 분석 및 생리 분석 생태계이다.

산호 공생체의 표형 영상 연구, 왼쪽 그림: 산호 수축-팽창 부동위상 NDVI 다중 스펙트럼 영상과 GFP 녹색 형광 단백질 영상 분석;오른쪽 그림;산호 표면 및 수직 단면 샘플은 약한 빛과 강한 빛의 적응 조건에서의 RGB 이미징, 엽록소 형광 이미징 및 NDVI 다중 스펙트럼 이미징 분석 (충실한 MC,등.2015）

주요 특징 및 기술 지표:

1. FMT150은조류 배양 및 온라인 모니터링 기술: 생물 반응기와 모니터링 기기를 독특하게 결합하여 담수, 해수 조류 및 남조류 등의 모듈식 정밀 조명 배양 및 생리 모니터링에 사용:

1) 사이즈 용적 옵션: 400ml, 1L, 3L 등 25L, 120L의 대형 배양 용기를 사용자 정의할 수 있다

2) 전체 LED 광원: 적색, 청색광 또는 백색광, 적색광 2색 광원, 기타 광질은 맞춤형으로 제작할 수 있으며 최대 광강도는 3000μmol(photons).m에 달한다.^-2.s^-1

3) 온도, 빛의 강도, 배양 주기,CO₂농도 등 배양조건, 자연주기변화 시뮬레이션, 항화 또는 항탁배양 가능

4) 온도, pH값, 용존산소,O₂/ CO₂통량, 영양염 변화, 광밀도, 엽록소 형광 파라미터 (협박받은 상태와 생리 상태 반영) 등 다양한 환경과 생리 파라미터

5) 전용 컴퓨터 소프트웨어를 통한 외부 제어, 실시간 데이터 온라인 모니터링 및 저장

6) 빠른 반복 배양 실험을 위해 MC1000 8채널 조류 배양 및 온라인 모니터링 유닛 옵션

라인의 조류 다조학적 해석, 왼쪽 그림: FMT150을 사용하여 정밀 제어 배양;오른쪽 그림: FluorCam을 사용한 엽록소 형광 분석 (Strenkert, 2019, PNAS)

2. FluorCam은엽록소 형광 영상 기술: 수요에 따라 서로 다른 모델과 영상 크기의 엽록소 형광 영상 시스템을 선택하거나 GFP/YFP와 같은 안정적인 형광 영상, PAR 흡수/NDVI 영상 등을 선택할 수 있다:

1) 휴대용 엽록소 형광 영상, 영상 면적 31.5x41.5mm, 야외 및 실험실 엽록소 형광 영상 분석에 사용할 수 있으며, 광합성 측정과 엽록소 형광 영상 분석 측정을 위한 배광 합용 시스템도 선택할 수 있다

2) 폐쇄식 (일체형) 엽록소 형광 영상 시스템, 기능이 가장 완벽 (모든 Protocols는 OJIP, QA 재산화 동력학 등을 포함한다), 성가비가 가장 높고 사용이 가장 편리한 데스크톱 식물 표형 영상 분석 설비로 식물 PAR 흡수, 스펙트럼 반사 지수 NDVI 등을 동시에 영상 측정할 수 있다

3) FluorCam은모듈식 엽록소 형광 영상 시스템, 13x13cm 표준판과 20x20 대형판이 있으며, 모듈식 구조로 확장성을 갖추고 있으며, 백색 LED 광원 (자연광원 시뮬레이션용), 청색 LED 광원, 녹색 LED 광원, 적색 LED 광원, 청색 LED 광원 등 서로 다른 자극 광원을 선택하여 광질 실험을 진행할 수 있으며, 서로 다른 조류 광합성 색소 단백질 (아래 그림은 휴대용, 일체형, 모듈식 엽록소 형광 시스템 순) 을 자극하는 데 사용된다

4) FluorCam은대형 엽록소 형광 영상 플랫폼, 영상 면적은 35x35cm에 달한다(아래 그림은 휴대용, 일체형, 모듈식 엽록소 형광 영상 시스템과대형 엽록소 형광 영상 플랫폼）

5) FluorCam은UV 자외선 및 전용 필터를 장착하여 조류를 자극하고 검출하는 다중 스펙트럼 형광 영상 기술 방안, 특히 이차 대사 그룹과 병해 표형 연구에 적합하다.일체형 (이미징 면적 13x13cm) 또는 모듈식 (이미징 면적 13x13cm 또는 20x20cm) 을 선택할 수 있으며, 실험실의 대형 다중 스펙트럼 형광 이미징 플랫폼도 선택할 수 있다

중국해양대학교는 FluorCam을 사용합니다.다중 스펙트럼 형광 영상 시스템 연구 줄무늬 김Pyropia yezoensis는적부병 감염 후 차생대사 응답(Tang L, 2019)

3. FKM은다중 스펙트럼 형광 동적 현미경 영상 기술: FluorCam 엽록소 형광 영상 기술을 기반으로 한 현미경 영상 기술.확장 가능한 부품을 포함하는 향상된 현미경, 고해상도 CCD 카메라, 자극 광원 그룹, 분광기, 온도 제어 모듈 및 해당 제어 장치 및 전용 워크스테이션 및 분석 소프트웨어로 구성됩니다.이는 미세조류, 단일세포, 단일엽록체 나아가서는 기립-기질류 낭체단편에 대해 엽록소형광 및 다중스펙트럼형광영상분석을 진행할수 있을뿐만아니라 형광단백질, 형광염료 및 조류특유의 광합성색소의 영상분석도 진행할수 있다.

1) Fv/Fm, Kautsky 유도 효과, 형광 담금질, OJIP 빠른 형광 응답 곡선, QA 재산화 등 현재의 엽록소 형광 연구의 모든 프로그램을 내장하여 70여 개의 매개변수와 그 영상도를 얻을 수 있다

2) 10배, 20배, 40배, 63배, 100배 전용 생물형광물경을 장착하여 엽록체와 그 발광을 선명하게 관측할 수 있다

3) 자극 광원 그룹에는 적외선, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 자외선, 원홍광 등이 포함되어 있으며, 식물/조류의 어떤 색소 분자나 발색단을 연구할 수 있다

4) GFP, DAPI, DiBAC4, SYTOX, CTC 등 형광단백질, 형광염료의 영상분석 가능

5) 고해상도 분광기는 각종 형광의 분광도를 깊이 해석할 수 있다.

6) 온도조절시스템은 실험견본이 동등한 온도조건에서 측정되여 실험정밀도를 높일수 있으며 고온/저온협박연구도 진행할수 있다.

어성조류 이형포 분화 과정 중의 광합성 법칙(Ferimazova, 2014)

4. Specim은하이 스펙트럼 이미징 기술, 추천 IQ 하이 스펙트럼 이미징, 일체형 디자인, 내장 자동 스캔, 데이터 수집 처리, 운영 체제, 터치 스크린 및 조작 키, GPS 등, 동체는 작고 가벼우며 1.3kg에 불과하여 손쉬운 조작 또는 고정 조작을 실현한다. 주파수 대역 범위 400-1000nm, 7nm 스펙트럼 해상도, 204개 대역, 이미지 해상도 512x512픽셀, 시야 31도, 물거리 15cm에서 무궁무진한 55cm, 시야 55cm.다른 스캔식 하이 스펙트럼 이미징 분석 장치 옵션 (아래 하이 스펙트럼 이미징 기술 선택 참조 표 참조)

5. RGB 이미징 분석 또는 다중 스펙트럼 이미징 분석을 동시에 선택할 수 있습니다.

6. 구성이 유연하고 사용이 편리하며 다양한 유닛 조합 옵션 제공

해양 녹조, 갈조, 홍조의 스펙트럼 영상 분석(Ginneken V, 2017)