Морфологическое фенотипирование растений: RGB-индексы при стрессе томата
Морфологическое фенотипирование растений: PCA 83,1% и кластеры стресса
83,1% вариации RGB-индексов на горшечном томате объяснили три главные компоненты PCA (adj. P=0,0017). Морфометрические индексы грузились на PC1, цветовые на PC2. Индекс senescence сверху и solidity сбоку ещё выходили на PC3. Точки биотического и абиотического стресса разошлись по кластерам. Видимый HTP в этой постановке разделял два типа стресса в пространстве компонент, а не фиксировал лишь отличие растения от контроля.
Дальше смотрим, какие 2D RGB-индексы на горшечном томате отделяют стресс от контроля, а какие разделяют биотический ряд и засуху. Морфологическое фенотипирование растений в этой постановке - расчёт индексов по кадрам видимого диапазона, а не химия листа. На практике фенотипирование растений это съёмка HTP сверху и сбоку и сравнение кадров стресса с контролем. Разбираем один опыт Prigigallo: видимый HTP, индексы и PCA, без перехода в гиперспектр.
Как снимали горшечный томат: RGB HTP сверху и сбоку
Prigigallo и соавторы ставили проксимальную RGB-съёмку HTP на нескольких генотипах томата. Цель: проверить, отличает ли видимый контур биотический стресс от засухи и устойчивые генотипы от восприимчивых. Биотический ряд: вирус TSWV, корковая гниль корня (CRR, гриб Pseudopyrenochaeta lycopersici), галловая нематода (RKN, Meloidogyne incognita). Абиотический ряд: засуха. Опираемся на то, что авторы зафиксировали по PCA и индексам. Отдельного численного результата по разделению генотипов в разобранных тезисах нет.
RGB фенотипирование растений вели на платформе Scanalyzer 3D с RGB-камерой Basler Scout: кадры сверху и сбоку, без гиперспектральных каналов. Съёмка давала морфометрию и цвет кроны по 2D RGB, без спектра отражения листа. Формулировку «early» авторы ставят как цель работы, а не как численный результат детекта на первых кадрах.
Томаты росли в горшках 2 л. По авторам сам размер горшка видимого угнетения не давал, в отличие от известного ограничения для рапса 220 мл / 6 л. 2 л здесь условие опыта, не рабочая камера другой установки. Фенотипирование горшечных растений проводили на живых образцах в контролируемых условиях.
Из RGB-кадров сверху и сбоку получили 12 морфометрических и 8 колориметрических индексов. Морфометрия описывала форму и размер кроны, колориметрия - цвет.
Высота и цвет: факт стресса против типа
Высота и projected shoot area у стрессированных томатов были ниже независимо от типа стресса: и биотический ряд, и засуха давали задержку роста.
В PCA на PC1 значимо грузились высота, площадь, ширина и projected shoot area. Цветовые индексы (green area, hue circular mean, senescence index) грузились в основном на PC2; senescence сверху и solidity сбоку ещё имели значимые нагрузки на PC3.
Группы индексов стенда S1:
| Группа индексов | Примеры из S1 | Что ловят | Различают биотический и абиотический стресс |
|---|---|---|---|
| Морфометрические (12) | высота, projected shoot area, ширина, площадь | задержку роста, факт стресса независимо от типа | нет |
| Колориметрические (8) | senescence index, green area, hue circular mean | тип стресса: раннее старение листа vs более зелёный лист при засухе | да (senescence index) |
Для площади кроны авторы считают RGB достаточным и дешевле мульти- и гиперспектральных датчиков. Довод относится к размеру надземной части. К химии листа и к отбору по цветовому типу стресса он не относится. Оценка воды и элементов по гиперспектральному снимку - другой угол и другая статья. Здесь канал видимого диапазона и индексы формы и цвета.
Границы стенда: цифры paper не равны паспорту VL2
PCA считали как отношение стресс/контроль. Ранние точки убирали: раньше 10 dpi для TSWV, 22 dpi для RKN, 27 и 30 dpt для засухи. 83,1% и кластеры - не доказательство детекта на первых кадрах. В поле несколько факторов сразу, съёмка другая. Кластеры PCA с этого стенда напрямую не переносят.
Камера для фенотипирования растений Top Cloud-agri TP-Plant-VL2 - инструмент задачи: 2D RGB сверху и сбоку, вращающийся стол 360°, съёмка без повреждения образца. Это платформа съёмки, не климатическая камера роста. Режим света и температуры как условия выращивания разбирают отдельно: камеры роста растений, как выбрать камеру роста растений, условия среды в климатической камере роста.
Как выбрать систему 2D RGB-фенотипирования для ваших задач?
Для морфологического фенотипирования растений по 2D RGB смотрят паспорт камеры, габарит образца и геометрию съёмки. Цифры чужого стенда в ТЗ не копируют.
- 2. Высота растений: ≤ 500 мм. Выше этого порога образец в рабочую зону не ставят.
- Площадь, занимаемая растением: ≤ 400 мм. Критерий посадочного места, не projected shoot area из PCA.
- Геометрия съёмки: камеры видимого диапазона сверху и сбоку, вращающийся стол 360° даёт кадры с разных ракурсов.
- Освещение: равномерный диффузный рассеивающий светодиодный поверхностный источник света; яркость и положение стола задают с экрана.
- Габариты и масса: напольная установка 1400 × 950 × 1840 мм, вес прибора 300 кг. Максимальный вес растения с горшком - 22,5 кг, это другая цифра.
- Такт съёмки: получение данных до 50 с, анализ 10 с на одно растение. Встроенное ПО запускает сбор одним нажатием, образец не повреждает.
Если вам необходимо морфологическое фенотипирование растений по RGB-снимкам
Рассмотрите камеру для фенотипирования растений Top Cloud-agri TP-Plant-VL2 как отправную точку: видимый диапазон сверху и сбоку, стол 360°, разрешение 5120 × 5120.
Если требуется не съёмка фенотипа, а режим выращивания, смотрите соседнюю линейку камер роста растений. Александра, технический специалист по подбору лабораторного оборудования, поможет подобрать модель под задачу лаборатории.
- Тел.: 8 (499) 490-02-72
- Email: blog@assa-group.ru
Итог
На горшечном томате высота и projected shoot area ловят факт стресса без различия типов, senescence index отличает биотический стресс (раннее старение) от засухи (более зелёный лист). RGB достаточен, если целевой индекс - площадь кроны; химию листа этим методом не получают. Фенотипирование горшечных растений по 2D RGB на TP-Plant-VL2 ведут камерой видимого диапазона сверху и сбоку: это не климат-камера.
Источники:
- Prigigallo et al. (2025). High-throughput plant phenotyping identifies and discriminates biotic and abiotic stresses in tomato. Plant Phenomics. DOI: 10.1016/j.plaphe.2025.100124 PMC: PMC13109330
