AlgaTech®高通量藻类表型成像技术应用 ——定量反演条斑紫菜的重要光合色素含量

AlgaTech^®高通量藻类表型分析平台是易科泰生态技术公司自主设计研发的科研级一体化表型成像分析系统。该平台采用PTS（Plant-to-Sensor）技术，集双轨式同步升降控制、多传感器成像、高精度移动扫描平台、一键式光源控制、多源数据采集等功能于一体，同时配备高光谱成像、叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像、RGB成像单元，样品可以放置在扫描平台上自动运送成像单元进行成像分析，是目前功能完备、技术YL的高通量表型成像分析系统，可为植物表型、生理生态、藻类及海洋植物、海水养殖、生物量评估、种质资源等研究领域提供全方位、一站式解决方案。

图1：AlgaTech^®高通量表型分析平台

中国海洋大学藻类遗传学与育种研究团队使用此平台的VNIR高光谱成像模块对条斑紫菜的重要光合色素含量进行了预测模型的构建，展现了AlgaTech®高通量藻类表型分析平台在藻类表型研究中的巨大潜力。

条斑紫菜是一种具有重要经济价值的红色巨藻，藻红蛋白（PE）、藻蓝蛋白（PC）、别藻蓝蛋白（APC）和叶绿素a（Chla）是重要的光合色素，其含量和比例不仅影响光合生理，同时影响着藻体的蛋白质含量和色泽等经济性状。传统的测定方法费时费力、成本较高且对操作者的经验依赖性强，无法满足大规模、高通量的研究。本研究利用高光谱成像技术对条斑紫菜的3种主要藻胆蛋白PE、PC、APC和Chla的含量进行了高通量、无损的定量分析。

图2：不同预处理后条斑紫菜的光谱图像。光谱原始数据（a）、S-G平滑+标准化预处理（b）、S-G平滑+标准正态变量（SNV）预处理（c）、MSC预处理（d）、S-G平滑+一阶导数预处理（e）、S-G平滑+二阶导数预处理（f）

本研究使用高光谱成像模块采集了400-1000nm的光谱信息，结合两种机器学习方法——偏小二乘回归（PLSR）和支持向量机回归（SVR），成功建立了PE、PC、APC和Chla含量的ZJ预测模型。利用野生样本对模型的精确性进行了验证，确证了模型具有较高的预测精度，表明模型具有良好的适用性。

图3：基于ZYPLSR和SVR模型的四种光合色素（PE/PC/APC/Chla）含量的预测值和实测值的散点图。其中▲为训练集数据，×为验证集数据

图4：条斑紫菜RGB图像及四种光合色素（PE/PC/APC/Chla）含量预测分布

研究表明，基于高光谱成像技术可以快速、准确、无创地对条斑紫菜的PE、PC、APC和Chla含量四种重要光合色素进行定性/定量分析，性状获取效率较传统方法提升约50倍，为后续条斑紫菜的表型组学和遗传育种研究提供了一种有效、可靠的方法。

参考文献：Quantification of Photosynthetic Pigments in Neopyropia yezoensis Using Hyperspectral Imagery

易科泰生态技术公司提供藻类生物质能源研究及高通量表型研究技术全面解决方案，包括藻类叶绿素荧光与光合作用测量、藻类叶绿素荧光成像分析、藻类培养与在线监测及AlgaTech高通量藻类表型分析等。