便携式植物表型平台——KeyBox

背景

欧盟著名农业生物科技公司——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较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，并且从设计之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”。

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。

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。

基础整合模块：颜色校准 Color correction

在拍照时，将标准色卡（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。

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。

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。

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

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（ZD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

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

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

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）。

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。

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。

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

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

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

产地：荷兰