Sistema de fenotipagem de Plantas PlantScreen®
Alimentar o mundo tem se tornado cada vez mais um grande desafio. Enquanto o tamanho da população humana aumenta sem limites, os estoques de terras agricultáveis parecem se exaurir. Alterações ambientais decorrentes da intervenção humana tornam este desafio ainda maior, aquecimento global, seca, solos salinos em decorrência da irrigação, esgotamento de nutrientes do solo, infestações de fungos e insetos fazem com que estudos adaptativos e de tolerância pelas plantas, sejam a chave para o equilíbrio desta equação.
A combinação entre melhoramento de plantas e modificação genética tem sido utilizada na criação de novos indivíduos resistentes, mas neste momento um novo desafio se apresenta: como avaliar seu desempenho frente a um fator limitante? Normalmente a avaliação do desempenho de um indivíduo a uma determinada condição de estresse é difícil e demanda muito tempo, neste momento, novas técnicas de Fenotipagem de Plantas são ferramentas poderosas e fundamentais, pois permitem a análise de grande quantidade de indivíduos, no mesmo estágio de desenvolvimento e na mesma condição, frente ao estresse estudado.
A Fenotipagem de Plantas é um novo campo da ciência em franco desenvolvimento que oferece soluções aos problemas encontrados em métodos tradicionalmente utilizados. Consiste no uso de métodos ópticos para monitorar o estado físico, fisiológico e morfológico de uma planta, permitindo o estudo da resposta da planta em vários aspectos, frente a sua interação com meio ambiente ao longo de breves períodos. Este método envolve a utilização de câmaras sensíveis a comprimentos de ondas específicos que revelam o funcionamento interno e externo das plantas. Dependendo do tamanho da área das imagens, dezenas ou centenas de plantas podem ser analisadas ao mesmo tempo, permitindo uma análise fenotípica com alto rendimento analítico.
O Sistema PlantScreentm é o estado da arte no que diz respeito a fenotipagem de plantas, podendo ser configurado sob demanda. Normalmente é composto por um gabinete no qual várias estações de aquisição de imagens são instaladas em série para onde as plantas são transportadas, na versão robótica o sistema de aquisição de imagens é instalado em um braço robótico que se move até as plantas. Os Sistemas de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm podem ser instalados em salas de crescimento, casas de vegetação ou utilizados a campo. Operados a nível temporal e espacial, são comprovadamente eficientes em uma gama aplicações, entre elas:
Rastreamento de alto rendimento
Avaliação de morfologia e de crescimento
Gerenciamento nutricional
Desempenho fotossintético
Estresse biótico e abiótico
Interação com agentes patogênicos
Identificação de características
Triagem química
Efeitos Nutricionais
Na busca de características benéficas que possam permitir que as culturas tenham resistência a estresses bióticos e abióticos, métodos de fenotipagem de plantas de alto rendimento, rápidos e precisos são necessários. Tais métodos devem envolver medições automatizadas de morfologia, bioquímica e fisiologia da planta, determinando o rendimento potencial e real sob uma grande variedade de condições ambientais monitoradas. Entre as aplicações podemos destacar::
O Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm de alto desempenho pode ser utilizado tanto para induzir a planta a um estresse determinado assim como para identificar o seu grau de tolerância ou suscetibilidade um determinado tipo de estresse. A análise da cinética da fluorescência da clorofila é a chave para identificar o ponto em que a planta passa a responder a uma condição de estresse e em que grau esta condição passa a inibir a eficiência fotoquímica do indivíduo. Análises de imagem em RGB e morfométricas permitem o dimensionamento dos efeitos no crescimento, enquanto que análises de imagens térmicas e no Infravermelho próximo indicam o status de água e da movimentação dos estômatos. O Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm ainda permite a inclusão de protocolos de pesagem e dosagem de água possibilitando a indução de várias condições de estresse, entre eles:
Estresse Hídrico
Estresse Nutricional
Estresse por metais pesados
Estresse salino
Inundação ou alagamento
Com a planta aclimatada em condições controladas é possível também a realização de estudos de estresse térmico para altas e a baixas temperaturas.
Infecção por fungo em Arabidopsis e medidas de imagem da cinética da fluoresncência da clorofila Berger et al. J.Exp.Bot 58: 797-806
Infestações de patógenos em culturas comerciais são as maiores causas que contribuem para a redução da produtividade. O Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm de alto desempenho permite uma quantificação exata do grau de suscetibilidade a ataques que uma cultura está sujeita, sendo uma ferramenta extremamente valiosa em programas de melhoramento e seleção de OGM. Por exemplo, uma análise de imagem RGB quantifica ao longo do tempo uma infecção fúngica em uma planta, enquanto que análises de imagens da cinética da fluorecência da clorofila indicam como a infecção limita a eficiência fotoquímica e, por conseguinte, a produtividade potencial. Repetidas análises morfométricas quantificam a redução no crescimento do indivíduo e os efeitos em sua arquitetura.
Com câmeras de alta resolução incorporadas ao Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm é possível monitorar numerosos aspectos do crescimento das plantas durante seu desenvolvimento. Cada planta é posicionada e medida separadamente ou em bandejas com outras amostras, estas são monitoradas ao longo do tempo permitindo a avaliação das mudanças nos parâmetros de crescimento e arquitetura dependendo do estágio de desenvolvimento.
O Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm permite a recriação da estrutura das plantas em 3D com grande exatidão e alta resolução, superior aos métodos de laser-scattering. Os sistemas podem ser utilizados com monocotiledôneas ou dicotiledôneas de tamanhos variados podendo ser uma pequena planta como arabidopsis até plantas de grande porte como um milho desenvolvido.
Arabidopsis thaliana tratada com herbicida Roundup com concentrões de 0.5% e 2%, evolução temporal.
O sistema pode ser utilizado com plantas aquáticas como duckweed (Lemnoideae) para o teste quantitativo de desafios ecotoxicológicos, conforme exigências de organismos regulatórios internacionais.
Relevantes medidas podem ser realizadas, tais como imagem da cinética da fluorescência da clorofila para determinar como o desafio de nutrientes e químicos afetam a fisiologia fotossintética e a eficiência das plantas. Análises de imagens em RGB e morfométricas permitem o monitoramento da cor da planta e dos parâmetros de crescimento. Todos os dados são imediatamente disponibilizados para análise por software dedicado ou para download dos dados numéricos para uso em outros programas de análises matemáticas ou estatísticas.
Utilizando o Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm, medidas de taxa de crescimento e arquitetura da planta podem ser correlacionadas com uma vasta variedade de outras medidas não invasivas tais como cinética da fluorescência da clorofila, índices hiperespectrais, imagens térmicas e imagens do infravermelho próximo para descobrir as bases fisiológicas e metabólicas subjacentes para as variações do desempenho da planta.
Diferenças no crescimento e nas respostas fisiológicas de variedades de plantas sujeitas a condições ambientais multifactoriais podem conduzir à descoberta de características benéficas para o crescimento das culturas sob condições extremas de limitação de água, alta luminosidade, alta ou baixa temperatura, etc.
O Sistema de Fenotipagem de Plantas PlantScreentm pode processar centenas ou milhares de plantas no mesmo estágio de desenvolvimento e sob as mesmas condições controladas em um único dia. Um software analítico identifica em uma primeira varredura quais plantas apresentam desempenho muito bom ou muito mau para posterior análise e determinação da base genética destas respostas.
O PlantScreentm Mini System é uma solução robotizada autônoma completa para fenotipagem de plantas a nível temporal e espacial, para aplicações em condições controladas e casas de vegetação. Desenvolvido para a fenotipagem digital de plantas de pequeno e médio porte, até 50 cm de altura (Ex: Arabidopsis thaliana, morangos, plantas daninhas, soja nova, tabaco, milho, etc.) onde as plantas, em bandejas, são colocadas manualmente dentro do gabinete de imagem e marcadas automaticamente por sensor digital.
Veja aqui descrição detalhada
PlantScreentm Mini System
O PlantScreentm Compact System é uma solução robótica integrada a um gabinete com esteiras de transporte. Desenvolvida para fenotipagem digital e cultivo de plantas de pequeno e médio porte, até 50 cm de altura (Arabidopsis thaliana, morangos, plantas daninhas, soja nova, tabaco, milho, etc.). O transporte é realizado em bandejas que podem ser adaptadas para transportar diferentes padrões de plantas, únicas ou múltiplas, cultivadas em vasos individuais ou in vitro, oferecendo flexibilidade de uso com diferentes espécies por todo o ciclo de crescimento. Dados digitais multi-sensoriais são adquiridos tipicamente em vista superior e/ou lateral.
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PlantScreentm Compact System
O PlantScreentm Robotic XYZ System é desenhado para o cultivo, crescimento, monitoramento de parâmetros ambientais e randomização dos protocolos de fenotipagem de um ou vários indivíduos. Um braço robótico é construído acima da área de crescimento para o transporte e posicionamento dos sensores de aquisição de imagens e, opcionalmente, da unidade de irrigação, permitindo o escaneamento das plantas em uma determinada área. O sistema robótico efetua movimentos laterais (direção X), na altura (direção Y) e verticalmente (direção Z) no conceito de movimentar o módulo sensor com vários sensores de aquisição de imagens diretamente até onde a planta está localizada para a realização das medidas, utilizando protocolos definidos pelo usuário.
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PlantScreentm Robotic XYZ System
O PlantScreentm Modular System é uma solução robótica integrada por sistema de fenotipagem e crescimento para todo o ciclo de desenvolvimento de plantas de médio e grande porte, como milho e trigo. O sistema pode ser integrado a uma casa de vegetação ou a um ambiente semi-controlado já existente. Os vasos são transportados por esteiras da área de cultivo até as unidades de aquisição de imagens ou até a estação de irrigação. Os dados digitais são adquiridos tipicamente a partir de vistas superiores e de múltiplos ângulos laterais.
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PlantScreentm Modular System
O PlantScreentm Field Phenotyping System é uma plataforma móvel para a fenotipagem rápida e precisa de culturas no campo. Constituído por uma torre de pivô motorizada, com vários módulos de sensores montados no braço robótico XZ. O sistema se move automaticamente sobre as parcelas, numa velocidade que garante alta produtividade. Sensores ativos são utilizados para o monitoramento de uma quantidade significativa de parâmetros fisiológicos e morfológicos das plantas, seguindo programação temporal e de localização.
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PlantScreentm Field Phenotyping System
Os sensores de aquisição de imagens dos sistemas PlantScreentm são soluções completamente integradas para análises não invasivas das plantas em padrões específicos de absorção, emissão e reflexão. A avaliação digital das características é baseada na análise de dados coletados em uma ampla gama de comprimentos de ondas da radiação eletromagnética. A faixa do espectro visível é detectada por câmeras RGB para análise estrutural e de cor. A câmara hiperespectral no visível, infravermelho próximo e infra-vermelho de ondas curtas é utilizada para a análise baseada em reflectância de plantas. As imagens térmicas são utilizadas para análises da temperatura das folhas e da condutância estomática. As análises das imagens da cinética da fluorescência da clorofila são empregadas nas avaliações do desempenho fotossintéticos das plantas.
Veja aqui descrição detalhada dos sensores
Os cientistas da PSI terão o maior prazer em discutir sobre todas as ferramentas disponíveis para o sistema e quais deles melhor atendem a sua demanda experimental, baseados nos 20 anos de experiência da PSI e na troca de informações com outros usuários ao redor do mundo para as mais diversas aplicações. Estes cientistas são responsáveis pelo Centro de Pesquisas PSI, onde desenvolvem novas técnicas, validam experimentos e implementam novos projetos em parceria com instituições internacionais, se tiver interesse em saber mais, acesse:
Veja mais sobre o PSI Research Center.
Para uma discussão mais qualificada de seu projeto com um de nossos especialistas ou cientistas, solicitamos o envio do formulário preenchido, desta forma, poderemos iniciar a discussão indicando a opção que melhor atenda as suas demandas experimentais.
CLIQUE PARA ACESSAR O FORMULÁRIO
Se a sua intenção é adquirir dados de fenotipagem ou adaptar as plantas nas condições ambientais desejadas, de maneira pontual e não em um sistema automatizado, veja abaixo algumas soluções que podem auxiliá-lo:
Ideal para estudos de atividade fotossintética, detecção de estresse, testes de herbicidas e detecção de mutações. Instrumento com dois protocolos (NPQ 1 e NPQ 2) já pré-configurados.
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Analisador de plantas por reflexão de luz com indicação de variados índices de vegetação que são importantes indicadores de algumas características das plantas, entre eles a quantidade de clorofila e estresse hídrico. Os principais índices indicados são NVDI (Normalized Difference Vegetation Index) ou PRI (Photochemical Reflectance Index).
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Opções variadas de câmaras para aquisição e análise de imagens da cinética da clorofila. Modelos fechados, abertos e customizados permitem uma grande versatilidade analíticas do parâmetro. Software extremamente amigável.
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Opções variadas de câmaras para aquisição e análise de imagens da cinética da clorofila. Modelos fechados, abertos e customizados permitem uma grande versatilidade analíticas do parâmetro. Software extremamente amigável.
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Ideias para padronização dos parâmetros de crescimento das plantas com controle de temperatura, umidade relativa, luminosidade ou concentração de CO2. Diversos modelos e tamanhos.
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Telefones
11) 4016-4600
(11) 99632-4303 (vivo)
Localização
Estrada Luiz Comim, 135
Jarinu - SP
Cep: 13240-000
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