多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測設備的優(yōu)勢及應用案例分享

以下文章來源于作物栽培研究圈

南農(nóng)大聯(lián)合作物表型組學研究院發(fā)布
多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測黑科技產(chǎn)品
李慶1, 2, 4，孫壯壯1，張睿男1，
閔海江1，陳佳瑋1, 3, 4，姜東1, 2, 3*
1南京農(nóng)業(yè)大學小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組, 2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥區(qū)域技術創(chuàng)新中心,3南京農(nóng)業(yè)大學作物表型組學交叉研究中心, 4南京慧瞳作物表型組學研究院有限公司

1.研發(fā)背景
1.1 氣孔的重要性
氣孔是由植物葉片表皮組織上的保衛(wèi)細胞所圍成的小孔，是植株與外界進行H2O和CO2等氣體交換的重要門戶，直接影響植株蒸騰和光合作用，進而影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。氣孔表型很大程度上影響植物的生理（如：脅迫響應）和生態(tài)過程（如：固碳和蒸騰）。例如，干旱缺水會使葉片氣孔開度變小，抑制蒸騰和光合，導致作物籽粒產(chǎn)量驟減；病原體可通過氣孔侵入植株內(nèi)部，導致小麥等植物的條銹、白粉及赤霉病等病害爆發(fā)，嚴重影響作物籽粒品質(zhì)的形成。因此，探究葉片氣孔形態(tài)及其變化規(guī)律，對深入解析其在植物生長及環(huán)境響應中的作用，闡明氣孔對植物的生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)形成的影響，及保障我國糧食生產(chǎn)安全都具有重要意義（如下圖所示）。

1.2 氣孔的靜動態(tài)表型特征概述
氣孔表型大體分為靜態(tài)（形態(tài)學）和動態(tài)（運動學）表型兩類。一般而言，氣孔的靜態(tài)表型參數(shù)主要包含氣孔數(shù)量、氣孔長度、氣孔寬度、氣孔面積、氣孔周長、氣孔開度、氣孔密度等形態(tài)學指標；氣孔的動態(tài)表型主要是指氣孔在內(nèi)源信號和外界環(huán)境因子的刺激下，引起保衛(wèi)細胞內(nèi)外膨壓發(fā)生改變，進而導致氣孔孔徑變化而產(chǎn)生的運動學特征。需要指出的是，氣孔生長發(fā)育及其形態(tài)學建成主要受基因和外界環(huán)境因素的調(diào)控，而氣孔的運動學表型特征可能更偏向受植物的內(nèi)源信號和外界環(huán)境因子（例如：光照、溫度和CO2濃度等）刺激的共同調(diào)控（如下圖所示）。前人研究表明，氣孔孔徑變化呈現(xiàn)出空間變異性（斑駁氣孔）和時間動態(tài)性（晝夜節(jié)律）兩大特征，斑駁氣孔即同一觀測區(qū)域中的氣孔可能有開有閉，又或氣孔開度大小不均勻，晝夜節(jié)律即植物氣孔一般呈現(xiàn)白天張開、夜晚關閉的運動特點。氣孔的辯駁性和晝夜節(jié)律是許多植物共有的生理學特性。然而，由于缺乏有效的氣孔動態(tài)觀測手段，對氣孔的斑駁性和晝夜節(jié)律等運動學表型的探究進展十分緩慢。

1.3 傳統(tǒng)氣孔表型觀測方法的局限性
氣孔原位動態(tài)監(jiān)測是分析植物氣孔形態(tài)及運動學表型的基礎。印跡法等傳統(tǒng)氣孔觀測方法是將指甲油等粘性材料均勻涂抹在葉表，待風干后將其與葉片分離，從而得到氣孔形態(tài)的印跡，雖原理簡單、觀測成本低，但需將印跡制片并置于臺式顯微鏡觀察，觀測結(jié)果受葉片質(zhì)地和制片效果等的多重影響，且不能原位活體、無損連續(xù)觀測。在個體尺度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中小麥等植物的氣孔實時監(jiān)測對農(nóng)田的水肥管理具有重要的監(jiān)測預警作用，但現(xiàn)有顯微成像設備體積笨重、供電接線雜亂，操作繁瑣、集成度低，協(xié)同性差，難以滿足氣孔晝夜節(jié)律及其響應環(huán)境變化研究時的原位、無損、動態(tài)連續(xù)觀測的需求；在群體尺度，若想通過正向遺傳學等手段進行氣孔相關候選基因挖掘，則需通過人工收集或構(gòu)建自然群體、自交系群體等材料，結(jié)合測序數(shù)據(jù)與群體氣孔表型數(shù)據(jù)進行全基因組關聯(lián)分析。前人基于氣孔監(jiān)測需求開發(fā)了各種觀測技術，他們各有特點（如表所示），然而，國內(nèi)外至今仍無相關設備可用于大群體材料的氣孔表型圖像的同步高效采集。

1.4 傳統(tǒng)氣孔表型分析方法的局限性
目標氣孔檢測與分析是研究氣孔形態(tài)學及運動學表型的核心問題。以前通過人工方式對圖像中的氣孔計數(shù)，該過程費時費力，且長時間看圖會導致眼疲勞，增加出錯概率。隨后，學者們開發(fā)出了各種半自動化的氣孔圖像處理算法，例如，人們可通過Image-J等通用圖像處理軟件進行半手工測量，可用于長度、寬度、面積及周長等氣孔表型參數(shù)的提取，但類似的軟件通常要求使用者先手動調(diào)整每幅圖像的參數(shù)去較準確的實現(xiàn)氣孔像素分割，還需用戶手動標記氣孔孔隙和氣孔復合體邊界等興趣區(qū)，然后才能進行氣孔相關表型參數(shù)的計算提取。這種復雜的圖像分析流程非常占用時間，且基于圖像調(diào)參的方法往往難以準確描繪氣孔邊緣，更難以準確計算氣孔的表型參數(shù)，因此，大群體材料的氣孔表型監(jiān)測與分析往往令相關學者望而生畏。開發(fā)適用于多物種、大群體、可實現(xiàn)氣孔形態(tài)學與運動學表型監(jiān)測與分析的、輕便、靈活和高度集成的系統(tǒng)，已成為植物優(yōu)良品種選育、抗逆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)栽培管理、碳匯及水循環(huán)等領域研究的迫切需求。

2.研發(fā)成效
2.1 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測設備突破
為攻克上述問題，南京農(nóng)業(yè)大學小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組、作物表型組學交叉研究中心聯(lián)合南京慧瞳作物表型組學研究院有限公司（市新型研發(fā)機構(gòu)、國家高新技術企業(yè)），累計投入10名碩/博研究生，歷經(jīng)6年的潛心鉆研積累，成功研發(fā)出適用于室內(nèi)外多場景的多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)（如下圖）。

多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)24小時晝夜不間斷的植物葉表氣孔圖像的采集與氣孔表型的實時解析，為分析微觀視野下植物氣孔對光、溫、水、肥、氣等環(huán)境因子變化的形態(tài)學（靜態(tài)）及運動學（動態(tài)）表型響應提供了一個低成本、全自動、高通量的活體原位無損檢測方案。該系統(tǒng)由PC端控制站點、無線信號基站以及多物種氣孔表型監(jiān)測終端三部分構(gòu)成。系統(tǒng)以現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，基于“無線互聯(lián)”的設計理念，首先通過微型信號基站發(fā)射WIFI信號覆蓋整個試驗區(qū)，隨后在信號覆蓋范圍內(nèi)布設具備WIFI無線通訊功能的氣孔表型監(jiān)測終端，最后通過信號基站、監(jiān)測終端及PC端之間的無線互聯(lián)，耦合多個氣孔監(jiān)測終端，實現(xiàn)PC端對系統(tǒng)內(nèi)多個監(jiān)測終端的遠程無線控制、大規(guī)模的氣孔監(jiān)測終端的集群化部署及氣孔圖像的多終端協(xié)同采集與回傳。其中，系統(tǒng)內(nèi)的每個氣孔表型監(jiān)測終端都包含獨立的太陽能供電系統(tǒng)，能有效避免野外農(nóng)田等應用場景中設備的接電困難、電線拉扯雜亂等難題，極大的增加了設備使用的便捷性；此外，為應對不同物種間氣孔大小及形態(tài)差異較大的問題，各個終端可靈活更換顯微物鏡（放大倍率：18-450），可實現(xiàn)對絕大多數(shù)植物葉片表皮氣孔圖像的高清動態(tài)采集。

2.2 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測算法突破
同時，我們基于采集的多物種的海量氣孔圖像數(shù)據(jù)集，利用YOLO、U-Net、Mobile-Net等深度學習網(wǎng)絡框架（如圖所示），開發(fā)了適用于多物種的氣孔目標檢測、語義分割、單目標跟蹤及多目標跟蹤等算法，歷經(jīng)三次的迭代升級，實現(xiàn)了氣孔形態(tài)學（靜態(tài)）及運動學（動態(tài)）表型參數(shù)的高通量提取，目前正在進行多物種通用算法的開發(fā)，屆時可廣泛應用于小/大麥、玉米、大豆、棉花、紅薯、花生、油菜等大田作物以及梨樹、菊花、茶葉等園藝作物的氣孔表型監(jiān)測。

基于上述氣孔表型提取算法，配套開發(fā)氣孔表型參數(shù)分析軟件，簡化科研，賦能探索，具有以下優(yōu)點：
一鍵簡易分析：用戶無需復雜編程知識，只需簡單點擊，選擇圖片或視頻文件，系統(tǒng)便會自動完成參數(shù)分析，讓科研變得更加輕松。
數(shù)據(jù)多維解析：集成交互式圖表、靜態(tài)表格和動態(tài)視頻等多種分析方式，幫助用戶從不同維度深入探索表型變化趨勢。
批量高效分析：支持單次任務處理多張圖像，提高分析效率。
個性化定制分析：提供靈活的參數(shù)設置，用戶可以根據(jù)研究需求重點自定義分析參數(shù)，提高分析效率。
技術迭代與支持：團隊將持續(xù)更新軟件，優(yōu)化算法精度、分析指標與使用體驗，并提供專業(yè)的用戶支持服務。

2.3 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)可提取的主要參數(shù)

2.4 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術特點
獨特葉夾設計：夾固葉片零損傷，適應多物種葉形，滿足長周期原位監(jiān)測需求。
光源亮度可調(diào)：確保圖像高質(zhì)量采集，有效避免氣孔原有生理規(guī)律受擾。
野外靈活安裝：高功率太陽能充電+鋰電池供電，電力充沛、保障連續(xù)采集；穩(wěn)定集成，無線化部署，簡化安裝過程、避免接線困擾，真正做到插拔即用！
遠程無線控制：WIFI6.0技術，超1800Mbps傳輸速率，超5公里信號覆蓋范圍，鏈路穩(wěn)定、高速暢行、無線互聯(lián)，支持一千套設備的集群化部署與遠程協(xié)同操控。
實時高清采集：氣孔圖像可實時預覽，可高清晰精準捕捉氣孔靜動態(tài)表型細節(jié)并實現(xiàn)多終端協(xié)同采集與回傳，為相關研究分析提供高質(zhì)量原始圖像。
智能高效提�。�整合目標檢測/分類、語義分割、單/多目標跟蹤等深度學習算法，全自動提取氣孔輪廓、追蹤不同氣孔靜動態(tài)表型變化，高效解析海量氣孔表型。
適用范圍廣泛：設備/算法通用性強，大田及室內(nèi)等多種使用場景適用、多物種適用、植物物種差異、生長發(fā)育及環(huán)境響應監(jiān)測等多種需求適用，野生種質(zhì)/人造種質(zhì)/栽培品種等群體監(jiān)測適用，且支持設備及模型的定制化開發(fā)和自訓練拓展。

3.研發(fā)歷程及應用案例
3.1研發(fā)歷程
南京農(nóng)業(yè)大學小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組與小麥氣孔的“愛恨情仇”始于團隊首席科學家姜東教授2007年在丹麥訪學期間，相關內(nèi)容請閱讀《小麥葉片氣孔實時觀測系統(tǒng)研發(fā)與應用》。

多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)的自主研發(fā)之路，則始于2018年初，2017年，時任南京農(nóng)業(yè)大學科學研究院院長的姜東教授牽頭成立全國首個作物表型組學交叉研究中心，中心引進多個研究團隊，專業(yè)涵蓋光電傳感、自動化、智能制造、數(shù)學等學科，吸引了一批機械與自動控制、物聯(lián)網(wǎng)、光電、圖像分析、人工智能、植物表型組學、大數(shù)據(jù)分析等領域的優(yōu)秀人才。隨后，姜東教授聯(lián)合小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理團隊與作物表型組學交叉研究中心，依托南京慧瞳作物表型組學研究院有限公司（市新型研發(fā)機構(gòu)、國家高新技術企業(yè)），正式啟動植物氣孔表型監(jiān)測設備的研發(fā)，期間累計投入10余名碩士/博士研究生，歷經(jīng)6年的潛心鉆研積累至今，完成了植物氣孔表型監(jiān)測與分析設備及算法的四次升級優(yōu)化。相關研發(fā)進展如下：

在植物氣孔表型監(jiān)測設備的方面，完成植物氣孔表型觀測設備的四次迭代升級。初代設備實現(xiàn)了小麥氣孔圖像的原位無損長周期動態(tài)采集；第二代設備在第一代設備的基礎上，進行了結(jié)構(gòu)和外觀優(yōu)化，從而使其適用于室內(nèi)外多種場景下的小麥氣孔圖像的原位、無損、連續(xù)的采集；第三代設備在第二代設備的基礎上繼續(xù)優(yōu)化，能夠靈活更換顯微物鏡，適用于多物種葉表氣孔圖像的高清動態(tài)采集，有效解決了不同物種間氣孔大小及形態(tài)差異較大的問題；而最新的第四代設備，基于“無線互聯(lián)”的設計理念，在保留第三代功能的基礎上，整合太陽能供電、無線通訊等物聯(lián)網(wǎng)技術再次優(yōu)化升級，突破了電力供應、多應用場景、多物種適用及遠程多終端協(xié)同控制等因素限制，真正意義實現(xiàn)了多物種氣孔表型的原位、無損、高通量的集群式連續(xù)監(jiān)測，暨本次發(fā)布的多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)（四代系統(tǒng)如下圖所示）。

在植物氣孔表型參數(shù)提取算法方面，研發(fā)團隊完成了小麥氣孔表型分析算法的三次迭代升級，初步建成了多物種氣孔圖像數(shù)據(jù)集及算法庫。第一代的氣孔表型提取算法利用目標檢測方法完成了開閉狀態(tài)監(jiān)測及計數(shù)等初步的小麥氣孔靜態(tài)指標的提��；第二代算法在第一代算法的基礎上，結(jié)合單目標跟蹤以及語義分割等深度學習方法，成功捕獲小麥保衛(wèi)細胞所圍成的小孔，暨氣孔開孔面積的動態(tài)變化；第三代算法基于研發(fā)團隊前期采集積累的2000多萬張小麥氣孔圖像，耦合目標檢測、語義分割、多目標跟蹤等多種深度學習算法，實現(xiàn)了小麥的氣孔形態(tài)學（靜態(tài)）及運動學（動態(tài)）表型參數(shù)的高通量提�。ㄈ�次算法迭代如下圖）。最近，第四代，暨多物種氣孔表型提取通用算法即將完成，屆時可應用于小麥、大麥、玉米、大豆、棉花、紅薯、花生、油菜等大田作物及梨樹、菊花、茶葉等園藝作物的氣孔表型監(jiān)測。

3.2部分應用案例
多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測與分析系統(tǒng)，可用于高通量的定性和定量分析單個或群體氣孔的形態(tài)學（靜態(tài)）及運動學（動態(tài)）表型差異，極大地提高了氣孔表型觀測與分析效率，揭示了一些前人未曾揭示的氣孔生物學規(guī)律，主要發(fā)現(xiàn)如下：

①氣孔比我們想象的更“勤奮”，氣孔可在黎明前內(nèi)源性地打開，不受外界環(huán)境因素影響（沒有光，氣孔也會開放）；

②氣孔存在斑駁性，氣孔的開閉狀態(tài)及開孔面積并不統(tǒng)一，且氣孔晝夜節(jié)律與氣孔本身的解剖學特征密切相關，小氣孔的夜間休眠時間（關閉時長）更長；

③氣孔存在大小之分，小麥的小氣孔在響應非生物脅迫的過程中具有更快地響應速度，具有“先鋒”作用；

④氣孔具有“記憶”功能，鍛煉可提高小麥氣孔對干旱脅迫等非生物脅迫的響應能力，即經(jīng)鍛煉后的植株氣孔在脅迫下提早關閉，在脅迫解除后提早開放。

上述相關研究成果在發(fā)表在國內(nèi)外知名學術期刊Journal of Integrative Agriculture (2024)、Computers and Electronics in Agriculture (2023)、Frontiers in Plant Science (2023)、Plant Phenomics (2021)及農(nóng)業(yè)工程學報(2019)，授權(quán)國家發(fā)明及實用新型(CN202210730549.0; CN202011071627.8; CN202022480211.3)等專利3項。

系統(tǒng)目前被南京大學、南京農(nóng)業(yè)大學、香港大學、浙江大學、石河子大學及新疆省農(nóng)科院等高校院所的多個團隊應用，應用市場表現(xiàn)良好。

4.免費試用及經(jīng)銷商招募

始于2018，自主研發(fā)之路走了6年，歷經(jīng)四次迭代升級，現(xiàn)今，南京慧瞳作物表型組學研究院正式推出多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測系統(tǒng)—PheyeStomata，一個有潛力將植株的光合/蒸騰視像化的氣孔表型監(jiān)測與分析系統(tǒng)，現(xiàn)誠邀全國區(qū)域經(jīng)銷商加入，讓我們一起共謀行業(yè)發(fā)展，見證品牌發(fā)展。

4.1客戶免費試用報名條件

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領域相關的高校在職科研人員；

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領域相關的院所在職科研人員；

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領域相關的公司所屬科研人員。

4.2代理商招募條件

具備一定的行業(yè)客戶基礎，擁有相關專業(yè)背景知識。

有意者請聯(lián)系下方微信

          陳佳瑋                             李慶

南農(nóng)作物表型組學研究中心  南農(nóng)小麥生理生態(tài)生產(chǎn)管理課題組

南京慧瞳作物表型組學研究院    農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥技術創(chuàng)新中心

5.研發(fā)團隊簡介

南京農(nóng)業(yè)大學小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組：

南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理團隊以長江中下游麥區(qū)小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)為目標，以技術創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)制及推廣服務為主要途徑，致力于小麥多維度、多尺度表型高通量獲取與分析平臺研發(fā)應用、品質(zhì)生理生態(tài)與品質(zhì)調(diào)優(yōu)、非生物逆境脅迫記憶與抗逆豐產(chǎn)、小麥資源高效利用機制與安全清潔生產(chǎn)、營養(yǎng)功能食品開發(fā)和利用等領域的研究。

團隊現(xiàn)有固定人員10名，其中教授5名，副教授2名，鐘山青年研究員2名，實驗師1名。獲“CJ學者”講座教授榮譽1人，“杰青”1人，“萬人計劃”科技創(chuàng)新領軍人才1人，省“333工程”高層次人才2人。依托農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與生產(chǎn)管理重點實驗室，建設有農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥區(qū)域技術創(chuàng)新中心，建成了設施一流、配備精良、功能齊全的的科研基地和實驗室。

近年來，團隊承擔國家自然科學基金重點項目、國家863計劃、面上項目、國家重點研發(fā)計劃、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科技專項以及部省科研課題等20余項。累計發(fā)表論文360余篇，其中SCI論文180余篇。授權(quán)國家發(fā)明專利20余項、實用新型和軟著50余件；發(fā)布《小麥微課》、《圖說小麥》等多個視頻、專著和教材。團隊成員以主要完成人先后獲國家科技進步二等獎2項、省部科技進步一等獎2項、省科技進步二等獎2項、農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎一等獎1項、江蘇省農(nóng)業(yè)技術推廣一等獎1項，2項技術入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧油生產(chǎn)主推技術，制定地方標準3項。

南京農(nóng)業(yè)大學作物表型組學交叉研究中心：

南京農(nóng)業(yè)大學是中國最早開展表型組學相關研究的單位之一，2017年設立了國內(nèi)首個“作物表型組學交叉研究中心”，并于2020年正式納入我校前沿交叉研究院實體化運行，著力打造“人才特區(qū)、學術特區(qū)”，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進交叉學科發(fā)展所需師資、經(jīng)費、空間和人才培養(yǎng)等事宜。中心現(xiàn)有科研辦公場地共約25000㎡（含衛(wèi)崗校區(qū)辦公空間約1000㎡，實驗空間約2000㎡，以及位于白馬基地的植物表型研發(fā)大樓，總建筑面積22120㎡）。中心擁有國際一流的植物表型組學研究平臺設施，總價值近4000萬元。學校年均投入教學、科研等運行經(jīng)費逾500萬元。現(xiàn)已初步構(gòu)建了一支多學科交叉融合、國內(nèi)外頂尖專家匯聚的師資團隊，擁有國外兼聘+校內(nèi)專聘PI團隊6個，專任教師16人。

南京慧瞳作物表型組學研究院有限公司：

南京慧瞳作物表型組學研究院有限公司是一家從事農(nóng)業(yè)科技研發(fā),生物科技研發(fā),軟件科技研發(fā)等業(yè)務的公司，成立于2019年，企業(yè)的經(jīng)營范圍為:農(nóng)業(yè)科技、生物科技、軟件科技研發(fā)；作物栽培與耕作學研究、作物遺傳育種研究技術咨詢、技術服務；植物組織培養(yǎng)、栽培和表型分析科學實驗外包；水、氣體、土壤、植物樣品檢測和研究服務；開展農(nóng)業(yè)科學知識的普及、傳播和推廣農(nóng)業(yè)先進技術；組織農(nóng)業(yè)科技培訓和農(nóng)業(yè)科學教育活動；物聯(lián)網(wǎng)技術咨詢、技術服務、技術轉(zhuǎn)讓；機械設備、機電設備、人工智能系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)設備的技術研發(fā)、技術服務、銷售、數(shù)據(jù)處理；植物表型檢測儀器設備研發(fā)、制造、銷售；成像儀器設備設計、生產(chǎn)、銷售和維修。

入選南京市新型研發(fā)機構(gòu)，國家高新技術企業(yè)，企業(yè)成立至今擁有表型工廠面積約3000㎡，申請專利143項，授權(quán)發(fā)明專利23項，實用新型專利52項，軟件著作權(quán)6個，申請PCT專利19項，研發(fā)創(chuàng)制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多元傳感器、植物多器官多表型高通量分析系統(tǒng)、扁根盒及圓根盒式植物根系形態(tài)表型原位動態(tài)觀測系統(tǒng)、種子萌發(fā)表型原位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣孔表型原位動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、籽粒切片表型分析系統(tǒng)、田間龍門及無軌索驅(qū)式表型平臺等20多款植物室內(nèi)外多維度、多尺度形態(tài)及生理表型高通量獲取與分析平臺，參與海南省崖州灣種子實驗室揭榜掛帥，江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥及江蘇省自主創(chuàng)新等多項省市級科研項目。

6.相關文章及專利

6.1 涉及論文

[1] Zhuangzhuang Sun#, Yunlin Song#, Qing Li, Jian Cai, Xiao Wang, Qin Zhou, Mei Huang, Dong Jiang* An Integrated Method for Tracking and Monitoring Stomata Dynamics from Microscope Videos. Plant Phenomics, 2021, 2021(23), 1-11.中科院一區(qū)

[2] Zhuangzhuang Sun#, Xiao Wang#, Yunlin Song, Qing Li, Jin Song, Jian Cai, Qin Zhou, Yingxin Zhong, Shichao Jin*, Dong Jiang* StomataTracker: Revealing circadian rhythms of wheat stomata with insitu video and deep learning, Computers and Electronics in Agriculture, 2023, 212, 108-120.中科院一區(qū)

[3] Qing Li, Zhuangzhuang Sun, Xiao Wang*, Chuan Zhong, Wenliang Wan, MagujeMasa Malko, Linfeng Xu, Zhaofeng Li, Zihan Jin, Qin Zhou, Jian Cai, Yingxin Zhong, Mei Huang, Dong Jiang*. Time-course transcriptomic information unravel the mechanisms of improved drought tolerance by drought-priming in wheat, Journal of Integrative Agriculture, 2024.中科院一區(qū)

[4] Mengxiang Yang, Jiawei He, Zhuangzhuang Sun, Qing Li, Jian Cai, Qin Zhou, Bernd Wollenweber, Dong Jiang, Xiao Wang. Drought priming mechanisms in wheat elucidated by in-situ determination of dynamic stomatal behavior. Frontiers in Plant Science, 2023.中科院二區(qū)

[5] K.H. Cheng, Zhuangzhuang Sun*, Wanlu Zhong, Zhihui Wang, Zhengbing Yan, Ruinan Zhang, Jingrong Zang, Yingyi Zhao, Shuwen Liu, Shichao Jin, Jin Wu* Enhancing wheat crop physiology monitoring through spectroscopic analysis of stomatal conductance dynamics, Remote Sensing of Environment, 2024. (Accepted)，中科院一區(qū)TOP

[6] 孫壯壯, 姜東, 蔡劍, 王笑, 周琴, 黃梅, 戴廷波, 曹衛(wèi)星. 單子葉作物葉片氣孔自動識別與計數(shù)技術[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2019, 35（23）, 170-176.

6.2授權(quán)專利

[1] 孫壯壯 金時超 李慶 姜東，植物葉片氣孔個體行為檢測分析方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，發(fā)明專利，CN202210730549.0，2023年。

[2] 孫壯壯 李慶 蔡劍 王笑 姜東，一種植物葉片氣孔開閉狀態(tài)的實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法，發(fā)明專利，CN202011071627.8，2024年。

[3] 李慶 孫壯壯 蔡劍 王笑 姜東，一種用于氣孔開閉狀態(tài)監(jiān)測的葉片固定裝置及系統(tǒng)，實用新型，CN2020101269037.3，2021年。