Name: 番茄分析器:一个有用的软件应用，收集准确和详细的二维物体的形态和色度数据 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-03-16T16:30:00.000+00:00
Duration: 15 min 25 s
Description: 学习使用番茄分析器软件对番茄果实进行二维形态和色度数据采集。该方法支持高通量、可重复的表型分析，适用于遗传育种研究，可批量处理超过100张图像并导出至Excel。

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本研究由美国国家科学基金会（DBI 0227541）资助。

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<li>Depypere, L., Chaerle, P., Mijnsbrugge, K. V., Goetghebeur, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stony+endocarp+dimension+and+shape+variation+in+Prunus+section+Prunus%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Botany%22%5BJournal%5D)">Stony endocarp dimension and shape variation in Prunus section Prunus.</a> Annals of Botany. 100 (7), 1585-1597 (2007).</li>
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<li>Xiao, H., Jiang, N., Schaffner, E., Stockinger, E. J., van der Knaap, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+retrotransposon-mediated+gene+duplication+underlies+morphological+variation+of+tomato+fruit%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A retrotransposon-mediated gene duplication underlies morphological variation of tomato fruit.</a> Science. 319 (5869), 1527-1530 (2008).</li>
</ol>

植物器官形态和颜色的高通量且准确评估因其定量特性及常依赖主观量化而具有挑战性。表型分析技术（TA）能够以高通量和半自动化的方式，对多种果实形态和色度性状进行客观、准确的测量。已有研究证实了TA的有效性，这些研究成功鉴定了番茄果实形状的数量性状位点（QTL）。2,4,5此外，利用TA的输出结果还对栽培品种的分类以及一组物种的分类学进行了评估。15,16番茄果实形状基因SUN的高表达导致果实伸长17. 利用TA分析，确定了高水平表达SUN基因的品系中叶片和子叶的形态7，表明该应用程序也可有效用于测量其他植物器官的形态。此外，TA在鉴定番茄和向日葵种子大小的遗传基础方面也具有关键重要性8,9最后，TA 中实现的色彩检测模块在分析番茄果实颜色时，比其他方法更为精确、准确且成本更低。总之，TA 已成为对植物器官形态和颜色变异进行客观、可靠评估的关键工具。

番茄分析仪：一种用于从二维物体中收集准确且详尽形态学与色度学数据的实用软件工具

Tomato Analyzer: A Useful Software Application to Collect Accurate and Detailed Morphological and Colorimetric Data from Two-dimensional Objects

以客观且可重复的方式测量果蔬作物的果实形态和颜色性状，对于这些性状的详细表型分析具有重要意义。番茄分析仪（Tomato Analyzer，TA）是一款可半自动、可重复地测量与二维形状相关的37项特征的软件1,2。其中许多特征，比如果实远端和近端的角度以及凹陷区域的面积，难以通过人工方式进行量化。这些特征在软件中被分为十个类别：基本测量、果实形状指数、棱角度、均匀性、近端果形、远端果形、不对称性、内部偏心度、纬向切面和形态测量学。最后一个类别无需预先了解或预设形状特征，因此形态测量分析提供了一种无偏倚的选择，可能比特征分析更适用于高通量分析。TA还提供“颜色测试”（Color Test）功能，该功能专为从扫描图像中采集颜色数据而设计，并允许使用颜色标准对扫描设备进行校准3。
形态分析工具（TA）提供了多种导出和分析形状属性、形态测量及颜色数据的选项。数据可以批量导出为 Excel 文件（一次处理超过 100 张图像），也可导出为单个图像。用户可选择输出每幅图像中各对象每个属性的平均值（包括标准差），或输出每幅图像中每个对象的属性值。TA 已成为鉴定和验证番茄果实形状数量性状位点（QTL）的有力且有效的工具，同时也可用于深入分析关键果实形状基因对植株形态的影响。此外，TA 还可用于客观地将果实归类到不同的形状类别中。最后，TA 还可用于评估其他植物物种的果实形状和颜色性状，以及叶片、种子等其他植物器官的性状。

Tomato Analyzer（TA）能够以可重复且准确的方式量化二维形状和颜色特征。本文描述了获取番茄果实高质量数字化图像、对这些图像进行形态学和颜色分析的逐步操作流程，以及利用该软件生成的数据开展的若干应用。

以客观且可重复的方式测量果蔬作物的果实形态和颜色性状，对于详细的表型分析至关重要……

使用番茄分析仪时，需准备番茄果实并进行切割以获取数字化图像。将果实切面朝下放置在扫描仪上，扫描获得JPEG图像。接下来，在番茄分析软件中查看并分析图像。所有果实形状的测量值均基于软件识别的果实边界进行计算，而颜色检测模块则用于量化边界内的颜色参数。最后，数据可批量导出至 Excel 文件，每次可处理超过 100 张图像，也可单张导出。大家好，我是俄亥俄州立大学园艺与作物科学系的教职人员 Estevan Dena。我是俄亥俄州立大学园艺与作物科学系 Francis 实验室的 Matthew Robbins。我是来自今日实验室的 Gu Rodriguez。今天我们将向您展示一种利用番茄分析仪采集和分析番茄果实形状、大小和颜色数据的方法。我们使用该方法来研究番茄果实的形态和颜色，现在开始吧。番茄分析软件（Tomato Analyzer，简称 TA）是一种可测量与二维形状相关的 37 项特征的软件程序，同时还能以半自动且可重复的方式获取 RGB 以及 L*、A*、B* 通用色度空间中的颜色数据。此处 TA 使用的是番茄果实的扫描图像。开始此操作前，请确保果实清洁且干燥。如果果实为肉质果实，需确保其未过熟，因为过熟导致的软化可能在切割时引起果实变形。为了测量果实的扁平程度或细长程度，以及除“横向切面”类别外的所有性状，应使用锯齿刀或新的剃须刀片将果实沿中心纵向切开，以测量果皮厚度；而对于“横向切面”类别中的所有性状，以及部分“基本测量”和“形态切面”类别中的性状，则需将果实横向切开。颜色分析可应用于纵向或横向切割的果实，以及其他旨在突出特定特征的切面。最后，用纸巾或厨房纸巾轻轻按压果实内部以吸干水分。如果果实汁液较多，此时切好的果实即可用于图像采集。对于高通量分析，必须每次仅扫描一个植株或基因型的果实，并且仅扫描纵向或横向切开的果实，同一扫描过程中不得混合两种切法。开始时，将切开的果实切面朝下，小心而准确地放置在扫描仪上。将果实紧密排列在扫描仪上，但彼此之间不得接触。物体排列得越整齐，彼此之间留出的大面积空白越少，后续使用 Adobe Photoshop 等图像软件进行手动调整的工作量就越小。在分析 ta 中的果实之前，应在果实上方放置一把尺子，以确认已选择正确的扫描分辨率，这对于果实性状的准确测量至关重要。在果实下方放置一个标签，以确保文件命名正确。由于TA软件利用图像分辨率来精确测量尺寸，因此对于尺寸在1至8厘米之间的物体，正确选择扫描分辨率至关重要。对于大于8厘米的物体，应以300 DPI进行扫描；对于非常小的物体（如种子），则应以750 DPI或更高的分辨率进行扫描。对于果实大小在不同植株间差异不大的批量分析，应为同一实验中所有待采集的图像选择相同的扫描仪分辨率设置。同时，在扫描仪软件中将输出图像的色彩数设置为可用的最高值。通过在扫描仪表面覆盖纸板箱，为被扫描物体创建一个深色背景。黑色或非常深的背景可防止干扰分析的阴影产生。白色背景会导致TA崩溃，因为其设计优化适用于深色背景。软件扫描还可能识别到光线反射和背景。在初次扫描后，对水果图像进行裁剪以去除大面积的空白区域，然后再保存图像。如果此阶段未进行裁剪，则必须在使用ta分析之前，利用图像处理软件（如Adobe Photoshop）对图像进行裁剪。将扫描得到的图像保存为JPEG格式文件，用于颜色分析；颜色分析包括将RGB值转换为L*、A*和B*参数，并使用预先准备好的色彩校准卡对扫描仪进行校准。此处使用一个自定义的颜色检测卡，以代表感兴趣图像中的颜色范围。也可以使用标准的颜色检测卡。在扫描果实的同时扫描该颜色检测卡。将色卡扫描文件保存在与水果图像扫描相同的文件夹中。由于不同扫描仪在图像捕获和解释方式上可能存在差异，因此校准是必要的。RGB颜色校准可实现向通用色彩空间的转换，从而进行图像分析。番茄分析仪 2.200 版本需要 Windows 2000 或更高版本的操作系统，可从我们的网站下载。用户手册和颜色测试手册也可在同一网站获取，以确保原始图像与番茄分析仪（TA）应用程序生成的调整后图像保存在同一文件夹中。请将包含原始图像的文件夹放置在硬盘驱动器上，而不要放在“我的文档”文件夹中或远程服务器上。启动 TA 程序。首先在设置菜单中通过选择扫描仪 DPI 来设定 DPI 和测量单位。DPI 设置必须与图像文件的 DPI 一致，以确保尺寸测量的准确性。对话框中使用的单位将决定数据输出的单位。在同一对话框中，如果目标物体相对较暗，可根据需要调整亮度。接下来，通过选择“保存的测量”进入设置菜单，从中选择需要测量的属性。这些属性从基本测量到形态计量学共分为10个类别。用户可通过点击类别或属性来选择或取消选择单个属性或整个测量组。点击加号可显示某个测量组的全部属性。所选属性将按类别显示在屏幕右下角的窗口中。设置输入分辨率、输出单位并选择要分析的属性后，点击打开图像按钮，然后选择图像文件。在弹出的对话框中，所选图像将显示在左侧窗口中。要分析打开的图像，请点击分析按钮。完成后，每个果实的轮廓将用黄线标出，数据会显示在右下角的数据窗口中。请注意，此窗口中不显示颜色相关数据。该软件会自动取消选择过大或过小的物体，例如尺子或标签。被取消选择的物体将用一条蓝线标出。请使用尺子确认单位和分辨率已正确选择。通过与高度和宽度测量值进行比较，可仅通过右键单击其图像来取消选择其他果实。以黄色轮廓标记的项目会显示在数据窗口中，而以蓝色轮廓标记的导出项目则不包含在分析中。通过鼠标左键单击各个对象，可在右上角窗口中显示该对象。右下方数据窗口中的数据对应于图像中的特定对象，并且其显示顺序与图像中对象的排列顺序一致。第一行显示位于图像左上角对象的数值，最后一行数据显示位于图像右下角对象的数值。除了单击某个果实以高亮对应的数据行外，还可以单击任意数据行，以在右侧上方窗口中显示对应的果实。通过点击右下窗口中的属性选项卡，可以查看每种特定水果的属性测量方式。例如，点击远端角度后，左侧窗口中水果上将由软件进行测量的角度会被显示出来。此功能在识别需要手动调整的对象时非常有用。为了获得更精确的测量结果，单击修订按钮可显示在应用程序中可进行的手动调整。以下是一些最常用的手动调整方法。如果某个对象需要手动调整，请首先在左窗口图像中左键单击该对象。如果需要调整边界，请首先选择“调整此特征边界”。在修订按钮的下拉菜单中，通过左键单击错误边界的起点和终点，选择要修改的边界位置。执行此操作后，原有的边界标记将被移除。添加新边界时，从起点向终点位置左键单击，持续点击以沿所需轮廓绘制。确认新边界请按回车键；若要取消此操作，请按 Esc 键。需要旋转的物体应在边界调整后、其余手动调整前进行调节，点击左侧窗口中相应的水果。点击“修订”按钮旁边的箭头，从下拉列表中选择“旋转”，此时右上窗口将显示操作界面。拖动轴线末端的绿色方块，水果将随之旋转。按下回车键以完成此调整。其他手动调整选项也可用。相关说明详见随附的书面实验方案。对于角度和块状性等某些属性，需选择进行测量时的设置参数。角度可以在果实末端的不同位置进行计算。这些设置可在设置菜单中选择。块状性通过计算果实远端或近端高度在用户选定比例处的宽度与中部宽度的比值来确定。进行颜色检测时，需要对扫描仪进行校准。首先，打开扫描得到的颜色校正图图像，并以与分析果实相同的方法对其进行分析。为采集L*、A*、B*值，请确保TA能识别每个色块作为待分析对象，其以黄色边界标记。若使用标准色卡，软件可能无法识别较暗的色块，这些颜色将不会被纳入校准。通过在设置菜单中调整扫描仪DPI下的亮度，可以改善条带识别效果。然后在设置菜单中选择颜色测试以进行校准。当对话框出现时，应使用默认设置。确保左侧框中的斜率校正值设为1，右侧框中的y轴截距校正值设为0。最小蓝色值应设为0，参数一和参数二可忽略。现在单击颜色测试对话框中的“分析”按钮。将输出结果保存为 Excel 文档时，会弹出一个新窗口。请指定数据文件的名称和保存路径。输出的数据文件将包含 RGB 值、星形 ASTAR B 值以及 HU 和色度的计算结果。针对每个色块，将各色块的 L*、A*、B* 值与色卡生产厂商或随附书面方案中提供的标准 L*、A*、B* 值进行对照作图。确定回归方程，并记录每个参数的斜率和 y 轴截距。在颜色校正对话框中，输入斜率的倒数以及 y 轴截距符号的相反值。对于L*、A*和B*，这些值将用作校正值。在颜色测试设置中，在此对话框中将番茄果实的最小蓝色值设置为30。如果果实小于三厘米，将最小蓝色值设置为20。如果TA在确定正确边界时遇到困难，或分析的是非番茄果实的其他物体，则可能需要调整该值。颜色检测还允许用户定义两个参数，用于报告落入指定范围内的像素所占的百分比。在番茄分析中，少数数值将参数一的下限值和上限值分别设定为70和100，分别对应不良的黄色和绿色。黄色果肉颜色。将参数二的下限值和上限值分别设定为0和50。这些值对应所需的红色。保存这些数值的设置。此后，这些数值将应用于所有被分析的图像，直至程序关闭。对于扫描图像，应选择 Illuminate C 两度选项，而非 Illuminate D65 十度选项，后者仅适用于在自然光下获取的图像在完成校准后的情况。根据随附书面方案中所述的 TA 对图像进行手动调整和图像分析后，对果实图像进行颜色分析。单击“保存果实”按钮。所有当前信息，包括手动调整和取消选择的对象，都将保存在一个与原始图像同名的新文件中，但该文件具有 TMT 扩展名。若要恢复为未经任何调整的原始图像文件，只需删除相应的 TMT 文件即可。或者，可选择“分析”并重新分析原始图像。然而请注意，任何与扫描图像同名的 TMT 文件仍将与原始图像保持关联，除非通过覆盖保存来更新更改。通过选择导出按钮导出数据，数据将被导出至 Excel 文件中。每个果实的属性值、平均值及标准差均会显示。批量分析功能可导出两个或更多图像的属性值。点击打开图像按钮以启动批量分析，然后选择需要进行批量分析的图像文件。使用 Shift 或 Control 键可同时选择多个文件。文件选定后，点击打开按钮，然后可选择批量分析输出类型：仅平均值、平均值和标准差，或每幅图像的单独测量值。为将要创建的 Excel 文件选择一个名称，然后点击保存按钮。软件将自动打开文件并开始批量分析。如果图像文件之前已被 ta 分析并保存，则会打开已保存的 TMT 文件进行批量分析。如果文件之前未被分析过，软件将自动进行图像分析，无需手动调整和DES选择，TA可批量分析至少100张600 DPI的图像。批量分析也可用于颜色检测，根据计算机硬件条件，最多可批量分析100张果实图像。在设置菜单下打开颜色检测选项。检查批处理分析并点击“analyze”（分析）。此时会出现一个新窗口，用于选择要分析的图像。在下一个窗口中，指定数据文件的名称和保存路径。单击保存，颜色测试的批量分析即开始。以下是代表番茄变异的两幅图像的形状和颜色分析结果。两幅图像的输出文件位于右侧，显示了每个果实多个形状和颜色属性的数值。批量分析的结果显示在此输出文件中，展示了10个番茄品种的平均形态属性值及其标准差。批量分析的颜色分析输出包含每个果实的平均颜色值以及其他参数。我们刚刚向您展示了如何采集番茄果实图像，并利用番茄分析软件中常用的特征对其进行分析。尽管该软件最初是为分析番茄果实而开发的，但也可用于分析其他植物器官，包括叶片和种子，以及番茄和其他植物物种。以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。

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