浮萍是一种漂浮的水生植物，因其体积小，易栽培，且繁殖快，成为实验室实验的理想模型植物。然而，浮萍实验室生物学要求谱系保持为无性繁殖叶子的连续种群，因此研究团队需要校准栽培条件并协调浮萍种群的维护任务。计算图像数据分析被证明是一种强大的浮萍研究工具，但研究人员缺乏软件工具来帮助数据收集和存储，从而可以将数据输入到脚本数据分析中。我们开始使用名为Aquarium的实验室管理软件来支持这些过程—培养以及随后与数据分析工具的集成，这是一种开源应用程序，用于管理实验室库存和计划实验。我们在Aquarium中开发了一套浮萍栽培和实验操作类型，然后我们将其与新颖的数据分析脚本集成。然后，我们通过一系列基于图像的生长试验证明了我们系统的有效性，并探索了我们的框架如何用于校准培养方案。我们还讨论了这种方法的优势和局限，提出了未来软件工具开发的领域。在目前的状态下，我们的方法有助于弥合浮萍生物学家的实验室实施和数据分析软件之间的差距，并为植物科学中端到端计算工具的发展奠定基础。

　　图1 浮萍种群维护的核心操作类型的图形总结。实验室协议 (A) 可以在 Aquarium 中表示为一组定义的类型，这些类型可以实例化为真实世界的实验室库存和位置 (B)。 面板A中的每个OT(例如“转移浮萍”)都有一个相应的协议代码脚本 (C)，使用 Aquarium Web 应用程序中的集成开发环境以Krill编程语言编写。 当创建并启动计划时，根据协议代码中的规范向实验室工作台上的技术人员提供逐步的屏幕说明 (D)。

　　图2最大限度地减少污染并排除故障。(A) 在 "转移浮萍 "操作类型中，一个常数(箭头所指的 "FLOW_HOOD")可以根据特定实验室的需要在真或假之间进行切换。一个可选的操作类型(B;"向媒体添加抗生素")产生指令，将适量的定义的抗生素添加到媒体中，并向媒体项目添加一个元数据标签，说明抗生素已经被添加。如面板C所示，发现被污染的浮萍容器可以作为输入到一个操作("LogContamination"，蓝色矩形)，当运行时，将提示技术员上传图像(技术员界面的截图在右边)以及额外的说明，然后丢弃板块。

　　图3生长测定工作流程概述，包括实验室执行和数据分析。实验室工作台上的一名技术人员在指导下，按照为实验(A)启动的计划，完成收集浮萍容器图像的步骤。(B)工作人员通过屏幕提示上传图像，并进行盘子板块边界的识别及浮萍覆盖度的计算。在强类型的Aquarium LIMS中，所有对象都有一个唯一的ID以及一些可能的属性(C)。

　　图4 浮萍对不同剂量盐的生长反应。实验设计的概述显示在A中，反映了水族馆设计者界面中使用的框(操作)和线(项目)方案。所得的增长曲线在B组中以对数形式显示。对数据进行Hill方程的拟合，以创建一个剂量反应曲线，如C所示。对人工分离的叶片进行拍照，用于计算每个处理组中植物的叶片直径(D)，以及每个处理组的每根茎的平均叶片数(E)。用于生成图A和E的叶片的脚本分析的代表性图像显示在面板F。

　　图5评估盐处理后不同恢复长度的浮萍生长率。A中显示了实验设计的概述，在每张图像中计算每个浮萍的表面积，结果显示在B(模拟)和C(盐处理)中。

　　图6对健康恢复的最大冰箱储存时间的估计。以大约两天的间隔拍摄图像，并对其进行分析，以量化绿萍叶子的总面积(A)。计算的RRG和误差被绘制在最佳拟合的指数衰减线旁边(B)。

　　来源：Scott M, de Lange O, Quaranto X C, et al. Open-Source Workflow Design and Management Software to Interrogate Duckweed Growth Conditions and Stress Responses[J]. 2022.

　　https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1739227/v1

　　编辑：小王博士在努力