田間表型組學(xué)：熱紅外相機(jī)獲取熱圖像

田間表型組學(xué)：它能促進(jìn)作物改良嗎？

  持續(xù)培育高產(chǎn)抗逆品種是未來幾年農(nóng)業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。盡管基因篩選方法的發(fā)展極大地幫助了育種過程，

但在對所得種質(zhì)進(jìn)行同樣快速的表型工具的開發(fā)和應(yīng)用方面，仍然存在差距。

多年來，植物育種家和研究人員一直對選擇具有特定生理和農(nóng)藝性狀的品系增的強(qiáng)方法感興趣，

這些性狀有助于提高抗逆性和最終產(chǎn)量，但是用于定量研究的傳統(tǒng)測量方法往往是勞動(dòng)密集型的，

尤其是在田間不容易擴(kuò)大規(guī)模以允許篩選大量不同的品系。傳統(tǒng)的表現(xiàn)型，

即植物性狀的視覺評(píng)估，是植物育種的支柱，但被廣泛認(rèn)為是主觀且費(fèi)力的。

對自花授粉植物育種計(jì)劃中品種演化的各個(gè)階段的初步總結(jié)。早期幾代所使用的種植形式的描述表明存在各種育種策略，其中種植方式會(huì)有所不同。

在育種計(jì)劃的早期階段，通過間接選擇獲取表型組學(xué)的機(jī)會(huì)特別大，此時(shí)植物為隔離生長狀態(tài)，無法獲得可靠的產(chǎn)量估算；

這些階段的評(píng)估在很大程度上是主觀的。為了討論和強(qiáng)調(diào)所需的評(píng)估規(guī)模，指出了評(píng)估中的基因型數(shù)量的范圍。

早在21世紀(jì)初，隨著基因分型技術(shù)的快速發(fā)展，表型組學(xué)這個(gè)通用術(shù)語被廣泛用于自動(dòng)化植物篩選工作(盡管表型和基因型這兩個(gè)術(shù)語起源于一個(gè)多世紀(jì)前)。

在過去十年中，機(jī)器人技術(shù)、先進(jìn)成像和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展為高通量測量開辟了新的途徑，但必要設(shè)施的成本導(dǎo)致在全球范圍內(nèi)建立了少數(shù)專業(yè)中心，

其中澳大利亞植物表型設(shè)施(位于堪培拉和阿德萊德)是中心之一。此外，建立實(shí)踐和深度表型組學(xué)團(tuán)體的倡議已經(jīng)被確立，包括各個(gè)國家和國際學(xué)會(huì)，

包括本雜志《Plant Phenomics》。在發(fā)展植物表型方面，國際上做出了大量努力，開展了許多區(qū)域活動(dòng)，如英國國家植物表型學(xué)會(huì)、

德國植物表型學(xué)會(huì)、歐洲植物表型學(xué)會(huì)和北美植物表型學(xué)會(huì)。作為表型活動(dòng)論壇的國際植物表型鑒定學(xué)會(huì)（IPPN）

最近對成員進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，強(qiáng)調(diào)“田間表型”是表型的首要任務(wù)，其次是“非生物脅迫”和“數(shù)據(jù)管理”。強(qiáng)調(diào)田間表型的發(fā)展尤為重要，

這不僅是因?yàn)樗鼘χ参镉N的應(yīng)用至關(guān)重要，也因?yàn)樗匀槐葘?shí)驗(yàn)室或溫室表型更具挑戰(zhàn)性且不那么先進(jìn)。

僅獲取感興趣的葉片/冠層熱數(shù)據(jù)的重要性在于，最左側(cè)顯示的實(shí)際葉子溫度與最右側(cè)圖像的所得平均CT之間存在 4°C 的差異。

最右側(cè)的圖像包括感興趣的區(qū)域中的所有像素，其平均CT值為38°C;平均CT明顯受土壤像素的影響。中間圖像包含的像素要少得多，平均CT為36°C，

比僅包含葉像素的最左邊圖像高2°C。由于早期世代每個(gè)基因型的種子有限，在缺水環(huán)境和育種者在苗圃里使用的種植配置的影響下，

普遍存在的地面覆蓋影響 CT 測量的更可能發(fā)生。需要開展進(jìn)一步的工作，以開發(fā)閾值化背景土壤溫度和僅從感興趣的植物材料中提取熱數(shù)據(jù)的常規(guī)方法。

使用配備 13.1 mm 鏡頭熱紅外相機(jī)獲取熱圖像。

近年來，許多綜述性出版物強(qiáng)調(diào)了表型組學(xué)作為作物改良和植物育種的有力研究工具的重要性，并報(bào)道了許多令人鼓舞的結(jié)果。

因此，對表型組學(xué)作為通過研究和育種進(jìn)行作物改良的有利工具的應(yīng)用前景進(jìn)行綜述是及時(shí)的。由于表型組學(xué)是一個(gè)很大的領(lǐng)域，

有許多研究人員積極參與，因此本綜述僅限于成像方法、地上表型以及它們在谷物表型中的應(yīng)用。