中國網/中國發(fā)展門戶網訊 作為世界上的農業(yè)大國，持續(xù)推動農業(yè)科技進步和保障糧食安全對于我國的國計民生具有重要意義，同時也是我國社會經濟發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。雖然目前我國糧食產量持續(xù)穩(wěn)健增長，但由于耕地的持續(xù)減少和人口增長，預計到?2020?年，我國仍將面臨約?2?000?億斤的糧食缺口。“十三五”規(guī)劃建議提出“藏糧于技”，通過綠色增產技術來提高糧食產能，加快推進農業(yè)新品種新技術的開發(fā)和應用，走中國特色的新型農業(yè)現(xiàn)代化道路?！胺肿幽K設計育種創(chuàng)新體系”通過分子模塊的解析、耦合，有目標地進行全基因組水平多模塊優(yōu)化組裝，為當前育種產量和品質雙提升提供了最新的解決方案?！氨硇蜑橥?，基因為后”是表型相關領域的學者常掛在嘴邊的一句話。對于育種和農業(yè)管理而言，表型分析是理解基因功能及環(huán)境效應的關鍵環(huán)節(jié)。在育種的整個進程中，表型監(jiān)測不僅可對育種前期的室內種質篩選進行指導，而且能在后期推廣種植中對品種的田間表現(xiàn)進行評估。因此，高通量表型監(jiān)測能夠加速整個育種進程，并為精準農業(yè)監(jiān)測中的資源調控和管理策略制定提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

作物表型監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

表型監(jiān)測平臺通過搭載不同類型的傳感器，能夠在短時間內獲取多源遙感數(shù)據(jù)，為通量化地實現(xiàn)表型測量提供了可能。依據(jù)所處的工作環(huán)境，表型平臺可分為室內固定平臺和室外移動平臺。其中室內固定平臺具有精度高、重復性強、不受外界干擾等優(yōu)點。當前，室內固定平臺根據(jù)工作時目標作物和傳感器的運動狀態(tài)，可分為“plant-to-sensor”（作物移動型）和“sensor-to-plant”（傳感器移動型）工作方式。

“plant-to-sensor”指的是傳感器保持位置固定，目標作物通過傳送帶等運輸平臺進入到工作區(qū)，傳感器對不同批次進入的目標作物進行數(shù)據(jù)采集和分析。當前，國外研發(fā)的此類平臺比較成熟，主要出現(xiàn)在法國、德國、比利時、荷蘭、澳大利亞等國家。其中，比利時?CropDesign?公司設計出國際上第一套表型平臺——TraitMill；德國?Lemna Tec?公司的室內平臺能全自動、高通量和全生育期地獲取表型結構參數(shù)、生理參數(shù)以及進行環(huán)境脅迫等分析；法國農業(yè)科學研究院建立了適用于小型植物的?Phenoscope和?PHENOPSIS表型平臺；類似的整合基因性狀和表型性狀的研究平臺還有荷蘭?KeyGene?公司研發(fā)的?PhenoFab平臺，以及澳大利亞的?PlantScan?表型平臺。相比之下，國內表型平臺起步晚，發(fā)展相對滯后。以華中農業(yè)大學為代表的科研團隊研發(fā)了斷層掃描儀和數(shù)字化考種機用于獲取單株水稻的株高、分蘗等結構信息和收獲后的種子性狀。綜上，“plant-to-sensor”類型的平臺整體上比較成熟，這主要得益于此類平臺單次作業(yè)的樣本量少，環(huán)境均一，難度較低。然而，“plant-to-sensor”方式整體效率較低，且容易對成熟期和易斷折倒伏的作物帶來影響，造成監(jiān)測中的誤差以及作物本身的損毀。更為重要的原因是，很多重要的農藝性狀只有當作物種植在真實環(huán)境下的群體中才會表現(xiàn)出來。因此，實現(xiàn)作物固定大田種植模式下的數(shù)據(jù)獲取顯得尤為必要。

“sensor-to-plant”室內表型平臺通過移動傳感器到目標作物區(qū)域，進行圖像采集等信息獲取。這種掃描作業(yè)方式保持了作物位置的固定，對作物的真實生長干擾少，傳感器移動的靈活性大，工作效率高，成為當前表型平臺研發(fā)的主要方向。但是，傳感器在移動過程中實時采集群體數(shù)據(jù)并實現(xiàn)高通量的表型參數(shù)提取，這無論是對于硬件集成還是軟件開發(fā)都是巨大的挑戰(zhàn)。