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(lái)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(guò)程,，

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

多年來(lái),，植物育種家和研究人員一直對(duì)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(cè)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(jué)評(píng)估,，是植物育種的支柱,，但被廣泛認(rèn)為是主觀(guān)且費(fèi)力的。

對(duì)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(guò)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(zhǎng)狀態(tài)，無(wú)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(guān)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(yǔ)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(yǔ)起源于一個(gè)多世紀(jì)前),。

在過(guò)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(cè)量開(kāi)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(zhuān)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(guó)家和國(guó)際學(xué)會(huì),，

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

德國(guó)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(guó)際植物表型鑒定學(xué)會(huì)（IPPN）

最近對(duì)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?duì)植物育種的應(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(cè)量的更可能發(fā)生,。需要開(kāi)展進(jìn)一步的工作，以開(kāi)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(lái)，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(duì)表型組學(xué)作為通過(guò)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?cè)诠任锉硇椭械膽?yīng)用,。