中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 作為世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)，持續(xù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和保障糧食安全對(duì)于我國(guó)的國(guó)計(jì)民生具有重要意義，同時(shí)也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。雖然目前我國(guó)糧食產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)健增長(zhǎng)，但由于耕地的持續(xù)減少和人口增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到?2020?年，我國(guó)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(guò)綠色增產(chǎn)技術(shù)來(lái)提高糧食產(chǎn)能，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)新品種新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，走中國(guó)特色的新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路。“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”通過(guò)分子模塊的解析、耦合，有目標(biāo)地進(jìn)行全基因組水平多模塊優(yōu)化組裝，為當(dāng)前育種產(chǎn)量和品質(zhì)雙提升提供了最新的解決方案。“表型為王，基因?yàn)楹蟆笔潜硇拖嚓P(guān)領(lǐng)域的學(xué)者常掛在嘴邊的一句話。對(duì)于育種和農(nóng)業(yè)管理而言，表型分析是理解基因功能及環(huán)境效應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在育種的整個(gè)進(jìn)程中，表型監(jiān)測(cè)不僅可對(duì)育種前期的室內(nèi)種質(zhì)篩選進(jìn)行指導(dǎo)，而且能在后期推廣種植中對(duì)品種的田間表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。因此，高通量表型監(jiān)測(cè)能夠加速整個(gè)育種進(jìn)程，并為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)中的資源調(diào)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(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

表型監(jiān)測(cè)平臺(tái)通過(guò)搭載不同類型的傳感器，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取多源遙感數(shù)據(jù)，為通量化地實(shí)現(xiàn)表型測(cè)量提供了可能。依據(jù)所處的工作環(huán)境，表型平臺(tái)可分為室內(nèi)固定平臺(tái)和室外移動(dòng)平臺(tái)。其中室內(nèi)固定平臺(tái)具有精度高、重復(fù)性強(qiáng)、不受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，室內(nèi)固定平臺(tái)根據(jù)工作時(shí)目標(biāo)作物和傳感器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可分為“plant-to-sensor”（作物移動(dòng)型）和“sensor-to-plant”（傳感器移動(dòng)型）工作方式。

“plant-to-sensor”指的是傳感器保持位置固定，目標(biāo)作物通過(guò)傳送帶等運(yùn)輸平臺(tái)進(jìn)入到工作區(qū)，傳感器對(duì)不同批次進(jìn)入的目標(biāo)作物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。當(dāng)前，國(guó)外研發(fā)的此類平臺(tái)比較成熟，主要出現(xiàn)在法國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、澳大利亞等國(guó)家。其中，比利時(shí)?CropDesign?公司設(shè)計(jì)出國(guó)際上第一套表型平臺(tái)——TraitMill；德國(guó)?Lemna Tec?公司的室內(nèi)平臺(tái)能全自動(dòng)、高通量和全生育期地獲取表型結(jié)構(gòu)參數(shù)、生理參數(shù)以及進(jìn)行環(huán)境脅迫等分析；法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院建立了適用于小型植物的?Phenoscope和?PHENOPSIS表型平臺(tái)；類似的整合基因性狀和表型性狀的研究平臺(tái)還有荷蘭?KeyGene?公司研發(fā)的?PhenoFab平臺(tái)，以及澳大利亞的?PlantScan?表型平臺(tái)。相比之下，國(guó)內(nèi)表型平臺(tái)起步晚，發(fā)展相對(duì)滯后。以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)為代表的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了斷層掃描儀和數(shù)字化考種機(jī)用于獲取單株水稻的株高、分蘗等結(jié)構(gòu)信息和收獲后的種子性狀。綜上，“plant-to-sensor”類型的平臺(tái)整體上比較成熟，這主要得益于此類平臺(tái)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(duì)成熟期和易斷折倒伏的作物帶來(lái)影響，造成監(jiān)測(cè)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(nóng)藝性狀只有當(dāng)作物種植在真實(shí)環(huán)境下的群體中才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。因此，實(shí)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(nèi)表型平臺(tái)通過(guò)移動(dòng)傳感器到目標(biāo)作物區(qū)域，進(jìn)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(duì)作物的真實(shí)生長(zhǎng)干擾少，傳感器移動(dòng)的靈活性大，工作效率高，成為當(dāng)前表型平臺(tái)研發(fā)的主要方向。但是，傳感器在移動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集群體數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)高通量的表型參數(shù)提取，這無(wú)論是對(duì)于硬件集成還是軟件開(kāi)發(fā)都是巨大的挑戰(zhàn)。