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)進行同樣快速的表型工具的開發(fā)和應(yīng)用方面，仍然存在廣泛公認的差距。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密集型的，尤其是在田間不容易擴大規(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估，是植物育種的支柱，但被廣泛認為是主觀且費力的。
對自花授粉植物育種計劃中品種演化的各個階段的初步總結(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，其中種植方式會有所不同。在育種計劃的早期階段，通過間接選擇獲取表型組學(xué)的機會特別大，此時植物為隔離生長狀態(tài)，無法獲得可靠的產(chǎn)量估算；這些階段的評估在很大程度上是主觀的。為了討論和強調(diào)所需的評估規(guī)模，指出了評估中的基因型數(shù)量的范圍。
早在21世紀初，隨著基因分型技術(shù)的快速發(fā)展，表型組學(xué)這個通用術(shù)語被廣泛用于自動化植物篩選工作(盡管表型和基因型這兩個術(shù)語起源于一個多世紀前)。在過去十年中，機器人技術(shù)、先進成像和數(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)是首批中心之一。此外，建立實踐和深度表型組學(xué)團體的倡議已經(jīng)被確立，包括各個國家和國際學(xué)會，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)域或國家級活動，如英國國家植物表型學(xué)會、德國植物表型學(xué)會、歐洲植物表型學(xué)會和北美植物表型學(xué)會。作為表型活動論壇的國際植物表型鑒定學(xué)會（IPPN）最近對成員進行了一項調(diào)查，強調(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”。強調(diào)田間表型的發(fā)展尤為重要，這不僅是因為它對植物育種的應(yīng)用至關(guān)重要，也因為它仍然比實驗室或溫室表型更具挑戰(zhàn)性且不那么先進。
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，普遍存在的不完全地面覆蓋影響 CT 測量的更可能發(fā)生。需要開展進一步的工作，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 鏡頭的 FLIR® A655sc 熱紅外相機獲取熱圖像。
近年來，許多綜述性出版物強調(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行作物改良的有利工具的應(yīng)用前景進行綜述是及時的。由于表型組學(xué)是一個很大的領(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。
來源：Plant Phenomics.Field Phenomics: Will It Enable Crop Improvement?David M. Deery and Hamlyn G. Jones
https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2021/9871989/
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