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易科泰表型成像技術在小麥育種與栽培中的創新應用
發布時間： 2025-08-26 點擊次數： 273次小麥育種的核心目標是“高產、優質、抗逆"。傳統表型鑒定依賴人工取樣和化學分析，周期長、通量低、破壞性強。高光譜成像技術憑借“圖譜合一"的優勢，正在將傳統“經驗育種"推向“數據育種"與“精準栽培"，在單籽粒、植株、冠層乃至根系尺度的表型研究中都發揮了巨大作用，為小麥栽培科學提供了全新工具。
一、高光譜成像：小麥精準育種的新引擎
案例1：單籽粒蛋白高通量分選——把“高蛋白"挑出來
英國諾丁漢大學&Campden BRI利用1000–2500nm推掃式高光譜成像技術對2100余粒多品種、多年份的小麥單籽粒進行蛋白質預測，結果表明，蛋白質含量在6.2%–19.8%之間分布廣泛，硬麥均值高于軟麥，籽粒間及籽粒內均存在顯著差異；創建的預測模型性能驗證精度R2=0.79、RMSEP=0.94%。研究還直觀展示了蛋白質在小麥籽粒內的空間分布，發現籽粒兩端（尤其胚部）含量較高。該技術可替代傳統破壞性檢測，為育種篩選、品質分級及貿易定級提供高效、可視化的單粒分析手段。
案例2：氮-水分布動態監測——讓“看不見"的營養“看得見"
澳大利亞植物表型組學中心（Bruning et al.,Frontiers in Plant Science,2019）對九種土壤養分條件和兩種水處理條件下的四個基因型盆栽小麥進行VNIR-SWIR（400–2500nm）成像，結合PLSR建立氮-水預測模型，驗證R2分別達0.66與0.69，并生成植株氮-水分布圖。生成的“水分/氮素分布圖"可直觀展示葉基到葉尖的梯度差異，為精準施肥與灌溉提供空間決策依據。
在大田栽培階段，通過無人機或田間植物表型系統，可實時診斷氮虧/水缺區域，實現差異化施肥與節水灌溉，氮肥利用率提高10%以上。
案例3：品質形成與調控——高效驗證光合效率與產量性狀
魯東大學煙臺作物高產抗逆分子育種與高效栽培重點實驗室的研究人員發表了小麥育種最新研究成果，揭示了TaHAL3-7A基因對小麥光合作用和產量性狀的影響。研究鑒定出TaHAL3基因在小麥所有組織中均有表達，其中莖稈和籽粒中的表達水平較高。在小麥和水稻中過表達TaHAL3-7A能顯著提高色素含量，增加單穗粒數和單株產量，增強小麥和水稻幼苗的耐鹽性（鹽脅迫下存活率顯著提高）。團隊使用易科泰提供的FluorCam葉綠素熒光成像系統，在灌漿期（Z60）測定對照組Fielder和轉基因小麥Fielder-OE旗葉的 Fv/Fm_lss（光適應穩態下的PSII最大光化學效率）。
案例4：早期條銹病監測——提前3天發現“隱形病斑"
西北農林科技大學（Yao et al.,Sensors,2019）利用450–900nm可見-近紅外HSI系統與手持SPAD儀結合，通過PCA-BPNN模型成功在小麥條銹病潛育期第6天識別病斑采集小麥葉片，比肉眼可見癥狀提前3天，模型RPD=3.36。
該成果可與無人機高光譜平臺結合，在拔節-孕穗期完成百畝級條銹病早期普查，降低噴藥量20%–30%，綠色高效。
案例5：大田表型研究——冬小麥氮素和水分狀況評估
西班牙馬德里政治大學J.L.Pancorbo等人使用機載可見光-近紅外高光譜和熱成像遙感監測氮素和水分狀況，評估該方法用于降低混雜效應的潛力。研究人員在西班牙中部進行了為期兩年的冬小麥大田實驗，并設置了在4種施氮梯度和2種灌溉水平。分別在開花期采用葉片氣孔計測定作物水分狀況，在拔節中期、后期以及開花期測定植株氮素營養指數(NNI)。同時使用無人機搭載覆蓋可見光-近紅外區域(400-850nm)和部分短波紅外(950-1750nm)的高光譜成像和熱成像相機，在300m高度獲取實驗樣地的光譜圖像。實驗結果表明，高光譜和熱成像數據的結合可以有效反映植被氮素和水分水平，降低混雜效應的影響，可用于指導施肥和灌溉并做出及時、準確的調整，以滿足作物對氮素和水分的需求。
從單籽粒到冠層再到根系，表型成像技術已貫穿小麥育種與栽培的全生育期、全器官類型。隨著無人機/地面機器人表型平臺、實時在線分析及AI算法的融合，易科泰依托多年光譜成像與表型技術研發與集成經驗，可為科研院所及種業企業提供“硬件-軟件-服務"一站式解決方案，共同推進我國小麥栽培科學進入“高通量-數字化-智能化"時代。
二、易科泰解決方案
1.實驗室級：①Fluortron®多功能高光譜成像系統，支持單籽粒、葉片及幼苗期表型成像，可同步測量反射高光譜及UV-MCF紫外光激發生物熒光高光譜成像；②PhenoTron®-PTS植物表型成像系統，集成高光譜成像、葉綠素熒光成像以及Thermo-RGB融合熱成像，從光譜到葉綠素熒光再到輻射溫度，全面解析植物表型性狀；③RhizoTron®植物根系高光譜成像系統，可對生長于RhizoBox根盒（帶根窗）的作物根系進行表型成像分析，為根系多角度研究提供非接觸、非損傷、數字化、可視化解決方案。
2.溫室級：①PlantScreen智能表型成像系統：培養與自動化表型監測、數據自動分析、遠程操控、環境監測、自動灌溉、聯動氣候室自動傳送等；②PhenoPlot®懸浮軌道式表型成像分析系統，基于懸浮雙軌表型成像掃描平臺技術，采用STP技術，可基于溫室結構定制化搭建，懸浮安裝于溫室兩側，具備高光譜成像、葉綠素熒光高光譜成像、UV-MCF生物熒光高光譜成像、紅外熱成像、可見光成像等多傳感器成像功能，內置高性能主機，數據采集、存儲集于一體，有效整合多傳感器表型大數據。
3.田間級：①易科泰田間智能巡檢機器人表型分析平臺，采用易科泰研發的FluorTronn®葉綠素熒光成像技術（被評為“重大農業科技創新成果"）、多功能高光譜成像技術、Thermo-RGB成像技術，可以全自動、非損傷、高通量、原位全面采集分析植物形態、顏色、生理生化、光合生理狀態、健康狀態、脅迫與抗性等信息；②Phenoplot®輕便型野外高光譜成像分析系統，基于易科泰技術由輕便型掃描臺架和成像單元組成，成像單元沿臺架進行樣帶式掃描成像，模塊式快速拆裝結構，輕便可折疊，高度可調，可用于野外原位（in-situ）高光譜成像測量分析應用；③Ecodrone®一體式多源無人機遙感系統，以無人機遙感平臺為載體，搭載多種傳感器技術，可快速捕獲大田植物表型信息，指導作物育種栽培、病害檢測與管理、抗性研究與產量評估等。
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