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  我國作為農(nóng)業(yè)大國，土壤鹽漬化、干旱、高溫等非生物脅迫正成為制約作物產(chǎn)量與種質(zhì)創(chuàng)新的重要因素，開展作物耐逆生理機制研究、篩選優(yōu)質(zhì)耐逆種質(zhì)資源，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)科研的核心方向之一。而植物表型作為連接基因型與環(huán)境的關(guān)鍵橋梁，其精準(zhǔn)、高通量的分析手段，直接決定了科研研究的效率與深度。傳統(tǒng)的植物表型測量多依賴人工手持儀器，存在通量低、破壞性強、數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，難以滿足規(guī)?；N質(zhì)篩選與精細化生理機制研究的需求。

  PlantScreen-XYZ植物表型成像系統(tǒng)集成了自動化控制系統(tǒng)、智能LEDs光照培養(yǎng)系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜成像分析等多項先進植物表型分析技術(shù)，可自動獲取100多個表型參數(shù)，以最高效率完成大量植物樣品的全方位生理生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)成像分析，常用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析等研究。

PlantScreen-XYZ核心功能特點

• Sensor-to-plant理念：采用“傳感器到植物”的概念，強調(diào)設(shè)備與植物監(jiān)測對象的直接關(guān)聯(lián)性；
• 自動化結(jié)構(gòu)特性：配備可在XYZ/XZ軸移動的傳感器和光源，機械臂攜帶成像陣列及光源，按照軟件預(yù)設(shè)的路徑模式直接移動到植物位置以提升表型分析效率；
• 廣泛環(huán)境適應(yīng)性：適用于從實驗室到溫室乃至田間的多種環(huán)境，具備廣泛的場景應(yīng)用能力；
• 傳感器靈活配置：集成了葉綠素?zé)晒獬上?、紅外熱成像、多光譜熒光成像、植物高光譜成像、RGB成像等多種成像傳感器和環(huán)境傳感器，可全面采集植物表型數(shù)據(jù)；
• 定制化方案設(shè)計：針對體外培養(yǎng)或土壤栽培等不同種植方式，提供量身定制的解決方案；

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)科研正朝著精準(zhǔn)化、高通量化、智能化方向發(fā)展，國家種業(yè)振興、農(nóng)業(yè)科技自立自強的戰(zhàn)略要求，對植物表型研究的技術(shù)手段提出了更高的要求。PlantScreen-XYZ作為國際領(lǐng)先的高通量植物表型系統(tǒng)，以“高通量、非侵入、一體化、精準(zhǔn)化”的核心優(yōu)勢，打破了傳統(tǒng)植物表型研究的局限，為國內(nèi)科研單位開展作物耐逆、高光效、種質(zhì)創(chuàng)新等研究提供了強有力的技術(shù)支撐。

案例：PlantScreen-XYZ 賦能作物耐逆研究高效突破

美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)局（USDA-ARS）加利福尼亞州薩利納斯作物改良與保護研究單位，針對土壤鹽漬化制約生菜生產(chǎn)力的核心問題，開展了生菜耐鹽性關(guān)鍵生理性狀識別研究。該團隊（Adhikari N D, 2019）選取10個生菜基因型（含栽培種與野生近緣種），旨在建立耐鹽與敏感基因型的生理參數(shù)基線，破解傳統(tǒng)測量通量低、數(shù)據(jù)片面的難題，為作物耐逆分子研究與種質(zhì)篩選奠定基礎(chǔ)。

圖1. 左圖：不同基因型生菜樣品對鹽脅迫響應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化；中圖：不同生菜類型的 PCA 分析圖；右圖：鹽脅迫下基因型 PCA 分析圖；

  本研究依托PlantScreen-XYZ系統(tǒng)實現(xiàn)高通量植物表型參數(shù)快速采集和分析，其全植株葉綠素?zé)晒獬上窆δ芫珳?zhǔn)捕捉了鹽脅迫下不同基因型的光合動力學(xué)過程，結(jié)合配套軟件獲取的Fv/Fm、NPQ等核心參數(shù)，搭配同步采集的葉面積等形態(tài)數(shù)據(jù)，通過PCA分析清晰實現(xiàn)耐鹽與敏感基因型的聚類區(qū)分。實驗結(jié)果證實，耐鹽基因型能維持更高的光合效率，而敏感基因型光保護機制雖活躍但光合效率偏低，這套設(shè)備的高通量、非侵入式一體化測量，為精準(zhǔn)解析生菜耐鹽機制、篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)提供了核心數(shù)據(jù)支撐。

  除了作物耐逆研究，PlantScreen-XYZ的應(yīng)用場景可全面覆蓋國內(nèi)農(nóng)業(yè)科研的核心方向。在種質(zhì)資源篩選中，設(shè)備可批量處理水稻、小麥、蔬菜等各類作物的種質(zhì)資源，在鹽、旱、高溫等非生物脅迫下，快速獲取不同種質(zhì)的光合與形態(tài)表型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)耐逆種質(zhì)的高通量初篩，大幅縮短育種周期；在植物生理機制研究中，設(shè)備可精準(zhǔn)解析環(huán)境因子對植物光合系統(tǒng)的影響，揭示作物耐逆、高光效的生理調(diào)控機制，為作物栽培調(diào)控提供理論支撐；在分子育種輔助研究中，設(shè)備可實現(xiàn)基因型與表型的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，為基因定位、功能驗證提供可靠的表型數(shù)據(jù)支撐，助力分子育種的精準(zhǔn)化發(fā)展。

  從實驗室的基礎(chǔ)生理機制研究，到種質(zhì)資源的規(guī)模化篩選，北京易科泰攜手PSI表型研究中心推出的PlantScreen-XYZ表型分析系統(tǒng)正成為國內(nèi)農(nóng)業(yè)科研單位的“科研好幫手”，以精準(zhǔn)的表型數(shù)據(jù)賦能農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新，助力我國在作物耐逆育種、農(nóng)業(yè)生態(tài)研究等領(lǐng)域取得更多突破，為保障國家糧食安全、推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入科技動能。

1. Adhikari N D, Simko I, Mou B. Phenomic and physiological analysis of salinity effects on lettuce[J]. Sensors, 2019, 19(21): 4814.