植物的表型指的是植物在外觀上展現(xiàn)出的形態(tài)特征，包括植物的大小、形狀、結(jié)構(gòu)、顏色、花朵的形態(tài)等。這些特征通常受到遺傳因素、環(huán)境條件和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的影響。植物的表型是其基因型與環(huán)境之間相互作用的結(jié)果，通過(guò)表型可以觀察到植物在適應(yīng)環(huán)境、進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖過(guò)程中所表現(xiàn)出的各種特征。

01植物表型研究中的高光譜技術(shù)

1. 生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)：高光譜技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)植物在不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)情況，包括葉片面積、葉綠素含量、植被指數(shù)等，從而評(píng)估植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。

2. 應(yīng)激響應(yīng)：植物在受到各種生物和非生物脅迫時(shí)會(huì)產(chǎn)生特定的生理和形態(tài)上的變化。高光譜技術(shù)可以捕捉到這些變化，幫助研究者了解植物對(duì)環(huán)境脅迫的應(yīng)激響應(yīng)機(jī)制。

3. 品種鑒別：不同植物品種在高光譜數(shù)據(jù)中的反射特征可能存在差異，這些差異可以用于植物品種的鑒別和分類。

4. 營(yíng)養(yǎng)狀況評(píng)估：高光譜數(shù)據(jù)可以反映植物葉片中的氮、磷、鉀等元素的含量，從而評(píng)估植物的營(yíng)養(yǎng)狀況。

5. 病蟲害監(jiān)測(cè)：病蟲害會(huì)導(dǎo)致植物葉片的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)發(fā)生變化，高光譜技術(shù)可以檢測(cè)到這些變化，幫助早期發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)病蟲害。

02植物表型研究中的非侵入性成像技術(shù)

從400到2400 nm的非侵入性成像用于定義植物性狀，并將其與豐富的基因組數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。使用的方法類型取決于許多因素和成像方法可以結(jié)合起來(lái)，以跨越廣泛的規(guī)模。平臺(tái)大致按其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件或室內(nèi)環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行分類。實(shí)地應(yīng)用(包括附在衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人駕駛航空vehide、無(wú)人駕駛飛機(jī)或拖拉機(jī)上的空中和地面相機(jī)和傳感器)提供遙感，以估計(jì)作物產(chǎn)量并監(jiān)測(cè)大片地理區(qū)域的作物生長(zhǎng)。溫室、受控環(huán)境室和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的室內(nèi)應(yīng)用主要使用固定系統(tǒng)和手持式設(shè)備來(lái)測(cè)量植物生長(zhǎng)速率、估計(jì)生物量、檢測(cè)作物脅迫、測(cè)量生理和生化性狀、研究種子的生存能力以及表征單個(gè)植物的根系。

衛(wèi)星平臺(tái)的空間分辨率范圍從1000米到0.3米，適合于估計(jì)農(nóng)田的作物面積和產(chǎn)量。航空成像技術(shù)適用于作物水分利用和綠葉指數(shù)的估算，而地面室外成像平臺(tái)則提供了植物形態(tài)和光譜特征的估計(jì)。室內(nèi)平臺(tái)適用于生化成分，單一的植物形態(tài)和生長(zhǎng)特性的評(píng)估。

植物表型研究與高光譜技術(shù)之間存在密切的關(guān)聯(lián)。高光譜技術(shù)是一種通過(guò)獲取植物在各個(gè)波段上的反射、輻射或發(fā)射數(shù)據(jù)，從而對(duì)植物的生理狀態(tài)、化學(xué)成分、生長(zhǎng)情況以及環(huán)境適應(yīng)性等進(jìn)行非破壞性的定量和定性分析的技術(shù)手段。

03非侵入性成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與挑戰(zhàn)

非侵入性成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):

1.利用成像和基于傳感器的平臺(tái)結(jié)合時(shí)間序列實(shí)驗(yàn)分析和評(píng)估植物的解剖、生理和生化特性。

2.非侵入性植物表型分析可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高通量的作物管理，并通過(guò)重復(fù)測(cè)量加速育種，降低評(píng)估性狀和表型變化的成本。

3.廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、生長(zhǎng)室、溫室或田間等各種環(huán)境中的單個(gè)或多組實(shí)驗(yàn)。

4.高光譜成像提供了識(shí)別和檢索有關(guān)化學(xué)成分及其空間分布信息的能力。

非侵入性成像技術(shù)的挑戰(zhàn):

1.成像方法實(shí)驗(yàn)設(shè)置、數(shù)據(jù)分析和ANC數(shù)據(jù)沉積的標(biāo)準(zhǔn)化、記錄和報(bào)告，以提高多研究比較和可重復(fù)性。

2.表型儀器的校準(zhǔn)及誤差估計(jì)和校正的加標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的建立。

3.大數(shù)據(jù)量和計(jì)算密集型數(shù)據(jù)分析方法(深度學(xué)習(xí)算法)抑制了植物生物學(xué)家和遺傳學(xué)家加速性狀發(fā)現(xiàn)的廣泛適應(yīng)性。

4.跨物種的方法轉(zhuǎn)移，而不需要對(duì)單個(gè)參數(shù)進(jìn)行廣泛的重新優(yōu)化，也不需要受可變環(huán)境因素的干擾。

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審核編輯 黃宇