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豆類作物生物強(qiáng)化的高通量表型平臺(tái)


發(fā)布時(shí)間:

2024-10-12

來(lái)源:

作者:

豆類作物,包括干豌豆、扁豆和鷹嘴豆,是蛋白質(zhì)、低消化碳水化合物和微量營(yíng)養(yǎng)素的豐富來(lái)源。隨著人們對(duì)無(wú)麩質(zhì)和無(wú)過(guò)敏原食品的植物性蛋白質(zhì)需求的增加,豆類作物在滿足不斷增長(zhǎng)的人口的營(yíng)養(yǎng)需求方面具有重要的全球意義。由于這些現(xiàn)有工具的成本,營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)育種正成為全球大多數(shù)育種計(jì)劃的瓶頸。因此,低成本、高通量的表型分析工具將成為選擇優(yōu)良種質(zhì)進(jìn)行品種開(kāi)發(fā)和基因鑒定進(jìn)行豆類品種開(kāi)發(fā)的研究熱點(diǎn)。本出版物解釋了表型工具的新興和未來(lái)趨勢(shì),這些工具對(duì)豆類育種和提高營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量是可行的。

 

基于光譜和成像技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)工具現(xiàn)在為營(yíng)養(yǎng)和農(nóng)藝性狀的高通量表型分析(high-throughput phenotyping,HTP)做出了貢獻(xiàn),從而加快了品種發(fā)育的育種和選擇。傅里葉變換中紅外光譜(Fourier transform mid-infrared,F(xiàn)T-MIR)已成為一種可靠的分析豆類作物宏觀營(yíng)養(yǎng)性狀的HTP工具。利用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)(UAV)的高光譜、多光譜和RGB成像技術(shù)已被開(kāi)發(fā)用于測(cè)量谷物的農(nóng)藝性狀,但這些技術(shù)尚未開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證用于豆類作物。本文綜述了不同的表型技術(shù)在作物營(yíng)養(yǎng)和農(nóng)藝性狀育種中的應(yīng)用,并綜述了機(jī)器學(xué)習(xí)工具在優(yōu)化HTP方面的應(yīng)用。

 

圖1  營(yíng)養(yǎng)和農(nóng)藝性狀高通量表型(HTP)工具。(a)營(yíng)養(yǎng)性狀的傅里葉變換中紅外光譜(FT-MIR);(b)用于田間農(nóng)藝性狀表型分析的無(wú)人機(jī)系統(tǒng);(c)農(nóng)藝性狀室內(nèi)表型成像系統(tǒng)。

 

圖2  豆類營(yíng)養(yǎng)和農(nóng)藝性狀高通量表型(HTP)平臺(tái)的工作流程,以及機(jī)器學(xué)習(xí)工具在預(yù)測(cè)農(nóng)藝性狀應(yīng)對(duì)氣候變化方面的應(yīng)用。(a)傅立葉變換中紅外光譜(FT-MIR)分析HTP營(yíng)養(yǎng)性狀的典型工作流程。(b)圖像處理的關(guān)鍵步驟,以建立HTP農(nóng)藝性狀的攝影測(cè)量模型。(c)應(yīng)用經(jīng)過(guò)當(dāng)前和過(guò)去一年表型(即作物產(chǎn)量和成熟期)和氣候(即降雨和溫度)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),預(yù)測(cè)即將到來(lái)的育種周期(即未來(lái)2年)可能出現(xiàn)的表型結(jié)果。

 

圖3  營(yíng)養(yǎng)性狀的不同化學(xué)分析技術(shù)。

 

來(lái) 源

Madurapperumage, A., Naser, M.Z., Boatwright, L., Bridges, W., Vandemark, G., & Thavarajah, D. (2024). High‐throughput phenotyping platforms for pulse crop biofortification. PLANTS, PEOPLE, PLANET.

 

編輯

王春穎

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