高通量的表型分析直接影響三個方面:更精確的遺傳篩選、鑒定新的遺傳變異以及改進對目標群體環境因子的篩選,進而較好做遺傳決策。植物田間高通量表型分析也間接影響育種規模以及育種周期。下圖是法國農業科學院Fred教授提出的田間表型研究不同遙感傳感器的總結,實際上在科研中,田間多種傳感器結合也得到了深度應用和開發,并發表了系列高品質文章;研究中也多次使用Hiphen開發出的多光譜表型傳感器Airphen,該多光譜表型研究傳感器可以從地面和空中等多個維度進行田間表型研究,具有非常靈活的集成特性。
評估大田作物苗期特征的常見遙感傳感器
利用紅、綠、藍RGB成像進行田間表型研究的應用實例
作者利用相機獲取的圖像,進一步分析,獲得了田間玉米不同類別的特征:作物特征的計數、植物/作物生長的監測和發育以及三維重建。
多維度田間植物表型平臺
這些多維度植物表型平臺使用了基于不同光譜范圍的遙感工具,包括RGB相機(VIS)、多光譜、高光譜傳感器和相機、激光雷達(LiDAR)傳感器、熱傳感器(TIR / LWIR)、激光雷達多光譜傳感器。
隨著表型分析和作物生長模型的不斷演化,育種者能夠獲取有關植物適應性的生理決定因素的信息,從而精確選擇適合目標環境的品種。大數據將有助于在不同層面來完善新品種的對生長環境的需求,來詮釋基因分型×環境×管理(G×E×M)互作。
法國Hiphen公司室外多維度植物表型成像平臺
Hiphen是專注于在植物育種以及精準農業領域提供高通量測量系統和服務的公司,主要技術來自ARVALIS植物研究所,
ITB和INRA法國農業科學院,公司又在此基礎獨立開發出了相關系統和方法。Hiphen公司也向植物育種育種公司、作物生產和研究團體以及其它客戶提供基于獨特傳感器以及云數據技術服務,服務分為3個層次,相機模塊以及配套軟件、基于云數據的計算以及客戶特點需求解決方案。Hiphen公司集中研發了相關獲取田間植物特征系統和方法,技術早期來源于UMR
EMMAH 和UMT CAPTE項目,目前Hiphen公司已經擁有一個龐大的技術團隊,進行系統和方法的深度開發。
田間植物表型組學通過集成了自動化平臺裝備和信息化技術手段,用來獲取多尺度、多生境、多源異構植物表型學大數據,結合其它組學,從植物表型組學高度系統深入地挖掘“基因型-表型-環境型”內在關系、全面揭示特定生物性狀的形成機制,將極大地促進功能基因組學、作物分子育種與有效栽培的進程。Hiphen公司研發了多個不同的產品,Airphen不僅是一臺多光譜相機,還是一款多功能科學系統,目前推向市場的有:
地面維度:Airphen LITERAL便攜式植物表型系統
該便攜式有效率植物表型成像系統集成有多個表型傳感器,重量輕、系統功能強大,可快捷、便攜進行植物田間表型研究,這組傳感器提供了廣泛的傳感配置,系統標配RGB可見光和多光譜數據,以適應農作物的特異性。配置靈活光照系統,多項參數輸出,多種植被指數、LAI計算、葉綠素含量計算、植物計數、器官計數等,系統配有自動設置,備選2種地理信息設置,數據獲取界面友好,從而進行有效表型數據處理。該系統標配高分辨率RGB成像模塊以及多光譜表型成像模塊,通過配置的可調支撐桿,植株測量高度可達3m。系統配有肩背電池,系統工作時間可達10個小時。系統還可添加RTK定位系統,測量規劃科通過平板或計算機界面進行設置,所有的傳感器都連接在一個采集盒上,這個采集盒可以觸發攝像頭,存儲數據,并與平板電腦進行通信。平板電腦可以通過用戶友好的圖形界面定義測量場景。測量場景描述每個傳感器的配置、試驗計劃和每個小區中的測量數量。這樣可以在現場輕松使用,并確保正確引用每個獲取的圖像和元數據。 單個電池為所有攝像機和采集盒供電,從而保證了全天疾病檢測的電源。所有采集數據與高通量表型采集設備獲取數據兼容,可用于云數據平臺如cloverfield的數據分析。