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徐凌翔, 陳佳瑋, 丁國輝, 盧偉, 丁豔鋒, 朱豔, 賙濟. 室內植物表型平臺及性狀鑑定研究進展和展望 [J]. 智慧農業(中英文), 2020, 2(1): 23-42.
Xu Lingxiang, Chen Jiawei, Ding Guohui, Lu Wei, Ding Yanfeng, Zhu Yan, Zhou Ji. Indoor phenotyping platforms and associated trait measurement: Progress and prospects[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(1): 23-42. (in Chinese with English abstract)
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室內植物表型平臺及性狀鑑定研究進展和展望
徐凌翔1，陳佳瑋1，丁國輝1，盧 偉2，丁豔鋒1，朱 豔3， 周 濟1,4*
（1. 南京農業大學作物表型組學交叉研究中心/中英植物表型組學聯合研究中心/江蘇省現代作物生產協同創 新中心/現代作物生產省部共建協同創新中心，江蘇南京210095；2. 南京農業大學工學院/江蘇省現代設施農 業技術與裝備工程實驗室，江蘇南京210095；3. 國家信息農業工程技術中心/農業農村部農作物系統分析及決 策重點實驗室/智慧農業教育部工程研究中心/江蘇省信息農業高技術研究重點實驗室，江蘇南京210095；4. 數字科學研發部，英國國立農業植物研究所/劍橋作物研究中心，劍橋CB30LE，英國）
摘 要：植物表型組學研究正逐漸向綜合化、規模化、多尺度和高通量的方向快速發展。本文首先介紹了植物表型研究的最新動向。然後針對室內表型監測平臺的特點和各類室內表型針對的表型性狀進行了系統介紹，包括產量、品質、脅迫抗性（包括乾旱、抗冷熱、鹽脅迫、重金屬和病蟲害）等。在此基礎上，本文還根據通量、傳感器集成度和平臺大小等把一些國內外流行的室內植物表型平臺進行了分類，並介紹了這些室內表型平臺在植物研究中的應用情況。同時，本文還介紹了室內表型數據的管理和解析方法。最後，本文著重討論了室內表型平臺的發展方向，並結合中國植物研究的實際情況對錶型組學在中國的發展提出了展望，以期為中國植物表型研究提供指導和建議。
關鍵詞：植物表型組學；室內表型監測；產量性狀；品質性狀；抗性表型；表型數據管理和解析分類
來源：《智慧農業（中英文）》2020年第1期
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（a）細胞層面對胞吞作用，胼胝質沉積和細胞結構變化的表型分析；
（b）組織和器官層面對各類鏽病、發芽率和花期等性狀分析；
（c）單株層面對單株的圖像獲取、植株分割和生長監測；
（d）小群體和小區層面的表型數據採集和關鍵農藝性狀分型鑑選。
圖1 不同層面的室內植物表型監測及其分析對象
Fig. 1 The scope of multi-level indoor plant phenotyping and associated phenotypic traits
（a）高通量細胞篩選Operetta系統；
（b）中小型臺架式表型設備PhenoMate系統（圖片來源：南京農業大學作物表型交叉研究中心）；
（c）大型溫室植物表型平臺PhenoConveyor系統（圖片來源：南京農業大學作物表型交叉研究中心）；
（d）溫室大棚中使用的滑軌移動植物表型設備PhenoWatch（圖片來源：南京農業大學作物表型交叉研究中心）。
圖2多尺度室內植物表型採集平臺
Fig. 2 Multi-scale indoor plant phenotyping platforms
通訊作者簡介
賙濟 教授
賙濟，南京農業大學作物表型組學交叉研究中心教授和博士生導師、英國國立農業植物研究所 (National Institute of Agricultural Botany, NIAB)和劍橋作物研究中心（Cambridge Crop Research Centre）數字研發部門主管（Head of Data Sciences）和博士生導師。在英國排名前20的東安格利亞大學（University of East Anglia）獲得了信息系統碩士學位和計算機科學博士學位，並獲得UEA國際學生獎學金及Aviva企業獎學金資助。2011年博士畢業後加盟植物抗病研究世界排名第二的The Sainsbury Laboratory（TSL），擔任生物信息學博士後研究員，負責高通量生物圖像分析和細胞表型組學在植物抗病遺傳機制等方面的算法開發。2015年被英國約翰英納斯研究中心（John Innes Centre, JIC）和基因組分析研究中心（The Genome Analysis Centre, TGAC）聘為研究員，建立了英國諾維奇科研院植物表型創新實驗室，並擔任實驗室主任。2019年10月，獲選為英國皇家生物學學會會士（Fellow of Royal Society of Biology, FRSB）。賙濟中國實驗室以中國重要農作物小麥和水稻為研究對象，主要開展農作物表型組學研究和關鍵技術研發，專注於開發和使用計算機視覺算法、機器學習，田間遙感和智能機器人等技術完成田間農作物表型高通量監測與鑑定、重要基因與QTL定位等，以期為作物遺傳改良與新品種選育等提供技術支撐。主要成果包括：基於激光雷達的田間三維成像系統、高通量採集和分析系統（RobinTM）、基於物聯網的自動化表型分析軟件平臺（CropSight）、分佈式表型監測系統（CropQuant）、基於機器學習的大型種子萌發和幼苗活力自動分析系統（SeedGerm），以及基於無人機圖像的大規模作物信息分析軟件系統（AirSurf）等。此外，以計算機科學家身份主持多項中英創新項目，作為主要完成人在Nature，Plant Cell，Nature Plants，GigaScience，Horticulture Research和Traffic等國際頂級期刊撰寫發表學術論文27篇，專著章節3個，總影響因子超過170。自2015年起被引證超過950次，i10指數14。第一發明人國際、英國發明專利2項。並定期為多家國際頂級期刊審稿。
本期支持單位
蜻蜓農業研究院(江蘇)有限公司
京藍雲智物聯網技術有限公司
北京農信通科技有限責任公司
北京中農信達信息技術有限公司
● 楊成海：機載遙感系統在精準農業中的應用（2020年第1期）
● 專題導讀來了：農業遙感與表型獲取分析（2020年第1期）
● 2020年《智慧農業（中英文）》首秀開幕
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《智慧農業（中英文）》
《智慧農業（中英文）》（季刊）是由中華人民共和國農業農村部主管，中國農業科學院農業信息研究所主辦，《智慧農業（中英文）》編輯委員會學術指導，《智慧農業（中英文）》編輯部編輯出版的國內外公開發行的農業科學類學術期刊。期刊聚焦農業信息技術發展前沿與熱點，刊載和傳播國內外最新研究成果，通過搭建高水平學術交流平臺，引領學術研究方向，服務行業科學決策，培養高水平創新人才，促進學科發展。
