中國網/中國發展門戶網訊 作為世界上的農業大國，持續推動農業科技進步和保障糧食安全對于我國的國計民生具有重要意義，同時也是我國社會經濟發展的重大戰略需求。雖然目前我國糧食產量持續穩健增長，但由于耕地的持續減少和人口增長，預計到?2020?年，我國仍將面臨約?2?000?億斤的糧食缺口。“十三五”規劃建議提出“藏糧于技”，通過綠色增產技術來提高糧食產能，加快推進農業新品種新技術的開發和應用，走中國特色的新型農業現代化道路。“分子模塊設計育種創新體系”通過分子模塊的解析、耦合，有目標地進行全基因組水平多模塊優化組裝，為當前育種產量和品質雙提升提供了最新的解決方案。“表型為王，基因為后”是表型相關領域的學者常掛在嘴邊的一句話。對于育種和農業管理而言，表型分析是理解基因功能及環境效應的關鍵環節。在育種的整個進程中，表型監測不僅可對育種前期的室內種質篩選進行指導，而且能在后期推廣種植中對品種的田間表現進行評估。因此，高通量表型監測能夠加速整個育種進程，并為精準農業監測中的資源調控和管理策略制定提供重要的數據支撐。

作物表型監測發展現狀

表型監測平臺通過搭載不同類型的傳感器，能夠在短時間內獲取多源遙感數據，為通量化地實現表型測量提供了可能。依據所處的工作環境，表型平臺可分為室內固定平臺和室外移動平臺。其中室內固定平臺具有精度高、重復性強、不受外界干擾等優點。當前，室內固定平臺根據工作時目標作物和傳感器的運動狀態，可分為“plant-to-sensor”（作物移動型）和“sensor-to-plant”（傳感器移動型）工作方式。

“plant-to-sensor”指的是傳感器保持位置固定，目標作物通過傳送帶等運輸平臺進入到工作區，傳感器對不同批次進入的目標作物進行數據采集和分析。當前，國外研發的此類平臺比較成熟，主要出現在法國、德國、比利時、荷蘭、澳大利亞等國家。其中，比利時?CropDesign?公司設計出國際上第一套表型平臺——TraitMill；德國?Lemna Tec?公司的室內平臺能全自動、高通量和全生育期地獲取表型結構參數、生理參數以及進行環境脅迫等分析；法國農業科學研究院建立了適用于小型植物的?Phenoscope和?PHENOPSIS表型平臺；類似的整合基因性狀和表型性狀的研究平臺還有荷蘭?KeyGene?公司研發的?PhenoFab平臺，以及澳大利亞的?PlantScan?表型平臺。相比之下，國內表型平臺起步晚，發展相對滯后。以華中農業大學為代表的科研團隊研發了斷層掃描儀和數字化考種機用于獲取單株水稻的株高、分蘗等結構信息和收獲后的種子性狀。綜上，“plant-to-sensor”類型的平臺整體上比較成熟，這主要得益于此類平臺單次作業的樣本量少，環境均一，難度較低。然而，“plant-to-sensor”方式整體效率較低，且容易對成熟期和易斷折倒伏的作物帶來影響，造成監測中的誤差以及作物本身的損毀。更為重要的原因是，很多重要的農藝性狀只有當作物種植在真實環境下的群體中才會表現出來。因此，實現作物固定大田種植模式下的數據獲取顯得尤為必要。

“sensor-to-plant”室內表型平臺通過移動傳感器到目標作物區域，進行圖像采集等信息獲取。這種掃描作業方式保持了作物位置的固定，對作物的真實生長干擾少，傳感器移動的靈活性大，工作效率高，成為當前表型平臺研發的主要方向。但是，傳感器在移動過程中實時采集群體數據并實現高通量的表型參數提取，這無論是對于硬件集成還是軟件開發都是巨大的挑戰。