高光譜表型監測平台監測實時作物病害

說到育種不得不提到“表型”的概念，在生物學和遺傳育種領域
，特別是作物育種領域，表型是指基因型和環境決定的形狀
、結構、大小、顏yan色se等deng生sheng物wu體ti的de外wai在zai性xing狀zhuang。表biao型xing組zu又you是shi指zhi某mou一yi生sheng物wu的de全quan部bu性xing狀zhuang特te征zheng
，不bu僅jin僅jin局ju限xian於yu農nong藝yi性xing狀zhuang，還hai應ying更geng加jia關guan注zhu植zhi株zhu所suo表biao現xian出chu來lai的de生sheng理li狀zhuang態tai。隨sui著zhe多duo數shu代dai表biao植zhi物wu全quan基ji因yin組zu測ce序xu的de結jie束shu，科ke研yan人ren員yuan越yue來lai越yue認ren識shi到dao植zhi物wu表biao型xing研yan究jiu的de重zhong要yao性xing，並bing將jiang其qi提ti到dao的de“組學”的高度。植物表型組學是研究植物的生長、表現和組成的科學，它的研究可以從小至核苷酸序列細胞，大至組織、器官種屬群體的表型來研究分析
，並且可以進一步整合到基因組學研究中；而從係統生物學角度來看，從基因組到轉錄組、蛋白質組

、代謝組以及表型組，表型組是各種組的表現形式。因此，植物表型組學的研究將是涉及植物各個方麵的研究領域。

高gao光guang譜pu成cheng像xiang傳chuan感gan器qi是shi近jin幾ji年nian研yan究jiu用yong於yu監jian測ce不bu同tong環huan境jing中zhong農nong作zuo物wu和he植zhi被bei的de有you效xiao工gong具ju。植zhi物wu的de生sheng理li學xue，形xing態tai學xue或huo生sheng物wu化hua學xue信xin息xi可ke以yi通tong過guo非fei接jie觸chu的de方fang式shi以yi及ji不bu同tong尺chi度du下xia評ping估gu。例li如ru
，利li用yong高gao光guang譜pu傳chuan感gan器qi用yong於yu植zhi物wu表biao型xing分fen析xi或huo精jing準zhun農nong業ye中zhong的de生sheng理li脅xie迫po研yan究jiu。

圖1  表型溫室（a：室內，b：室外）

圖1 為波恩大學Jan Behmann利用小型mini地塊研究不同大麥品種的試驗田。不同的大麥品種分別接種了白粉病，並設計了對照實驗
，接種前後分別利用以高光譜成像儀Specim V10E進行觀測，觀察不同發病期不同大麥品種的光譜變化。

圖2  植株健康組織和白粉病發病組織的光譜特征和豐度圖

 研yan究jiu結jie果guo表biao明ming，盡jin管guan在zai冠guan層ceng尺chi度du上shang進jin行xing測ce量liang存cun在zai固gu有you的de困kun難nan，但dan該gai係xi統tong依yi然ran能neng夠gou在zai早zao期qi階jie段duan檢jian測ce出chu疾ji病bing症zheng狀zhuang
，並bing可ke以yi在zai較jiao長chang時shi期qi內nei詳xiang細xi評ping估gu疾ji病bing的de嚴yan重zhong程cheng度du和he發fa病bing過guo程cheng。與yu人ren工gong評ping估gu相xiang比bi，係xi統tong能neng更geng早zao的de檢jian測ce出chu發fa病bing症zheng狀zhuang且qie自zi動dong評ping估gu結jie果guo準zhun確que率lv達da94.83％。

表1  試驗過程中大麥品種病情發展的人工分級 

圖3  冠層的光譜特征（距離傳感器和照明係統不同高度）

圖4  試驗過程中不同大麥品種病情的嚴重程度

圖5  通過SVM分類的白粉病侵染空間分布（綠色為健康組織、紅色為白粉病侵染組織、藍色為背景）

圖6  對照植株和接種植物的Mini-Plots上壞死病變的空間分布及像素比柱狀圖

本研究所提出的高光譜測量係統提高了表型分析的效率，在未來的植物抗性育種研究中具有很高的應用價值。