表型分析：大豆對鹽脅迫動態響應的量化
鹽脅迫是威脅作物生產最主要的非生物脅迫之一。大豆通常被認為是一種鹽敏感的作物，其產量受到土壤鹽度的負面影響. 據報道，當土壤鹽度為9 dS /m時，產量減少50％。
對於植物耐鹽性研究，基於圖像的高通量表型分析平台已經在水稻和鷹嘴豆中建立和使用。這些研究主要集中在鹽脅迫下的生長狀態（如株高、生物量）和一些生理反應（如葉綠素含量、蒸騰作用）。然而，基於圖像的高通量表型分析平台尚未被廣泛應用於大豆耐鹽性的研究，並且現有研究報告中使用的表型平台昂貴，需要大量改變溫室布局。為了解決低成本高通量表型分析解決方案的需求，本文研究開發了一種能在常規溫室中輕鬆構建、低成本的自動化表型圖像分析系統。該系統由軌道系統（安裝在溫室頂棚）、控制系統和感測器支架組成。整個系統的尺寸為7.3米×1.7米，可擴展到任何所需尺寸；頂棚安裝軌道的方法，使該系統能靈活應用於大多數常規溫室。
圖1 軌道系統的結構和主要部件示意圖
圖2 自動表型分析平台演算法流程圖
圖3 成像路徑示意
圖4 從圖像中提取表型數據的處理協議
本文開發的表型系統在一項大豆耐鹽性研究中進行了性能評估。該研究以130份大豆種質資源（包括栽培大豆、野生大豆）為材料，評價鹽脅迫下大豆的遺傳差異。統計分析表明，表型系統提取的圖像特徵可以用來量化大豆對鹽分脅迫的動態響應，葉片葉綠素含量和耐鹽率（salt tolerance rate, STR）與圖像特徵有很高的相關性。
圖5 成像方法測量精度
a：真實尺寸，b：3D密集點雲，c：成像法在水平和垂直方向的測量精度
圖6 感測器（相機）估計和人工測量植株高度的一致性
圖7 兩種植株圖像特徵的比較
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Zhou J, Chen H, Zhou J, et al.Development of an automated phenotyping platform for quantifying soybean dynamic responses to salinity stress in greenhouse environment. Computers and Electronics in Agriculture, 2018, 151: 319-330.
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