利用高光谱反射率表型分析法测量玉米叶片生理生化特征

作者:谷丰光电 来源: 时间:2017-08-18 11:35:58 次数:

实验研究表明在玉米叶片反射率光谱中建立的PLSR模型可以准确预测叶级生理生化特征,从而为表型研究提供了一种高通量、非破坏性的方法。

利用高光谱反射率表型分析法测量玉米叶片生理生化特征

Figure 1. Measured versus PLSR-modeled values of leaf chlorophyll content (A and B), N content (C and D), SLA (E and F), Vmax (G and H), and Vp,max (I and J). PLSR models were built using a training population consisting of genotypically diverse field-grown plants exposed to ambient and elevated [O3] (A, C, E, G, I) or a combination of field-grown plants and greenhouse plants (genotype B73) grown in ample or limiting N (B, D, F, H, J). In each graph, the cross-validation r2, root mean square error (RMSE), and bias of the model are shown along with the size of the validation population and the number of model components (comp) used in each PLSR model. The gray dashed line shows the 1:1 line.

高通量、非侵入性的田间表型揭示了作物形态、发育和农艺性状的遗传变异,但要充分了解植物和环境之间相互作用的遗传变异,需要快速测量潜在的生理和生化特征。这项研究测试了叶片高光谱反射率(λ= 500-2400nm)作为高通量表型方法的应用,用于快速准确评估玉米叶片光合作用和生化性状。用标准湿实验室和气体交换法测定叶片性状,同时测定叶片反射率。偏最小二乘回归法(PLSR)用于测量叶片叶绿素含量,氮含量,蔗糖含量,比叶面积,磷酸烯醇丙酮酸羧化的最大速率,[CO2]光合作用饱和率和来自叶片反射光谱的叶氧自由基吸收能力。PLSR模型准确预测了七种性状中的五种,比以前使用的叶绿素,氮含量和比叶面积的简单光谱指数更准确。叶片性状与基因型和处理间差异的统计推断与实测数据和建模数据相似。高光谱反射率表型分析法比传统测量方法快得多,仅在2到4天的午间时间便可以进行超过1000行的表型分析,并提供了一种非破坏性的方法来准确评估生理生化特性对环境压力的反应。


此项研究主要由从反射光谱预测生理特征,不同自交系和杂交系玉米对臭氧反应的高通量筛选,高通量表型和高光谱反射率,叶级预测模型,玉米应激反应的高通量表型分析几方面来探讨利用高光谱反射率表型分析法测量玉米叶片生理生化特征。


生理性状的快速测量被广泛认为是一项革命性的技术,用于了解作物应激反应的机理,并最大限度地利用遗传资源对作物改良的优势。实验研究表明在玉米叶片反射率光谱中建立的PLSR模型可以准确预测叶级生理生化特征,从而为表型研究提供了一种高通量、非破坏性的方法。


文献出处:

Plant Physiology. January 2017

High-Throughput Phenotyping of Maize Leaf Physiological and Biochemical Traits Using Hyperspectral Reflectance