利用形态学和光谱分析的无人机表型量化野生番茄对盐度胁迫的响应

作者:谷丰光电 来源: 时间:2019-04-12 10:41:26 次数:

除了展示基于多时间无人机的植物表现型评估能力外,本研究还对植物耐盐性的农艺学研究和优化农业生产具有指导意义。

盐胁迫对全球粮食生产构成重大威胁,人们开始关注提高耐盐性的作物品种的鉴定和育种。例如,正在研究一些具有比商业品种更高耐盐性的野生品种,它们有可能将粮食生产扩大到边缘地区或使用微咸水灌溉。然而,在田间试验中评估单个植物对盐胁迫的响应不仅耗时,而且限制了对大量植物的纵向评估。无人机(UAV)传感技术的发展为广泛、重复和一致的表型提供了一种手段,并且与标准方法相比具有显著优势。

基于对象的图像分析中,从无人机的RGB和多光谱图像中自动描绘番茄植株的各个步骤。

本研究通过对600株对照植物和600株盐处理植物的田间评价,对199份野生番茄品种(solanum pimpinellifolium)进行了评估。无人机图像用于:(1)采用基于对象的自动图像分析方法,从8个RGB和2个多光谱数据集的时间序列中描绘番茄植物;(2)评估生长季节的四个特征,即植物面积,生长速率,生长条件和植物投射覆盖度(PPC);(3)利用所绘制的性状图谱,从产量和耐盐性两方面确定表现最佳的群体。在前5个试验中,99%的番茄植株被自动检测到。由于死亡和衰老植物的存在,最近3次的漏检率增加到2-5%。与对照植物相比,盐处理植株的种植面积(平均对照和盐处理植株面积分别为0.55和0.29m2)、最高生长率(对照和盐处理植株的日最高生长率分别为0.034和0.0132)和PPC(差异5-16%)显著减小。利用绘制的植物条件、面积、生长速率和PPC,我们发现在前10个最高产量品种中有8个是可能的,并且在这两个处理下只有5个是高产的。除了展示基于多时间无人机的植物表现型评估能力外,本研究还对植物耐盐性的农艺学研究和优化农业生产具有指导意义。

每株植物的田间总产量与(A)收获时的植物条件,(B)收获时的植物面积,(C)整个生长季的最大日生长速率和(D)收获时番茄植物的PPC的关系,以及从使用每种表型性状中删除的品种数量,以确定在产量方面表现最佳的品种。

根据2018年1月14日收集的RGB图像,PPC的各种报告尺度显示:(a)所有四个地块的PPC,(b)图像子集中单个植物的平均PPC和(c)图像子集中单个植物的子植物PPC分布。

来源:Front. Plant Sci.Unmanned Aerial Vehicle-Based Phenotyping Using Morphometric and Spectral Analysis Can Quantify Responses of Wild Tomato Plants to Salinity Stress.Kasper Johansen, Mitchell J. L. Morton, Yoann M. Malbeteau, Bruno Aragon, Samir K. Al-Mashharawi, Matteo G. Ziliani, Yoseline Angel, Gabriele M. Fiene, Sónia S. C. Negrão, Magdi A. A. Mousa, Mark A. Tester and Matthew F. McCabe.

https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00370