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植物表型成像系统-植物表型和植物表型组学的概念
发表时间:2020-04-29 10:58:25点击:1283
植物表型分析是理解植物基因功能及环境效应的关键环节,随着植物功能基因组学和作物分子育种研究的深入,传统的表型观测已经成为制约其发展的主要瓶颈,而高通量的植物表型组分析技术和植物表型组学研究是解决这一困境的有效途径。虽然植物表型组分析正在成为国内外研究的热点,相关概念仍然较为模糊,阻碍了这一新兴学科的发展。认识植物的表型特征和性状是生物学研究的一个重要命题,缺乏详尽的表型数据,将无法深刻理解基因组和环境因素对植物表型的复杂作用。另一方面,确保粮食有效是人类面临的主要挑战之一,解决粮食有效问题,除了保障耕种面积和维护生态环境,较有效的措施是开发利用优良的作物品种和先进的栽培技术,而与之相关的作物品种资源鉴定、遗传育种、栽培生理、植物保护、功能基因组学和植物生物学等方面的研究基本都涉及到对大量植株的各种特征和性状即表型的鉴别与分析,以及对复杂的植物生长环境的监测与控制。遗憾的是传统的植物表型分析规模小、效率低、误差大、适用性弱,已成为制约植物功能基因组学和分子设计育种发展的瓶颈。随着科研需求的增长和技术方法的发展,进行高通量、有效和经济的植物多表型数据测定和环境参数监控的必要性和可行性已经具备,植物表型组学应运而生。
表型组学概念在1997年出现在正式文献中,特指作为基因组研究重要补充的复杂疾病性状研究,但表型组较早被描述为细胞质或细胞核中基因和自体繁殖部分之外的总和,是生物表现型 的物性反映或物质基础。在当前的组学研究中,基因组学的重点是基因组序列分析和基因注释,其他组学在基因组研究的基础上,分别研究不同时空条件下的转录组、蛋白组、代谢组和表型组,相互作用和亚细胞定位,代谢组学的重点是分析代谢物组成和代谢网络,而表型组学的定义和研究范畴仍在变化和发展中 。
植物表型
表型在植物学和遗传学领域,特别是在作物育种领域,表型是一个广泛使用的术语。该术语于1911年被定义为基因型和所处环境决定的形状、结构、大小、颜色等全部可测的生物体外在表现,随后该概念范畴被扩大到生物化学、分子生物学和行为学等领域,但在很多科学文献中,表型还被用于特指鉴别突变体的一种或一系列特征,由于一般的表型定义在相当大程度上涵盖了当前表型组的概念,而表型组作为表型组学中的关键词汇已被广泛使用,为了不引起混淆,可缩小表型的定义范畴,特指一个基因型与环境互作的全部或部分表现,即表型是一个基因型与环境互作产生的全部或部分可辨识特征和性状。
WIWAM植物表型组学研究平台由比利时SMO公司与GHent大学VIB研究所研制生产,整合了LED植物只能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、植物多光谱分析、植物CT断层扫描分析、自动条码识别管理、RGB真3D成像等多项先进技术,以优化的方式实现大量植物样品以优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、水稻、玉米到各种其它植物的生理生态与形态结构成像分析,用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。
优化
该模块可测量作物PSII较大效率和有效效率。基于以上数据,科研人员可深入了解作物生长过程中的特定光作用以及生长策略,进而测定作物生长的较佳条件。另外,科研人员还可优化叶面积指数(LAI)测量。
无线测量光合作用,与环境控制系统兼容:
悬挂系统可无线测量4mX6m区域,该设备还有环境系统相兼容,可将某些行为与特点值关联。设备测特点值后,环境计算机会打开屏幕。可进行作物多次轮作种植研究。该系统可用于测量任意作物的光合效率以及生长。当然,并非所有植物都可良好适应环境控制的监测模块,例如,西红柿在光、热过量的情况下很快开花,对温室的光照和温度变化的反应并不强烈。基于光合的环境控制对此类植物并无效果。但像西红柿类植物,系统可用于测量产量(深度了解ETR(电子传递速率),考虑到ETR值与作物CO2吸收量密切相关。