基于无人机的RGB图像植被指数的大豆育种高通量表型分析


发布时间:

2025-03-26

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本研究调查了使用无人机(unmanned aerial vehicles,UAV)的RGB图像进行高通量表型(high-throughput phenotyping,HTP)评估不同大豆纯品系植被指数(vegetation indices,VIs)的有效性。VIs在作物发育的不同阶段进行评估,并与农艺性状相关。实地研究是在巴西南马托格罗索州基金会的实验区进行的,使用了60个大豆纯品系。在多个发育阶段(播种后28、37、49、70、86、105、115和120天)捕获RGB图像。使用线性混合效应模型,结合限制最大似然(restricted maximum likelihood,REML)/最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)方法,估计方差分量和遗传相关性,并预测基因型值。所有评估的农艺性状的基因型之间都存在显著的遗传差异(p<0.001),株高、R8成熟度和百粒重的准确性和遗传力很高。基因型×飞行数据交互作用对VI表达有显著影响,强调了定时数据收集在农艺性能评估中增强HTP和VI的重要性。在早期阶段,指数因环境而异。另一方面,在R8期、播种后105、115和120天,这些指标与株高和成熟度的性状表现出较高的相关性。基于无人机RGB图像的HTP和VI已被证明在大豆发育的早期和最后阶段更有效,为选择优良基因型提供了必要的信息。本研究强调了时间方法在HTP中的重要性,优化了大豆基因型的选择,并完善了农业管理策略。

 

 图1  大豆基因型高通量表型分析研究的示意图。描述了具有飞行计划的实验区、播种后生成的正射镶嵌、用于提取光谱变量值和一些植被指数的软件,以及植被指数与农艺性状之间的相关性。

 

 图2  大豆基因型倒伏(lodging,LDG)、株高(plant height,PH)、R8成熟期(R8)、百粒重(100-seed weight,100-SW)和种子产量(seed yield,SY)分布的箱图表示

 

图3  (a)三项大豆试验中五个评估性状的遗传力估计;(b)不同播种日期和飞行数据下植被指数的遗传力估计。

 

图4  通过混合模型从使用无人机捕获的RGB图像数据中获得的植被指数BLUP与所有三个试验中大豆品种农艺性状BLUP的相关性图。

 

来 源

Alves, A.K.S., Araújo, M.S., Chaves, S.F.S. et al. High throughput phenotyping in soybean breeding using RGB image vegetation indices based on drone. Sci Rep. 2024, 14, 32055. 

 

编辑

王春颖

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