三维体积分析和高光谱成像系统在辣椒杂种优势及细胞质效应研究中的应用


发布时间:

2022-05-28

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  与近年来产生的大量基因组学数据相比,作物表型数据在数量上仍旧存在很大缺陷。高通量表型(HTP)平台的开发克服了这一限制,不仅提高了作物表型获取的速度和准确性,而且通过集成各种成像系统扩大了可评估性状的范围。其中,三维成像系统可实现对植物的体积和结构的非破坏性估计。高光谱成像系统测得的反射率特征涵盖了广泛的波长范围,且与作物各种生理性状相关。本文主要利用基于 LiDAR 的三维成像和高光谱成像研究了辣椒杂种优势及细胞质效应,改变了基于人工分析的传统方法。辣椒三维图像的植物体积估计结果定量地显示了遗传距离较远的辣椒品种杂交组合的杂种优势。而且基于高光谱反射率特征的归一化植被指数(NDVI)同样展现了辣椒亲本与F1系的差异。通过比较互交F1系发现细胞质效应是较微弱,因此在植物体积和NDVI值中均未检测到。然而,在特定的辣椒发育阶段的交叉组合子集中,基于随机森林算法筛选的特征波长可以检测到F1系之间的差异。研究结果表明,在整个植物生命周期内持续记录高光谱数据对于分析细胞质效应有潜在效用。本研究证明了集成三维成像系统与高光谱成像系统的HTP平台在评估作物配合力的适用性。

 

  图1辣椒植株三维图像处理过程

 

  图2 从叶绿素荧光成像(A)、激光雷达LiDAR(B)和高光谱成像(C)传感器采集的图像以及高光谱成像的光谱曲线(D)

 

  图3利用三维成像数据估算的辣椒亲本系和F1后代的植株体积(A:每个杂交组合各亲本株系及F1后代的平均体积;B:全部杂交组合各亲本株系及F1后代的平均体积)

 

  图4 用于识别各亲本和F1子代的特征波段选择(A)以及基于所选波段的反射率的聚类结果(B)

 

  来源:Chang S, Lee U, Kim J B, et al. Application of 3D-volumetric analysis and hyperspectral imaging systems for investigation of heterosis and cytoplasmic effects in pepper[J]. Scientia Horticulturae, 2022, 302: 111150.

  

  编辑:张金诺

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