无人机表型辅助育苗培育和选择:野扇花(Sarcocca)和玫瑰(Rosa)的案例研究


发布时间:

2023-01-11

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

苗圃植物的育种和选择需要对多种多样的性状进行评估。在该领域进行视觉评分的特征包括审美以及对生物胁迫的耐受性等。本文提出了基于植被指数和树冠高度数据的方法,这些数据来自于用嵌入无人机的RGB(红、绿、蓝)相机拍摄的视觉图像,以对基因型进行排序和选择。这种方法依赖于定量评价标准,排除了育种者的主观意识并加快了数据收集。在两种木本观赏植物(野扇花(Sarcocca Lindl.)和玫瑰(Rosa L.)中进行了苗圃植物的概念验证。这项工作旨在比较方法,并提出如何将无人机(UAV)和高通量田间表型(HTFP)用于商业植物选择项目。数据是在2019年通过三项成熟的育种试验收集的,两项用于野扇花,一项用于玫瑰。讨论的特征包括植物结构特征,例如野扇花和玫瑰中的植物高度和形状,以及玫瑰的花度,连续开花和抗病性。计算了地面测量与无人机获取方法之间的相关性,获得了显著的结果,并讨论了该方法的优缺点以及每种特征的方法。 
 

图1 (A)两个野扇花试验的位置;(B)田间的野扇花;(C)用黑色虚线表示的野扇花E1和野扇花E2;以及(D)已建成的植物特写(从C中用黑色矩形标记的位置)。

 

图2 (A)玫瑰试验的位置;(B) 基于2019年7月1日完成的无人机飞行的整个试验的正射影像;(C) 试验的一部分细节,多边形定义了不同的基因型。

 

图3 (A)野扇花,野扇花E1(n=94株植物)的地面测量值与无人机得出的植物结构(植物高度和宽度)参数之间的相关性和(B)线性关系。

 

图4 (A)2019年9月5日,玫瑰试验中人工测量的冠层高度(GR_Hmax)与无人机得出的冠层高度之间的相关性,以及(B)冠层高度均匀性(GR_U)视觉评分与无人机得出的冠层高度变异系数(UAV_Hcv)之间的相关性。

 

图5 (A)一组基因型的花百分比和每周分数的演变,以及(B)四个基因型在第一周和最后一周的图像,以及从无人机图像和分数得出的百分比。

 

图6 对玫瑰基因型的黑斑病的评价。1:1线上和上方的所有点表示10月中旬ExG值等于或高于8月底ExG值的基因型(=参考值)(绿色)。ExG降低的基因型≤10%显示为橙色,或10%以上的减少显示为红色。为了进行比较,每个基因型(2019年10月5日)的叶斑和叶落评分分别显示在符号的右侧或左侧。透明的红色区域表示可以省略的基因型,因为它们在该性状上表现不佳(1:1系,例如,育种家设定的2019年10月5日的最低ExG阈值)。

 

图7 野扇花E2中所有野扇花植物的箱形图:(A)冠层高度和(B)植物面积。每个点都对应于一个单独的植物。

 

图8  (A) 在田间选择的野扇花植物(蓝色边框),由唯一的ID(SarcoE2)识别,(B) 与其他植物的比较。蓝色矩形对应的是定义的 "理想 "选择标准。

 

图9 玫瑰试验中存在的与树冠高度(UAV_HQ90)和均匀度(UAV_Hcv)有关的变化,包括两种基因型的俯视图和基于CHM的高度图。

 

 

来 源

Borra-Serrano I, Van Laere K, Lootens P, et al. Breeding and Selection of Nursery Plants Assisted by High-Throughput Field Phenotyping Using UAV Imagery: Case Studies with Sweet Box (Sarcococca) and Garden Rose (Rosa)[J]. Horticulturae, 2022, 8(12): 1186.

https://doi.org/10.3390/horticulturae8121186

 

编 辑

小王博士在努力

 

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