番茄的田间高通量表型研究内容包括水分利用效率、抗逆能力、产量和品质等，有助于为改进作物育种策略和培育适应气候变化的品种提供准确依据。全球气候模型预测，在未来的几十年内，全球平均气温会升高，降雨量会减少。所以提升作物水分利用效率和抗逆能力以面对复杂多变的环境是十分必要的。近年来，基于RGB和多光谱成像的无人机遥感技术被广泛应用于农田作物表型信息获取。如何准确地建立高通量无人机表型信息与植物真实生理状态的联系有待进一步研究。本文以春夏高需水作物番茄为研究对象，探究了缺水状态下不同基因型的表型变化差异。通过将番茄叶片的各项生理参数与植被指数的计算结果进行比较，验证了无人机高通量遥感测量的有效性。

　　本研究的实验样本共包含91种不同基因型，其中包括68种长保质期品种(耐旱性强)与23种非长保质期品种(耐旱性弱)，实验处理包括充分灌溉和缺水处理。在地面测量中，获取了叶片气体交换和叶绿素荧光相关参数、叶片碳同位素含量、果实产量、果实总可溶性物含量和酸度。无人机测量实验中共配备1个分辨率为4608*2356的RGB相机和4个单波段(550nm、660nm、735nm和790nm)相机。归一化植被指数NDVI、简单比率指数SR、绿色归一化植被指数GNDVI和冠层投影面积CPA被用来代表遥感测量值。最终测量结果利用单因素方差分析判定基因组间或不同处理的差异。

　　研究结果表明，长保质期品种在水分充足时，固有水分利用率低于非长保质期品种，而在缺水时高于对方。不同地面测量表型参数在不同处理和基因组间存在差异性的变化规律。基于NDVI和CPA的基因组存在显著性差异(p<0.05)。果实产量与CPA植被指数呈现高相关性。叶片生理参数和果实品质性状与NDVI、GNDVI 等多光谱指数的相关性更好。

　　图1本研究的采集实验设置 a)图像采集地点;b)无人机(FV8, Atyges, Malaga, Spain);c)多光谱相机(Parrot Sequoia sensor, Parrot SA, Paris, France)

　　图2 归一化植被指数NDVI与冠层投影面积CPA同a)e)净CO2同化速率;b)f)气孔导度;c)g)固有水分利用效率;和d)h)叶片碳同位素组成(δ13C)的相关性(CON：对照组;LSL：长保质期组)

　　图3 归一化植被指数NDVI、简单比率指数SR、冠层投影面积CPA与总可溶性固形物(TSS)的相关性(CON：对照组;LSL：长保质期组)

　　来源：Mateu, F., Miquel, C., Jorge, G., Miquel. R., Jeroni, G. High-throughput phenotyping of a large tomato collection under water deficit: Combining UAVs’ remote sensing with conventional leaf-level physiologic and agronomic measurements. Agricultural Water Management. 2022, 260:107283.

　　编辑：张金诺