不結(jié)球白菜生長發(fā)育過程中表型變化AgriPheno訂閱號專注于持續(xù)更新高光譜技術(shù)、植物生理生態(tài)、植物表型組學(xué)、生物育種、激光雷達(dá)探測技術(shù)及數(shù)據(jù)分析、人工智能與機(jī)器人自動化領(lǐng)域，國內(nèi)外最新資訊、戰(zhàn)略與政策導(dǎo)讀。本文節(jié)選了2024年10-12月推送的代表性文章，以供大家參閱。
高光譜
? 利用高光譜成像技術(shù)評估微波預(yù)處理芥菜籽可機(jī)械提取油的成分和含量
Vis-NIR-SWIR HSI技術(shù)是評估芥菜籽的油含量和質(zhì)量的有效工具，為提高芥菜籽油的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了新的途徑。同時，微波預(yù)處理條件是影響芥菜籽油成分和出油量變化的重要因素。
? Computers and Electronics in Agriculture：利用高光譜成像技術(shù)評估玉米飼料加工質(zhì)量
本研究探討了利用高光譜成像技術(shù)評估玉米飼料中籽粒加工質(zhì)量的方法，通過對比不同模型，證明了光譜信息在籽粒檢測中的價值，并分析了各模型的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景。
? Plant Soil：利用高光譜成像評估小麥對土壤酸化和石灰施用的響應(yīng)
本研究利用溫室高通量自動化平臺和高光譜成像設(shè)施，評估了酸性土壤和施石灰土壤中小麥植株高光譜數(shù)據(jù)的差異，旨在探究高光譜成像是否能準(zhǔn)確測量小麥對土壤酸化及通過施石灰進(jìn)行修復(fù)的響應(yīng)。
? 利用無人機(jī)和高光譜成像技術(shù)對泥炭蘚進(jìn)行鑒別及植被建模
本研究探討了利用多源、多尺度高光譜成像技術(shù)，建立泥炭蘚光譜庫，用于圖像分類，以探討其在模擬優(yōu)勢泥炭蘚分布方面的潛力和局限性；同時研究水文條件對分類的空間變化影響，為泥炭地監(jiān)測提供更全面的理解，并揭示可能需要的水文校正因素。
? 利用高光譜成像技術(shù)和聚類分析方法評估受感染胡蘿卜植株性狀差異
本研究使用以胡蘿卜種子和列當(dāng)種子分別為寄主材料和寄生材料，使用地面高光譜相機(jī)（Specim IQ，奧盧，芬蘭）進(jìn)行成像，獲取400-1000nm的光譜數(shù)據(jù)，采用聚類分層聚類法分析數(shù)據(jù)，以區(qū)分與受感染的胡蘿卜像素相關(guān)且獨(dú)特的光譜模式與不相關(guān)的模式。
植物逆境
? Plant Cell：糖基轉(zhuǎn)移酶基因的進(jìn)化和功能分化塑造了茶樹的品質(zhì)和耐寒性
本研究探討了UGTs在28 種完全測序物種（從藻類到被子植物）中的進(jìn)化情況，重點(diǎn)關(guān)注UGTs在茶樹進(jìn)化過程中的變化及其對茶樹品質(zhì)和抗逆性的影響。
? Plant Journal：MsMIOX2基因在苜蓿鹽堿脅迫耐受中的作用及分子機(jī)制
該研究為闡明苜蓿鹽堿脅迫耐受性的分子機(jī)制提供了新視角，并強(qiáng)調(diào)了MsMIOX2 在苜蓿育種中的潛在應(yīng)用價值。
? ENVIRON EXP BOT：解析牧豆樹脅迫耐受機(jī)制，培育逆境韌性作物
該研究通過對牧豆樹熱激蛋白基因 PcHsp18.2 的啟動子和終止子進(jìn)行分析和功能驗證，探討了其在提高作物抗逆性方面的應(yīng)用潛力。
? 功能表型分析：洞察植物對干旱脅迫的動態(tài)響應(yīng)
本綜述的核心觀點(diǎn)為通過功能表型技術(shù)監(jiān)測植物生理變化，能深入理解植物干旱響應(yīng)機(jī)制，助力培育耐旱品種與優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源管理，對保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。
? Marine Pollution Bulletin：缺氧海草葉片環(huán)境是毒素產(chǎn)生和一氧化二氮排放的潛在熱點(diǎn)
該論文聚焦海草葉片附生生物膜在缺氧環(huán)境下的化學(xué)過程，通過實(shí)驗揭示其對海草健康和生態(tài)功能的影響，為保護(hù)海草生態(tài)系統(tǒng)提供重要依據(jù)。
植物根系研究
? Plant and Soil：土鉆法采集并描述細(xì)根的優(yōu)化方案
亞樣品法相比傳統(tǒng)方法有顯著優(yōu)勢，可顯著節(jié)省從土鉆樣品中收集根系所需時間。此外，相比傳統(tǒng)方法，亞樣品法在不同采集點(diǎn)間表現(xiàn)出較低的變異性，且定性和定量數(shù)據(jù)規(guī)律一致。
? 根系獲取和活化土壤養(yǎng)分的策略：根系構(gòu)型和根系分泌物視角
本文回顧了自然條件下植物物種多樣性、根系構(gòu)型和根系分泌物塑性共同促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化和植物吸收的研究案例。
? Plant Soil：植物葉功能性狀和細(xì)根功能性狀沿巨大的自然土壤養(yǎng)分梯度變化規(guī)律
在個體尺度，葉功能性狀和細(xì)根功能性狀的變異規(guī)律受到菌根類型的主導(dǎo)，但是，利用物種豐富度將個體尺度的功能性狀推演至群落尺度后，在群落尺度上，植物功能性狀變異規(guī)律則受到土壤養(yǎng)分可利用性的驅(qū)動。在物種水平，葉功能性狀和根功能性狀變異格局偏離群落水平的變異規(guī)律，表明快速生長、長壽命等葉功能性狀與一系列細(xì)根功能性狀相關(guān)。
植物表型/激光雷達(dá)
植物表型組學(xué)是一種跨學(xué)科方法，借助機(jī)器人技術(shù)、計算、圖像處理算法和人工智能的巨大進(jìn)步，HTPPs有望克服表型分析的瓶頸，實(shí)現(xiàn)對各種重要生理性狀的精確和定量表型分析，加速整合大量可用的基因組信息以實(shí)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)出。
? 自動化表型實(shí)用策略：從原始無人機(jī)數(shù)據(jù)到機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的多光譜時間序列
本研究提出了一種高效且詳盡的操作方法，用于捕獲多光譜和多時相數(shù)據(jù)以用于機(jī)器學(xué)習(xí)，為機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用編譯了一個隨時可用的數(shù)據(jù)集。未來的研究方向包括將管道部署和自動化到可擴(kuò)展的云平臺，以及自動化一些目前仍涉及手動工作的步驟。
人工智能/機(jī)器人自動化
? 利用高光譜成像和AI技術(shù)評估砧木對整株葡萄光合作用的影響
該研究強(qiáng)調(diào)了選擇合適砧木對提高葡萄園應(yīng)對氣候變化能力的重要性，同時展示了利用AI算法驗證高光譜遙感進(jìn)行無損、高效監(jiān)測的潛力。
? 育種 4.0 與人工智能在作物改良中的應(yīng)用：推動農(nóng)業(yè)邁向新時代
本綜述探討了植物育種的歷史進(jìn)程，闡述了AI在作物改良各方面的應(yīng)用及其重要作用，強(qiáng)調(diào)了其對培育適應(yīng)全球糧食安全挑戰(zhàn)的作物品種的意義。
? 室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)的遺傳育種：挑戰(zhàn)與機(jī)遇
本綜述概述了作物育種的最新技術(shù)進(jìn)步，并討論了開發(fā)適合可持續(xù)室內(nèi)垂直農(nóng)業(yè)實(shí)踐的作物所需的基本性狀和潛在的育種工作流程。
? 作物授粉機(jī)器人技術(shù)：最新進(jìn)展和未來方向
本綜述探討了配備人工智能和機(jī)器視覺的機(jī)器人系統(tǒng)替代傳統(tǒng)昆蟲授粉的可行性，研究了空中和地面機(jī)器人授粉系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)展和挑戰(zhàn)，并強(qiáng)調(diào)了在生態(tài)威脅不斷增加以及農(nóng)業(yè)勞動力日益減少的情況下，機(jī)器人授粉作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一種實(shí)用且環(huán)境可持續(xù)方法的重要性。
? Plant Communications：合成生物學(xué)和人工智能在作物改良中的應(yīng)用
合成生物學(xué)在作物改良中具有巨大潛力，但仍面臨挑戰(zhàn)，如復(fù)雜基因-環(huán)境互作、高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的需求、基因編輯的精確性和效率以及監(jiān)管問題。通過結(jié)合多組學(xué)技術(shù)和AI，可以更好地設(shè)計和優(yōu)化基因回路，加速優(yōu)良品種的開發(fā)。
? 科技賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：人機(jī)協(xié)作（HRC）打開嶄新篇章
人機(jī)協(xié)作技術(shù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。它不僅提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本、提升了農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，還為我們解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的諸多挑戰(zhàn)提供了新的思路和方法。
? 人工智能如何引發(fā)農(nóng)業(yè)技術(shù)變革
AI技術(shù)正在逐步改變農(nóng)業(yè)的面貌，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了前所未有的變革。通過精準(zhǔn)種植、智能灌溉、病蟲害監(jiān)測等手段，AI技術(shù)不僅提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，還減少了人力成本和資源浪費(fèi)。
新觀點(diǎn)/新技術(shù)
便攜式葉綠素?zé)晒?氣孔儀MINI-PAM-Ⅱ/Porometer可以單獨(dú)測量氣孔導(dǎo)度，可以進(jìn)行氣孔導(dǎo)度和葉綠素?zé)晒獬绦蛲綔y量，可以監(jiān)測植物氣孔運(yùn)動的晝夜節(jié)律，可以長期連續(xù)監(jiān)測植物葉片氣孔動態(tài)變化，進(jìn)行植物氣孔活動與環(huán)境變化的適應(yīng)性研究。
? 利用PhenoPlate研究光合作用與光強(qiáng)和溫度之間的關(guān)系
Phenoplate方法集成了Maxi-Imaging-PAM和熱循環(huán)儀，可在葉綠素a熒光測量之前、期間和之后對溫度進(jìn)行快速動態(tài)控制。它可以在動態(tài)控制的熱環(huán)境中同時評估多達(dá)384個樣品的光系統(tǒng)II效率(Y(II))和非光化學(xué)淬滅(NPQ)。本文展示了如何利用這一簡單的系統(tǒng)來詳細(xì)描述光合作用&光強(qiáng)&溫度之間在電子轉(zhuǎn)移率(ETR)和非光化學(xué)淬滅(NPQ)方面的關(guān)系。
? Nature Communications：開創(chuàng)性研究，光合作用是如何解決細(xì)胞移植缺氧問題的
文章報道了一項開創(chuàng)性研究，科研人員精心打造了一種供氧呼吸生物系統(tǒng)，有望為細(xì)胞移植帶來突破性進(jìn)展，為解決缺氧困境開辟新道路。在本研究中，研究人員使用了從陸地植物中分離出的葉綠體，降低了光合微生物固有的生物污染風(fēng)險。研究中，葉綠體顆粒光合活性相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)和光曲線測量通過葉綠素?zé)晒獬上馡MAGING-PAM完成。
生物技術(shù)/育種技術(shù)
? Nature Communications：HOT3/eIF5B1調(diào)控光合作用相關(guān)核基因以促進(jìn)葉綠體生物合成
研究發(fā)現(xiàn)HOT3/eIF5B在植物發(fā)育的兩個階段中促進(jìn)翻譯起始到延伸的過渡，其功能喪失導(dǎo)致核糖體在起始位點(diǎn)停滯，影響特定基因的翻譯效率和蛋白豐度，進(jìn)而影響葉綠體功能和光合作用。研究使用GFS-3000光合儀和DUAL-PAM-100雙通道葉綠素?zé)晒鈨x及聯(lián)用葉室3010-DUAL測量擬南芥的光合活性，用于評估野生型和突變體擬南芥葉片葉綠體功能之間光合作用效率的差異。
? Current Biology：酶活性的代謝物水平調(diào)控控制著藍(lán)藻從代謝休眠中的蘇醒
這項研究強(qiáng)調(diào)了代謝物水平調(diào)控在確?？焖俸途_的酶控制中的關(guān)鍵重要性，使微生物能夠迅速適應(yīng)環(huán)境變化并經(jīng)歷發(fā)育轉(zhuǎn)變。研究中，藍(lán)藻P700、鐵氧還蛋白Fd和NAD(P)氧化/還原的測定通過四通道動態(tài)LED陣列近紅外光譜儀完成。
植物生理生態(tài)研究
? PNAS：激子湮滅自由瞬態(tài)吸收研究揭示非光化學(xué)淬滅中葉綠素到玉米黃質(zhì)的能量轉(zhuǎn)移
使用基因編輯的本氏煙草NPQ 突變體和無湮滅瞬態(tài)吸收光譜，該研究直接觀察到玉米黃質(zhì)而不是葉黃素在激發(fā)能轉(zhuǎn)移和隨后激活的葉綠素淬滅中的作用。通過分離高階非線性信號，該研究還驗證了NPQ與激子擴(kuò)散長度之間的關(guān)系，將我們對陸地植物NPQ的基本理解與類囊體膜中的激子動力學(xué)聯(lián)系起來。
? Dual-PAM-100│耐高光藻類的光保護(hù)機(jī)制可以不依賴NPQ
本研究證明了NPQ不是抵抗HL條件下過量光照的必要條件，并且在長時間暴露于HL強(qiáng)度的條件下，最小化PSII-LHCII吸收截面和ROS產(chǎn)生，同時最大化抗氧化劑活性，已被選為減少光抑制的最成功策略。
? Nature Plants：冠層光合作用廣泛熱適應(yīng)的證據(jù)
文章揭示了植物如何在冠層尺度上適應(yīng)溫度隨時間變化的開創(chuàng)性見解，為完善預(yù)測植物對氣候變化反應(yīng)的模型提供了重要信息，并強(qiáng)調(diào)了在更大的冠層尺度上了解光合作用的重要性。
? Nature最新研究揭示C4植物是如何進(jìn)化出更高效的光合作用的
通過單細(xì)胞核基因表達(dá)和染色質(zhì)可及性圖譜比較了C3植物的水稻和C4植物的高粱，Joseph Swift等人發(fā)現(xiàn)了在C3水稻和C4高粱中決定維管束鞘特征的 DNA 結(jié)合單指(DOF)結(jié)構(gòu)，確定了基因表達(dá)發(fā)生轉(zhuǎn)變的原因，即在C4高粱維管束鞘細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá)的光合作用基因獲得了被DOF識別的順式元件。這一發(fā)現(xiàn)為復(fù)雜的C4途徑的進(jìn)化提供了最新的分子見解，這也為改造更高產(chǎn)的作物鋪平了道路。
? New Phytologist：光合作用關(guān)鍵酶Rubisco活性重塑研究取得重要進(jìn)展
文章通過實(shí)驗研究了Rca和CbbYA/B在擬南芥中的功能相互作用，并通過突變體和過表達(dá)株系來探索這些組分在維持光合作用中的作用。
? 中國農(nóng)科院周文彬課題組在水稻RuBisCO遺傳改造研究中取得重要進(jìn)展
本研究的研究結(jié)果生成了一個具有遺傳多樣性的突變庫，這為揭示水稻中RuBisCO的機(jī)制提供了寶貴的資源和全新的見解。
? Nature最新研究發(fā)現(xiàn)植物光敏色素是硅藻在深海感知深度的“眼睛”
這項研究發(fā)表在2024年12月18日的《自然》雜志上，為浮游植物探測光并對光做出反應(yīng)，從而在環(huán)境中找到方向的機(jī)制提供了新的啟示。它還強(qiáng)調(diào)了在實(shí)驗室和自然環(huán)境中采用綜合方法對于了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜動態(tài)和生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力的重要性。
其他
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