表型分析在水稻品種“銀香38”單株選擇上的應(yīng)用初報(bào)

萬 波 何紅梅 黃玉杰 顧帥娣 許建華*

(1光明種業(yè)有限公司，上海市崇明區(qū) 202171；2上海乾菲諾農(nóng)業(yè)科技有限公司，上海市浦東新區(qū) 201210）

表型分析系統(tǒng)可對生長在可控生長因素的環(huán)境或溫室內(nèi)的植物，在時(shí)間和空間尺度上自動(dòng)進(jìn)行植物表型成像測量。例如，盆栽植物可通過側(cè)視和頂視RGB相機(jī)獲取植物在不同旋轉(zhuǎn)角度下的圖像，然后通過定制化軟件分析，獲得盆栽植物的形態(tài)性狀參數(shù)、紋理性狀參數(shù)、顏色性狀參數(shù)和整株相關(guān)表型性狀參數(shù)。目前，表型分析在農(nóng)作物、果樹、花卉、瓜果上的應(yīng)用較廣[1-5]，可在葉型、花色、花型、株型、冠層結(jié)構(gòu)、果實(shí)等方面提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[6-7]，并可將該數(shù)據(jù)作為育種的輔助指標(biāo)和評價(jià)指標(biāo)之一。

在水稻三圃提純復(fù)壯過程中，單株選擇是重要的一環(huán)[8-10]，以前該環(huán)節(jié)主要依靠人工目測完成，但人工目測的誤差大、效率低。因此，筆者在“銀香38”的單株選擇上利用表型分析成像系統(tǒng)，通過獲取株型的緊湊度、單株投影葉面積和周長等數(shù)據(jù)，以量化指標(biāo)來代替人工目測，從而優(yōu)選出合適的單株，進(jìn)而進(jìn)行三圃制大田種子繁殖?，F(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為常規(guī)水稻品種“銀香38”，采用盆栽試驗(yàn)，5月24日育苗，6月15日栽種30盆，每盆栽1株。灌漿后期選取長勢一致的20株進(jìn)行表型分析（有1株折斷，實(shí)際數(shù)據(jù)分析為19株，編號為1-19）。

1.2 試驗(yàn)方法

禾本科作物（水稻、小麥、大麥、高粱等）的產(chǎn)量主要由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三個(gè)因素決定，而有效穗數(shù)和穗粒數(shù)主要由植株分蘗數(shù)和穗分枝數(shù)決定[11]。在同一品種的大田內(nèi)，優(yōu)選株型好的單株對于增加單位面積的有效穗數(shù)、提高水稻產(chǎn)量具有重要的意義。因此，利用儀器Scanalyzer 3D自動(dòng)比較單株進(jìn)行3D可見光成像，獲取單株高通量的RGB圖像，試驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)來源于頂視(vis-top)和側(cè)視（side-0，side-90）3次成像結(jié)果，共采集圖片57張，得出各單株的頂視和側(cè)視的投影面積、緊密度、偏心率等量化指標(biāo)。各單株的穗數(shù)和籽粒數(shù)采用人工清點(diǎn)。結(jié)合各單株的實(shí)際穗數(shù)和籽粒數(shù)，得出每穗占用的葉面積和籽粒占用的葉面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 各單株成穗數(shù)及每穗占用的葉面積

以每穗占用的葉面積為指標(biāo)，每穗占用的葉面積越少，意味著單位面積可以容納更多的穗數(shù)。各單株穗數(shù)及每穗占用的葉面積的頂視和側(cè)視成像統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。對每穗占用的葉面積從低到高進(jìn)行排序，選排名前10的標(biāo)記為“√”，3次成像均為前10的為優(yōu)選，標(biāo)記為“√”，最終編號為1、3、12、13、16、17、19的7個(gè)單株入選，見表2。

2.2 各單株籽粒數(shù)及籽粒占用的葉面積

以籽粒占用的葉面積為指標(biāo)，籽粒占用的葉面積越少，意味著單位面積可產(chǎn)出的稻谷更多。各單株籽粒數(shù)及籽粒占用的葉面積的頂視和側(cè)視成像統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。對籽粒占用的葉面積從低到高進(jìn)行排序，選排名前10的標(biāo)記為“√”，3次成像均為前10的為優(yōu)選，標(biāo)記為“√”，最終編號為11、13、14、16、17、19的6個(gè)單株入選，見表4。

表1 各單株穗數(shù)及每穗占用的葉面積的頂視及側(cè)視成像統(tǒng)計(jì)

表2 每穗占用的葉面積3次成像排名前10的分布情況

表3 各單株籽粒數(shù)及籽粒占用的葉面積的頂視和側(cè)視成像統(tǒng)計(jì)

表4 籽粒占用的葉面積3次成像排名前10的分布情況

2.3 單株的優(yōu)選

由表5可知，通過對每穗占用的葉面積和籽粒占用的葉面積3次成像排名前10進(jìn)行匯總比對，結(jié)果編號為13、16、17、19的4個(gè)單株入選。

表5 入選單株編號

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過對“銀香38”19個(gè)水稻單株進(jìn)行Scanalyzer3D成像分析，得出了各單株的頂視和側(cè)視的投影面積、緊密度、偏心率等量化指標(biāo)，結(jié)合各單株的實(shí)際穗數(shù)和籽粒數(shù)，得出了每穗占用的葉面積和籽粒占用的葉面積，經(jīng)綜合分析，最終編號為13、16、17、19的4個(gè)單株入選。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，利用Scanalyzer3D平臺對水稻單株進(jìn)行頂視和側(cè)視可見光成像，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，用于水稻單株選擇是可行的，這與前人在蔬菜、瓜果、苗木等植物上采用表型分析進(jìn)行個(gè)體篩選有異曲同工之處。同時(shí)，本試驗(yàn)結(jié)果為水稻單株優(yōu)選提供了量化依據(jù)，且通過3D成像系統(tǒng)的篩選，減少了人工目測篩選的誤差，這對水稻種子大田生產(chǎn)上的單株優(yōu)選和單產(chǎn)提高具有重要意義。