持續培育高產抗逆品種是未來幾年農業面臨的關鍵挑戰之一。盡管基因篩選方法的發展極大地幫助了育種過程，但在對所得種質進行同樣快速的表型工具的開發和應用方面，仍然存在廣泛公認的差距。多年來，植物育種家和研究人員一直對選擇具有特定生理和農藝性狀的品系增的強方法感興趣，這些性狀有助于提高抗逆性和最終產量，但是用于定量研究的傳統測量方法往往是勞動密集型的，尤其是在田間不容易擴大規模以允許篩選大量不同的品系。傳統的表現型，即植物性狀的視覺評估，是植物育種的支柱，但被廣泛認為是主觀且費力的。


對自花授粉植物育種計劃中品種演化的各個階段的初步總結。早期幾代所使用的種植形式的描述表明存在各種育種策略，其中種植方式會有所不同。在育種計劃的早期階段，通過間接選擇獲取表型組學的機會特別大，此時植物為隔離生長狀態，無法獲得可靠的產量估算；這些階段的評估在很大程度上是主觀的。為了討論和強調所需的評估規模，指出了評估中的基因型數量的范圍。

早在21世紀初，隨著基因分型技術的快速發展，表型組學這個通用術語被廣泛用于自動化植物篩選工作(盡管表型和基因型這兩個術語起源于一個多世紀前)。在過去十年中，機器人技術、先進成像和數據分析技術的發展為高通量測量開辟了新的途徑，但必要設施的成本導致在全球范圍內建立了少數專業中心，其中澳大利亞植物表型設施(位于堪培拉和阿德萊德)是首批中心之一。此外，建立實踐和深度表型組學團體的倡議已經被確立，包括各個國家和國際學會，包括本雜志《Plant Phenomics》。在發展植物表型方面，國際上做出了大量努力，開展了許多區域或國家級活動，如英國國家植物表型學會、德國植物表型學會、歐洲植物表型學會和北美植物表型學會。作為表型活動論壇的國際植物表型鑒定學會（IPPN）最近對成員進行了一項調查，強調“田間表型”是表型的首要任務，其次是“非生物脅迫”和“數據管理”。強調田間表型的發展尤為重要，這不僅是因為它對植物育種的應用至關重要，也因為它仍然比實驗室或溫室表型更具挑戰性且不那么先進。


僅獲取感興趣的葉片/冠層熱數據的重要性在于，最左側顯示的實際葉子溫度與最右側圖像的所得平均CT之間存在 4°C 的差異。最右側的圖像包括感興趣的區域中的所有像素，其平均CT值為38°C;平均CT明顯受土壤像素的影響。中間圖像包含的像素要少得多，平均CT為36°C，比僅包含葉像素的最左邊圖像高2°C。由于早期世代每個基因型的種子有限，在缺水環境和育種者在苗圃里使用的種植配置的影響下，普遍存在的不完全地面覆蓋影響 CT 測量的更可能發生。需要開展進一步的工作，以開發閾值化背景土壤溫度和僅從感興趣的植物材料中提取熱數據的常規方法。使用配備 13.1 mm 鏡頭的 FLIR® A655sc 熱紅外相機獲取熱圖像。

近年來，許多綜述性出版物強調了表型組學作為作物改良和植物育種的有力研究工具的重要性，并報道了許多令人鼓舞的結果。因此，對表型組學作為通過研究和育種進行作物改良的有利工具的應用前景進行綜述是及時的。由于表型組學是一個很大的領域，有許多研究人員積極參與，因此本綜述僅限于成像方法、地上表型以及它們在谷物表型中的應用。

來源：Plant Phenomics.Field Phenomics: Will It Enable Crop Improvement?David M. Deery and Hamlyn G. Jones
https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2021/9871989/