2013年2月，德國農(nóng)業(yè)部長赫爾穆特•布倫納宣布，巴伐利亞州農(nóng)業(yè)研究中心（Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft，LFL）植物表型平臺正式運(yùn)行，這意味著又一個大型植物表型平臺開始正式運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖/LemnaTec

表型組學(xué)是一個與表型鑒定研究相關(guān)的領(lǐng)域，并結(jié)合基因（基因組）或蛋白（蛋白組）的研究來探究表型的本質(zhì)及它們之間的相互作用關(guān)系的學(xué)科。表型組又是指某一生物的全部性狀特征，不僅僅局限于農(nóng)藝性狀，還應(yīng)更加關(guān)注植株所表現(xiàn)出來的生理狀態(tài)。植物功能基因組學(xué)一項(xiàng)重要的內(nèi)容是反映基因在不同植株、不同時期、不同組織、不同生理狀態(tài)以及體外培養(yǎng)的細(xì)胞中mRNA或蛋白質(zhì)表達(dá)的差異等的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而特異性地反映基因的表達(dá)水平和抗性、組織器官形成、系統(tǒng)發(fā)育、光合作用等的關(guān)系，通過基因表達(dá)的研究可望調(diào)節(jié)與抗性、品質(zhì)、產(chǎn)量等對人類有價值基因的表達(dá)，從而達(dá)到對生物的定向調(diào)控。

植物表型組學(xué)的研究可以從小至核苷酸序列細(xì)胞，大至組織、器官種屬群體的表型來研究分析，并且可以進(jìn)一步整合到基因組學(xué)研究中；而從系統(tǒng)生物學(xué)角度來看，從基因組到轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組以及表型組，表型組是各種組的表現(xiàn)形式。因此，植物表型組學(xué)的研究將是涉及各個方面的研究領(lǐng)域。隨著植物表型組學(xué)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的建立，研究設(shè)施硬件及軟件的開發(fā)，科研論文的發(fā)表和成果的逐漸增多，尤其是植物表型組學(xué)學(xué)術(shù)會議的召開和相關(guān)學(xué)術(shù)團(tuán)體的成立，預(yù)示著植物表型組學(xué)研究的新時代已經(jīng)來臨。

近幾年來，發(fā)達(dá)國家的大型企業(yè)和公眾科研機(jī)構(gòu)都投入了大量經(jīng)費(fèi)來構(gòu)建大型植物表型平臺，前者代表如杜邦/先鋒、巴斯夫、拜耳、先正達(dá)、孟山都、英美煙草、日本住友化學(xué)等，后者代表如澳大利亞植物表型組設(shè)施“植物加速器”、法國農(nóng)科院、德國萊布尼茨（Leibniz）植物遺傳和作物研究所、英國Aberystwyth大學(xué)、意大利麥塔龐特（Metapontum）植物生物技術(shù)研究所、日本理化學(xué)研究所（RIKEN）、美國唐納德丹佛植物科學(xué)中心、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、加拿大McGill大學(xué)等等。甚至發(fā)展中國家例如印度，也在2012年投入巨資分別在印度農(nóng)業(yè)研究理事會、印度園藝研究所、印度農(nóng)業(yè)研究所、National Initiative on Climate Resilient Agriculture建立了大型植物表型平臺。很明顯，上都已深刻認(rèn)識到植物表型平臺對于農(nóng)業(yè)育種和糧食安全的重要價值。

德國LFL的植物表型平臺由目前上*提供商業(yè)化植物表型平臺的公司——LemnaTec定制化設(shè)計(jì)生產(chǎn)并安裝調(diào)試。該系統(tǒng)作為植物表型平臺Scanalyzer 3D的第三代技術(shù)，在很多領(lǐng)域做了新的嘗試，包括育種專家關(guān)注的兩大技術(shù)：高光譜成像和光合熒光（ΔF/Fm’）成像。

該系統(tǒng)通過可見光成像可以測量植物的結(jié)構(gòu)、寬度、密度、對稱性、葉長、葉寬、葉面積、葉角度、葉顏色、葉病斑、種子顏色、種子顏色面積等參數(shù)，通過近紅外成像可以分析植物的水分分布狀態(tài)、水力學(xué)研究、脅迫生理學(xué)研究等，通過根系近紅外成像分析植物根系和土柱中的水分分布情況，通過紅外成像可以進(jìn)行植物干旱脅迫研究、蒸騰研究等，通過熒光成像可以分析植物的光合生理狀態(tài)，通過高光譜成像能對植物水分生理、營養(yǎng)生理以及病理方面進(jìn)行深入研究。由于所有植物都通過條形碼或射頻標(biāo)記，其整個生活史的的不同階段所有的表型數(shù)據(jù)都可定期進(jìn)行測量。

為了更好的模擬谷類作物在田間的生長環(huán)境，改進(jìn)土質(zhì)和植物的互作關(guān)系，實(shí)驗(yàn)盆規(guī)格特設(shè)置為400 x 400 mm，能裝高達(dá)15升的土壤，可稱之為Micro-Field系統(tǒng)。

整個項(xiàng)目從工程的設(shè)計(jì)階段到交付使用，LemnaTec公司表現(xiàn)出了卓悅地工作效率，整個工期不到6個月。同時，在節(jié)能上，該系統(tǒng)也有令人稱贊的表現(xiàn)，節(jié)能效率達(dá)80%以上。

整株植物包含根系部分，都能進(jìn)行3D成像，通過改進(jìn)傳輸管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)的通量能提高35%，每天可獲得多達(dá)2000株植物的植物表型和生理數(shù)據(jù)，大大提高了LFL谷物育種的效率。

圖/LemnaTec

圖/LemnaTec

【原文刊載于《澤泉快訊》第6卷第1期】