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

圖/LemnaTec

表型組學是一個與表型鑒定研究相關的領域，并結合基因（基因組）或蛋白（蛋白組）的研究來探究表型的本質及它們之間的相互作用關系的學科。表型組又是指某一生物的全部性狀特征，不僅僅局限于農藝性狀，還應更加關注植株所表現(xiàn)出來的生理狀態(tài)。植物功能基因組學一項重要的內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)的細胞中mRNA或蛋白質表達的差異等的轉錄水平，進而特異性地反映基因的表達水平和抗性、組織器官形成、系統(tǒng)發(fā)育、光合作用等的關系，通過基因表達的研究可望調節(jié)與抗性、品質、產量等對人類有價值基因的表達，從而達到對生物的定向調控。

植物表型組學的研究可以從小至核苷酸序列細胞，大至組織、器官種屬群體的表型來研究分析，并且可以進一步整合到基因組學研究中；而從系統(tǒng)生物學角度來看，從基因組到轉錄組、蛋白質組、代謝組以及表型組，表型組是各種組的表現(xiàn)形式。因此，植物表型組學的研究將是涉及各個方面的研究領域。隨著植物表型組學相關研究機構的建立，研究設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學術會議的召開和相關學術團體的成立，預示著植物表型組學研究的新時代已經來臨。

近幾年來，發(fā)達國家的大型企業(yè)和公眾科研機構都投入了大量經費來構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、孟山都、英美煙草、日本住友化學等，后者代表如澳大利亞植物表型組設施“植物加速器”、法國農科院、德國萊布尼茨（Leibniz）植物遺傳和作物研究所、英國Aberystwyth大學、意大利麥塔龐特（Metapontum）植物生物技術研究所、日本理化學研究所（RIKEN）、美國唐納德丹佛植物科學中心、內布拉斯加大學林肯分校、加拿大McGill大學等等。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業(yè)研究理事會、印度園藝研究所、印度農業(yè)研究所、National Initiative on Climate Resilient Agriculture建立了大型植物表型平臺。很明顯，上都已深刻認識到植物表型平臺對于農業(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定制化設計生產并安裝調試。該系統(tǒng)作為植物表型平臺Scanalyzer 3D的第三代技術，在很多領域做了新的嘗試，包括育種專家關注的兩大技術：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構、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，通過近紅外成像可以分析植物的水分分布狀態(tài)、水力學研究、脅迫生理學研究等，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行深入研究。由于所有植物都通過條形碼或射頻標記，其整個生活史的的不同階段所有的表型數據都可定期進行測量。

為了更好的模擬谷類作物在田間的生長環(huán)境，改進土質和植物的互作關系，實驗盆規(guī)格特設置為400 x 400 mm，能裝高達15升的土壤，可稱之為Micro-Field系統(tǒng)。

整個項目從工程的設計階段到交付使用，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80%以上。

整株植物包含根系部分，都能進行3D成像，通過改進傳輸管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)的通量能提高35%，每天可獲得多達2000株植物的植物表型和生理數據，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】