智慧農(nóng)業(yè)背景下的植物表型組學(xué)研究進(jìn)展

楊文慶，劉天霞，唐興萍，徐國(guó)富，馬 喆，楊賀凱，吳文斗

（1. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 大數(shù)據(jù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；3. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆明 650201）

人口快速增長(zhǎng)、氣候變化以及環(huán)境問題等因素使得糧食增長(zhǎng)速率嚴(yán)重落后于人口增長(zhǎng)速率。中國(guó)人均耕地少，糧食產(chǎn)量對(duì)人民生活水平、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家糧食安全尤為重要，亟需依靠現(xiàn)代科技推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。植物表型是指能夠反映植物細(xì)胞、組織、器官、植株和群體結(jié)構(gòu)及功能特征的物理、生理和生化性狀，其本質(zhì)是植物基因圖譜的三維表達(dá)及地域分異特征和代際演進(jìn)規(guī)律[1]。表型組學(xué)是研究生物個(gè)體或群體在特定條件下所表現(xiàn)出可觀察的形態(tài)特征及其變化規(guī)律的學(xué)科[2]，植物表型組學(xué)是進(jìn)一步探索基因型—表型—環(huán)境內(nèi)在關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)[3]，為基因組功能分析、分子育種以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)管理提供了技術(shù)支撐。

1911 年，丹麥遺傳學(xué)家JOHANNSEN 首次提出了生物學(xué)上的表型（Phenotype）概念，他定義表型為可以通過直接觀察或測(cè)量得到的進(jìn)行描述區(qū)分的生物屬性[4]。隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的作物已經(jīng)完成了基因組測(cè)序工作。由于植物表型本身的復(fù)雜性及其動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致植物表型研究落后于基因型研究[5]。1996 年，GARAN 在滑鐵盧大學(xué)的一次演講中首次提出表型組學(xué)（Phenomics）的概念[6]。相較于傳統(tǒng)單株單性狀的表型檢測(cè)，植物表型組學(xué)檢測(cè)有數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)采集快速、準(zhǔn)確，可以將一個(gè)性狀分割成多個(gè)性狀來檢測(cè)等特點(diǎn)，為高通量、快速、系統(tǒng)地研究基因組和表型組提供了可能[7]。……