2023 泽泉快讯二期

发布时间:2023-9-21 | 杂志分类:农林牧渔
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2023 泽泉快讯二期

R E S E A R C H T R E N D S 科研动态泽泉快讯 50对鲜食葡萄和酿酒葡萄起源长达数百年的争议;4、构建几乎覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图,可以实现葡萄品种的定向育种和设计育种;5、发现了大量的葡萄人工驯化形状控制基因,特别是找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的差异基因,为葡萄功能基因组学研究和育种提供素材;6、在此研究基础上,结合人类活动、历史气候变迁等因素,绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。上述研究解决了葡萄研究领域的诸多争议,我国是世界鲜食葡萄的重要产区,云南是我国重要的早熟鲜食葡萄产区,但葡萄产业发展却因“种业”问题受制于人。立足该成果对葡萄的经济性状控制基因的全面解析,可建立葡萄基因组辅助育种技术,在短期内突破葡萄种业难题,为我国葡萄产业高质量发展保驾护航。综上所述,该研究通过大量测序、全基因组关联分析等技术手段解释了葡萄的驯化起源,对葡萄育种有着里程碑式的意义。Dong Y, Duan S, Xia Q, et al. Dual domestications and origin of traits in grapevine evo... [收起]
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2023 泽泉快讯二期
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第51页

R E S E A R C H T R E N D S 科研动态

泽泉快讯 50

对鲜食葡萄和酿酒葡萄起源长达数百年的争议;

4、构建几乎覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图,可以实现葡萄品种的定向育种和设计育种;

5、发现了大量的葡萄人工驯化形状控制基因,特别是找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的差异基因,为葡萄功

能基因组学研究和育种提供素材;

6、在此研究基础上,结合人类活动、历史气候变迁等因素,绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。

上述研究解决了葡萄研究领域的诸多争议,我国是世界鲜食葡萄的重要产区,云南是我国重要的早熟鲜食葡萄产

区,但葡萄产业发展却因“种业”问题受制于人。立足该成果对葡萄的经济性状控制基因的全面解析,可建立葡萄

基因组辅助育种技术,在短期内突破葡萄种业难题,为我国葡萄产业高质量发展保驾护航。

综上所述,该研究通过大量测序、全基因组关联分析等技术手段解释了葡萄的驯化起源,对葡萄育种有着里程碑

式的意义。

Dong Y, Duan S, Xia Q, et al. Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution[J]. Science, 2023, 379(6635): 892-901.

Allaby RG. Two domestications for grapes[J]. Science, 2023, 379(6635): 880-881.

参考文献

栽培葡萄起源、驯化、扩散全景图

R E S E A R C H T R E N D S 科研动态

泽泉快讯 50

对鲜食葡萄和酿酒葡萄起源长达数百年的争议;

4、构建几乎覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图,可以实现葡萄品种的定向育种和设计育种;

5、发现了大量的葡萄人工驯化形状控制基因,特别是找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的差异基因,为葡萄功

能基因组学研究和育种提供素材;

6、在此研究基础上,结合人类活动、历史气候变迁等因素,绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。

上述研究解决了葡萄研究领域的诸多争议,我国是世界鲜食葡萄的重要产区,云南是我国重要的早熟鲜食葡萄产

区,但葡萄产业发展却因“种业”问题受制于人。立足该成果对葡萄的经济性状控制基因的全面解析,可建立葡萄

基因组辅助育种技术,在短期内突破葡萄种业难题,为我国葡萄产业高质量发展保驾护航。

综上所述,该研究通过大量测序、全基因组关联分析等技术手段解释了葡萄的驯化起源,对葡萄育种有着里程碑

式的意义。

Dong Y, Duan S, Xia Q, et al. Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution[J]. Science, 2023, 379(6635): 892-901.

Allaby RG. Two domestications for grapes[J]. Science, 2023, 379(6635): 880-881.

参考文献

栽培葡萄起源、驯化、扩散全景图

第52页

科研动态 R E S E A RCH T R E NDS

51 泽泉快讯

随着根系研究的不断深入,现已认识到不能简单使用一维的叶片经济谱来描述/推测根系经济谱。近年来,普遍接

受根系经济谱(根系经济空间)存在正交的保守维度(conservation gradient)和合作维度(collaborative gradient),众多研究也试图将观测的根系功能属性纳入此概念框架。

相比叶片生理功能属性,根系生理功能属性研究相对滞后。就植物吸收磷而言,植物可采取多种策略适应低磷生

境,比如,根系可合成和释放胞外磷酸酶,催化磷酸酯释放无机磷,进而提高植物磷获取;可通过共生真菌从土壤

中吸收磷。因此,菌根真菌侵染率和根系磷酸酶活性间是否存在内在的联系和权衡?值得关注。

最近,西北工业大学生态环境学院郝占庆教授团队,以秦岭南坡皇冠森林动态样地的21种共存物种(16 AM物种

+5 ECM物种)为研究对象,探究了根系磷酸酶活性在根序级间的变化规律及其与根系功能属性(形态类和化学组

成类根系功能属性共计10个)、叶片和土壤养分含量的相关关系。结果发现,1)吸收根不同根序级间的根系磷酸

酶活性不存在明显的变异规律,表明根系磷酸酶活性在系统发育上相对保守;2)根系磷酸酶活性与竞争型功能属

性(SRL和N)间显著正相关,表明动态样地中的共存物种的根系磷酸酶活性可能是竞争型功能属性;3)根系磷酸

酶活性、菌根真菌侵染率、根直径、比根长和根氮浓度间存在紧密相关,表明共存物种的磷获取策略间存在权衡

关系。基于上述发现认为,多样的磷获取策略可用于探究森林物种共存机制。

该项研究结果以“Root phosphatase activity is a competitive trait affiliated with the conservation gradient in

root economic space”为题发表于Forest Ecosystems。

文/高巧

根系磷酸酶

是一种竞争型根系功能属性

图1 根系功能属性相关性的概念框架(Bergmann et al., 2020) 图2 植物经济谱的整合概念框架(Weigelt et al., 2021)

科研动态 R E S E A RCH T R E NDS

51 泽泉快讯

随着根系研究的不断深入,现已认识到不能简单使用一维的叶片经济谱来描述/推测根系经济谱。近年来,普遍接

受根系经济谱(根系经济空间)存在正交的保守维度(conservation gradient)和合作维度(collaborative gradient),众多研究也试图将观测的根系功能属性纳入此概念框架。

相比叶片生理功能属性,根系生理功能属性研究相对滞后。就植物吸收磷而言,植物可采取多种策略适应低磷生

境,比如,根系可合成和释放胞外磷酸酶,催化磷酸酯释放无机磷,进而提高植物磷获取;可通过共生真菌从土壤

中吸收磷。因此,菌根真菌侵染率和根系磷酸酶活性间是否存在内在的联系和权衡?值得关注。

最近,西北工业大学生态环境学院郝占庆教授团队,以秦岭南坡皇冠森林动态样地的21种共存物种(16 AM物种

+5 ECM物种)为研究对象,探究了根系磷酸酶活性在根序级间的变化规律及其与根系功能属性(形态类和化学组

成类根系功能属性共计10个)、叶片和土壤养分含量的相关关系。结果发现,1)吸收根不同根序级间的根系磷酸

酶活性不存在明显的变异规律,表明根系磷酸酶活性在系统发育上相对保守;2)根系磷酸酶活性与竞争型功能属

性(SRL和N)间显著正相关,表明动态样地中的共存物种的根系磷酸酶活性可能是竞争型功能属性;3)根系磷酸

酶活性、菌根真菌侵染率、根直径、比根长和根氮浓度间存在紧密相关,表明共存物种的磷获取策略间存在权衡

关系。基于上述发现认为,多样的磷获取策略可用于探究森林物种共存机制。

该项研究结果以“Root phosphatase activity is a competitive trait affiliated with the conservation gradient in

root economic space”为题发表于Forest Ecosystems。

文/高巧

根系磷酸酶

是一种竞争型根系功能属性

图1 根系功能属性相关性的概念框架(Bergmann et al., 2020) 图2 植物经济谱的整合概念框架(Weigelt et al., 2021)

第53页

R E S E A R C H T R E N D S 科研动态

泽泉快讯 52

图3 前3级根的磷酸酶活性(a)和植物系统发育对10个植物功能属性的影响(b)

R E S E A R C H T R E N D S 科研动态

泽泉快讯 52

图3 前3级根的磷酸酶活性(a)和植物系统发育对10个植物功能属性的影响(b)

第54页

科研动态 R E S E A RCH T R E NDS

53 泽泉快讯

图4 21个共存物种的10个根系功能属性在(a)系统独立对比水平和(b)物种水平的配对相关矩阵

图5 21种共生物种根系磷获取策略间的权衡

Bi BY, Yin QL, Hao ZQ. Root phosphatase activity is a competitive trait affiliated with the conservation gradient in root economic

space[J]. Forest Ecosystems, 2023, 10: 100111. 

参考文献

科研动态 R E S E A RCH T R E NDS

53 泽泉快讯

图4 21个共存物种的10个根系功能属性在(a)系统独立对比水平和(b)物种水平的配对相关矩阵

图5 21种共生物种根系磷获取策略间的权衡

Bi BY, Yin QL, Hao ZQ. Root phosphatase activity is a competitive trait affiliated with the conservation gradient in root economic

space[J]. Forest Ecosystems, 2023, 10: 100111. 

参考文献

第55页

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 54

洛桑研究所的公园草地实验

SM150T 传感器安装深度 20cm

洛桑研究所是全球运营时间悠长的农业研究机构。他们的

“公园草地实验”开始于 1856 年,并仍在发展壮大。该实验

研究不同类型的矿物肥料和有机肥料对用于收割干草的混

播草坪的产出、植物成分和质量的影响。

最近,该研究团队一直渴望通过监测对比田中的土壤含水量

来展示实验对土壤水文的影响。为此,他们总共选择了 12 块

经过处理的田块,这些田块施用了一系列无机化肥和有机化

肥,其中四块进行了石灰处理(以保持特定的土壤 pH值)。

在 12 块田中,每块田里均水平安装三台 Delta‐T 的 SM150T

土壤湿度传感器,安装深度为 20 cm,电缆通过导管连回三

台 GP2 数据记录仪。

传感器于 2020 年 2 月完成安装,记录仪即刻起每分钟询问

一次传感器,并每小时记录一次平均、最高和最低土壤含水

量,再上传至Delta‐T的线上数据平台:DeltaLINK‐Cloud。

通过这种方法,洛桑研究所的团队可以随时在智能移动设备

上远程查看实时测量结果。该数据与任意子田里的每台

SM150T 传感器的结果良好吻合。

该团队使用了由 Delta‐T 的仪器收集的数据,探索土壤含水

量和土壤化学/微生物特性之间的关系。

文/郭峰

Delta-T 土壤湿度传感器

七个简要的应用案例

洛桑研究所:应用于重大长期实验中的 SM150T 传感器

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 54

洛桑研究所的公园草地实验

SM150T 传感器安装深度 20cm

洛桑研究所是全球运营时间悠长的农业研究机构。他们的

“公园草地实验”开始于 1856 年,并仍在发展壮大。该实验

研究不同类型的矿物肥料和有机肥料对用于收割干草的混

播草坪的产出、植物成分和质量的影响。

最近,该研究团队一直渴望通过监测对比田中的土壤含水量

来展示实验对土壤水文的影响。为此,他们总共选择了 12 块

经过处理的田块,这些田块施用了一系列无机化肥和有机化

肥,其中四块进行了石灰处理(以保持特定的土壤 pH值)。

在 12 块田中,每块田里均水平安装三台 Delta‐T 的 SM150T

土壤湿度传感器,安装深度为 20 cm,电缆通过导管连回三

台 GP2 数据记录仪。

传感器于 2020 年 2 月完成安装,记录仪即刻起每分钟询问

一次传感器,并每小时记录一次平均、最高和最低土壤含水

量,再上传至Delta‐T的线上数据平台:DeltaLINK‐Cloud。

通过这种方法,洛桑研究所的团队可以随时在智能移动设备

上远程查看实时测量结果。该数据与任意子田里的每台

SM150T 传感器的结果良好吻合。

该团队使用了由 Delta‐T 的仪器收集的数据,探索土壤含水

量和土壤化学/微生物特性之间的关系。

文/郭峰

Delta-T 土壤湿度传感器

七个简要的应用案例

洛桑研究所:应用于重大长期实验中的 SM150T 传感器

第56页

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

55 泽泉快讯

SBR 是土耳其主要的水果生产商,成立于 1990 年,在土耳

其的梅尔辛锡利夫凯地区经营。这家公司使用尖端技术,专

攻浆果种植。SBR 拥有辽阔的种植园区,水培草莓温室面积

达 400,000 平方米,剩下的 50,000 平方米的用于种植其它

浆果。

SBR 的员工自 2018 年以来一直使用 Delta‐T 的 WET 传感器

(搭配手持式读数仪使用),每天多次测量植物根系周围的

土壤湿度和孔隙水 EC(电导率),从而帮助其管理水培草莓

种植。

SBR 的作物管理人员使用这些测量结果来微调施肥,从而使每种作物保持理想的水分和营养水平。

SBR 使用 WET 传感器数据是为了降低不必要的用水(泵送)成本以及减少昂贵肥料的使用量、浪费和流失,同时

提升作物产量和水果品质。

SBR 的 Mehmet Özmen 表示:“传感器和读数仪的便携性使我们可以在检查作物时随身·携带它们,此外,它们还

可多次校准,这意味着无论生长介质如何,我们都始终可以获得真实可信的读数。我们每天多次获取读数,WET‐2

传感器的电导率和湿度数据让我们可以调整灌溉和施肥水平,从而达到理想的土壤和基质条件。”

土耳其SBR农产品:使用WET-2多参数传感器,优化生长条

件、水果产量和水果品质

耶拿实验由德国研究基金会 (DFG) 资助,是一个专注生物多

样性的长期研究项目。该大型项目自 2002 年开展,现已吸

纳超 100 位科学家。该研究旨在发现哪些机制会影响生态

系统的功能并使其稳定。

该实验在德国耶拿的一块 10 公顷的土地上进行,包括约

600 块人工拼接的草地。

所有田块各不相同,有些单播,其他则混播最多 60 种青草、草本植物或豆科作物。有些田块还做了遮盖,用来模拟

干旱等极端气候。

耶拿实验的研究发现,植物物种丰富度提高后,植物产量也随之增加。这意味着在多样性更高的草地上会产生更

高的生物量。

耶拿实验:在多次生物多样性/生态系统功能研究实验中使

用PR2剖面探头

SBR 员工在梅尔辛锡利夫凯的园区内

通过便携设备测量基底湿度、温度和电导率

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

55 泽泉快讯

SBR 是土耳其主要的水果生产商,成立于 1990 年,在土耳

其的梅尔辛锡利夫凯地区经营。这家公司使用尖端技术,专

攻浆果种植。SBR 拥有辽阔的种植园区,水培草莓温室面积

达 400,000 平方米,剩下的 50,000 平方米的用于种植其它

浆果。

SBR 的员工自 2018 年以来一直使用 Delta‐T 的 WET 传感器

(搭配手持式读数仪使用),每天多次测量植物根系周围的

土壤湿度和孔隙水 EC(电导率),从而帮助其管理水培草莓

种植。

SBR 的作物管理人员使用这些测量结果来微调施肥,从而使每种作物保持理想的水分和营养水平。

SBR 使用 WET 传感器数据是为了降低不必要的用水(泵送)成本以及减少昂贵肥料的使用量、浪费和流失,同时

提升作物产量和水果品质。

SBR 的 Mehmet Özmen 表示:“传感器和读数仪的便携性使我们可以在检查作物时随身·携带它们,此外,它们还

可多次校准,这意味着无论生长介质如何,我们都始终可以获得真实可信的读数。我们每天多次获取读数,WET‐2

传感器的电导率和湿度数据让我们可以调整灌溉和施肥水平,从而达到理想的土壤和基质条件。”

土耳其SBR农产品:使用WET-2多参数传感器,优化生长条

件、水果产量和水果品质

耶拿实验由德国研究基金会 (DFG) 资助,是一个专注生物多

样性的长期研究项目。该大型项目自 2002 年开展,现已吸

纳超 100 位科学家。该研究旨在发现哪些机制会影响生态

系统的功能并使其稳定。

该实验在德国耶拿的一块 10 公顷的土地上进行,包括约

600 块人工拼接的草地。

所有田块各不相同,有些单播,其他则混播最多 60 种青草、草本植物或豆科作物。有些田块还做了遮盖,用来模拟

干旱等极端气候。

耶拿实验的研究发现,植物物种丰富度提高后,植物产量也随之增加。这意味着在多样性更高的草地上会产生更

高的生物量。

耶拿实验:在多次生物多样性/生态系统功能研究实验中使

用PR2剖面探头

SBR 员工在梅尔辛锡利夫凯的园区内

通过便携设备测量基底湿度、温度和电导率

第57页

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 56

几乎在整个项目的长期开展过程中,PR2 剖面探测仪一直都

是耶拿实验传感器网络的重要部分。

耶拿实验的科学协调人 Anne Ebeling 博士解释道:“在我

们的研究中,土壤湿度是多个过程的重要参数,尤其是表层

土以下的土壤湿度。因此,我们多年来一直使用 PR2 剖面探

头测量地下一米深度的湿度剖面。PR2 可测量耶拿园区内共

计 240 块实验田不同深度的土壤湿度。春天和夏天每周获

取一次读数,秋天和冬天则每两周一次。”

位于耶拿的研究用地

包含 600 块各不相同的人工拼接草地

Nick Deppe 介绍他的团队如果使用 WET 传感器

作为由创新英国 (Innovate UK) 资助的一个为期 18 个月的项

目的一部分,克兰菲尔德大学的研究人员一直与英国和哥伦

比亚的合作伙伴合作,帮助提高马格达莱纳地区香蕉生产商

的生产力。

该项目的其中一个主要难题一直是收集本地相关的土壤、农

业气候和作物信息,用以支持开发强大的灌溉规划工具,而

Delta‐T 的参与对这个环节尤为重要。

来自克兰菲尔德大学克兰菲尔德水文科学研究院的Jerr y

Knox 教授解释了 Delta‐T 的设备和技术支持在项目中会起

到什么重要作用:“我们和 Delta‐T 一起在哥伦比亚圣玛尔

塔区域内选出的几个管理良好的种植园的不同深度下安装

了两排SM150T 土壤湿度传感器。我们还安装了一座 Delta‐T

WS‐GP2 自动气象站,用以提供输入数据来驱动我们的灌溉

模型—因为这片区域内的农业气候记录有限。Delta‐T 套件

有一流的水平,自我们安装好设备以来从未出错。我们现在

计划在项目结束后把 SM150T 传感器留在原位,用以继续加

深我们对香蕉作物下的土壤水分通量的了解。”

克兰菲尔德大学:使用SM150T帮助哥伦比亚的小农业经营

者改善香蕉灌溉管理并提高产量

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

英国Clock House农场:使用便携式WET套件,帮助确保

大型浆果作物的理想健康状态

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 56

几乎在整个项目的长期开展过程中,PR2 剖面探测仪一直都

是耶拿实验传感器网络的重要部分。

耶拿实验的科学协调人 Anne Ebeling 博士解释道:“在我

们的研究中,土壤湿度是多个过程的重要参数,尤其是表层

土以下的土壤湿度。因此,我们多年来一直使用 PR2 剖面探

头测量地下一米深度的湿度剖面。PR2 可测量耶拿园区内共

计 240 块实验田不同深度的土壤湿度。春天和夏天每周获

取一次读数,秋天和冬天则每两周一次。”

位于耶拿的研究用地

包含 600 块各不相同的人工拼接草地

Nick Deppe 介绍他的团队如果使用 WET 传感器

作为由创新英国 (Innovate UK) 资助的一个为期 18 个月的项

目的一部分,克兰菲尔德大学的研究人员一直与英国和哥伦

比亚的合作伙伴合作,帮助提高马格达莱纳地区香蕉生产商

的生产力。

该项目的其中一个主要难题一直是收集本地相关的土壤、农

业气候和作物信息,用以支持开发强大的灌溉规划工具,而

Delta‐T 的参与对这个环节尤为重要。

来自克兰菲尔德大学克兰菲尔德水文科学研究院的Jerr y

Knox 教授解释了 Delta‐T 的设备和技术支持在项目中会起

到什么重要作用:“我们和 Delta‐T 一起在哥伦比亚圣玛尔

塔区域内选出的几个管理良好的种植园的不同深度下安装

了两排SM150T 土壤湿度传感器。我们还安装了一座 Delta‐T

WS‐GP2 自动气象站,用以提供输入数据来驱动我们的灌溉

模型—因为这片区域内的农业气候记录有限。Delta‐T 套件

有一流的水平,自我们安装好设备以来从未出错。我们现在

计划在项目结束后把 SM150T 传感器留在原位,用以继续加

深我们对香蕉作物下的土壤水分通量的了解。”

克兰菲尔德大学:使用SM150T帮助哥伦比亚的小农业经营

者改善香蕉灌溉管理并提高产量

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

英国Clock House农场:使用便携式WET套件,帮助确保

大型浆果作物的理想健康状态

第58页

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

57 泽泉快讯

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

Margaret Bradshaw 博士 (MBE)

David Oatway 博士

蒂斯河谷独特的稀有特殊植物群正处于危机之中。近来的调

查表明,自 20 世纪 70 年代以来,植物物种的平均衰退率超

过 50%,28 个物种目前濒危(部分原因是入侵性莎草和灯

芯草的大量入侵)。

96 岁的 Margaret Bradshaw 博士(大英帝国员佐勋章获得

者 ,MBE)是著名的植物学家,专门从事植物保护工作。她创

办的慈善组织“蒂斯河谷特殊植物群研究与保护信托基金”

旨在扭转这种衰退。

David Oatway 博士最近与该信托基金签约,以更好了解在

这具有特殊科学意义的重要基地中发挥作用的生态过程。

Widdybank Fell 是蒂斯河谷中最重要的珍稀植物产地之

一。此处的水文条件被认为是导致一些不受欢迎的植物群

破坏性涌入的关键因素。据认为,出现这种情况的原因是通

过淤泥流出的水流减少(草地越长越密的结果),导致地表

水酸度增加,而这种条件更适合破坏性“涌入”植物的生

长。

在 2021 年,一条自然闭合的古老排水沟被重新挖开,用以增

加淤泥流水(这是一个特定于具体场地的非常规实验过

程)。手工挖掘这条排水沟时发现,冰碛层上有一层 10‐12

cm 的原始腐殖质层,而原始腐殖质也被认为有利于喜酸植

物的生长,而喜酸植物会抢占极地植物、高山植物和山地植

蒂斯河谷特殊植物群研究与保护信托基金:使用WET150

土壤传感器进行濒危植物物种恢复研究

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

57 泽泉快讯

台种植草莓的商业农场之一(20 世纪 90 年代末)。

自 2008 年以来,他们一直使用 Delta‐T WET 套件(包括 WET‐2 传感器和HH2 读取装置)监控生长条件,每周可获

取数千次读数。

农场经理 Nick Deppe 监管整片农场内 WET 传感器的使用情况,并解释了如何以及为何使用该设备:“WET 传感

器可快速且轻松地测量基质的湿度和电导率。这些变量是确保我们的水果始终足够健康的关键要素。我每周与一

位农学家会面一次,我们为每种水果基质设置 7 天的湿度百分比水平和电导率百分比水平目标。然后,我会制作一

张表格,可以将当前水平填入表格(每天),并与商定的目标水平做出比较。这个方法可以让我们持续监测湿度和电

导率情况,达到我们的目标值,并且在很短的时间内解决任何不足 — 这对树莓等水果来说十分关键,因为树莓在

次优生长条件下几小时就会变质。”

Margaret Bradshaw 博士 (MBE)

David Oatway 博士

蒂斯河谷独特的稀有特殊植物群正处于危机之中。近来的调

查表明,自 20 世纪 70 年代以来,植物物种的平均衰退率超

过 50%,28 个物种目前濒危(部分原因是入侵性莎草和灯

芯草的大量入侵)。

96 岁的 Margaret Bradshaw 博士(大英帝国员佐勋章获得

者 ,MBE)是著名的植物学家,专门从事植物保护工作。她创

办的慈善组织“蒂斯河谷特殊植物群研究与保护信托基金”

旨在扭转这种衰退。

David Oatway 博士最近与该信托基金签约,以更好了解在

这具有特殊科学意义的重要基地中发挥作用的生态过程。

Widdybank Fell 是蒂斯河谷中最重要的珍稀植物产地之

一。此处的水文条件被认为是导致一些不受欢迎的植物群

破坏性涌入的关键因素。据认为,出现这种情况的原因是通

过淤泥流出的水流减少(草地越长越密的结果),导致地表

水酸度增加,而这种条件更适合破坏性“涌入”植物的生

长。

在 2021 年,一条自然闭合的古老排水沟被重新挖开,用以增

加淤泥流水(这是一个特定于具体场地的非常规实验过

程)。手工挖掘这条排水沟时发现,冰碛层上有一层 10‐12

cm 的原始腐殖质层,而原始腐殖质也被认为有利于喜酸植

物的生长,而喜酸植物会抢占极地植物、高山植物和山地植

蒂斯河谷特殊植物群研究与保护信托基金:使用WET150

土壤传感器进行濒危植物物种恢复研究

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I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 58

物的生存空间,使其更加稀少。

Oatway 博士进一步解释道:“我正在使用 WET150 传感器检查新挖开的排水沟表面和地下的土壤含水量的差

异,以及更普遍的钙质淤泥中的含水量,从而了解这些差异是否与植被组成的变化有关。我也在研究 pH 水平,因

为我们怀疑流经淤泥时间越长的水流酸度会越高,从而影响某些植物的生长。”

David 从在 Widdybank Fell 使用 WET150 传感器和套件的过程中获得了积极的结果。他说:“我从这个项目开始

就很清楚,我需要一台特别善于在高湿度水平下作出良好区分的土壤传感器。在现场全面测试了 WET150 之后,

我想说,在记录潮湿的钙质淤泥环境中的含水率这一方面,它非常有效。我了解现场的地貌,我敢说利用 WET150

的输出数据创建的可视化数据资料真的非常让人振奋。”

位于肯特郡的 NIAB EMR 的节水技术 (WET) 中心是一片辽阔的研究和示范园区,具有用于软果行业的创新种植技

术和智能灌溉系统等一系列产品。

自 2017 年 WET 中心成立以来,Delta‐T 一直是其行业合作伙伴,并为其研究项目和(商用)灌溉系统提供土壤传

感器和数据记录仪。

WET 中心开发的灌溉技术不断发展,并取得了越来越引人注目的成果。2020 年,一级草莓的产量当量高达 72 吨/

公顷(明显高于前一年)。对比历史产量,2011‐2013 年行业平均可销售草莓产量为 45 吨/公顷。

WET 中心的智能灌溉系统同时大幅提升了用水效率,种植一吨水果的用水量为 37.5 m3

‐ 44 m3

。相比之下,

2011‐2013 年行业平均用水量在 49 m3

‐ 108 m3 之间。以上数据明确展示了技术进步改善了这些关键指标。

英国东茂林研究所:使用 SM150T 和 ML3 ThetaProbe 土壤传感器,帮NIAB EMR 的 WET 中心打破产量记录

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 58

物的生存空间,使其更加稀少。

Oatway 博士进一步解释道:“我正在使用 WET150 传感器检查新挖开的排水沟表面和地下的土壤含水量的差

异,以及更普遍的钙质淤泥中的含水量,从而了解这些差异是否与植被组成的变化有关。我也在研究 pH 水平,因

为我们怀疑流经淤泥时间越长的水流酸度会越高,从而影响某些植物的生长。”

David 从在 Widdybank Fell 使用 WET150 传感器和套件的过程中获得了积极的结果。他说:“我从这个项目开始

就很清楚,我需要一台特别善于在高湿度水平下作出良好区分的土壤传感器。在现场全面测试了 WET150 之后,

我想说,在记录潮湿的钙质淤泥环境中的含水率这一方面,它非常有效。我了解现场的地貌,我敢说利用 WET150

的输出数据创建的可视化数据资料真的非常让人振奋。”

位于肯特郡的 NIAB EMR 的节水技术 (WET) 中心是一片辽阔的研究和示范园区,具有用于软果行业的创新种植技

术和智能灌溉系统等一系列产品。

自 2017 年 WET 中心成立以来,Delta‐T 一直是其行业合作伙伴,并为其研究项目和(商用)灌溉系统提供土壤传

感器和数据记录仪。

WET 中心开发的灌溉技术不断发展,并取得了越来越引人注目的成果。2020 年,一级草莓的产量当量高达 72 吨/

公顷(明显高于前一年)。对比历史产量,2011‐2013 年行业平均可销售草莓产量为 45 吨/公顷。

WET 中心的智能灌溉系统同时大幅提升了用水效率,种植一吨水果的用水量为 37.5 m3

‐ 44 m3

。相比之下,

2011‐2013 年行业平均用水量在 49 m3

‐ 108 m3 之间。以上数据明确展示了技术进步改善了这些关键指标。

英国东茂林研究所:使用 SM150T 和 ML3 ThetaProbe 土壤传感器,帮NIAB EMR 的 WET 中心打破产量记录

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

Clock House 农场坐落在梅德斯通以南几英里的肯特郡起

伏的山丘上。该农场十分广阔,占地面积达250 英亩,种植了

多种水果,包括草莓、覆盆子和黑莓。

Clock House 农场是著名的园艺创新农场,也是较早采用架

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行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

59 泽泉快讯

用于实现这些重大成果的尖端技术围绕 NIAB EMR 团队的重要研究不断发展,该团队由 Mark Else 博士领导,他

们使用多种 Delta‐T 的仪器,包括 QS5 PAR 量子传感器、SM150T 和 ML3 ThetaProbe 土壤传感器、GP1 数据记录

仪和 GP2 高级数据记录仪和控制器。

该团队在小型塑料棚中进行了控制生长环境的初步研究(目的是提高水果品质/产量和减少水资源浪费)。然而,

WET 中心让研究者们有机会展示他们的技术在“现实世界”环境中同样有效,现实世界即指拥有实验台配置的典

型大型商业农场的塑料大棚条件。

NIAB EMR 团队的研究重点是使用自动化灌溉控制系统,尽量减少人为干预。可编程的 GP2 数据记录仪可以让

NIAB EMR 团队针对单独的实验灌溉管理制度设置不同的控制算法,并且测量和比较每种方法的效果。

这种试验方法可以让他们准确确定关键的植物逆境反应点,并确定在草莓植株在整个生命周期中生长基质的理想

含水量水平。使用智能灌溉技术还可以帮助该团队确定实现草莓植株理想品质和产量所需的最低用水量。

随着水资源日益稀缺,以及集约型园艺种植系统可能将更多地设立在城市地区,而非常严格的防止水资源浪费的

协议(和立法)可能也将在城市地区成为常态,必须尽量减少浪费。

越来越多的大型商业种植园区采用 WET 中心所使用的灌溉技术。2018 年对这样一家英国基地的研究清晰显示了

使用由 NIAB EMR 研究团队设计、以 Delta‐T 的设备(SM150T 传感器和 GP2 数据记录仪)和 Netafim UK 的设备

(灌溉系统)为基础的紧密灌溉套件的好处。

这家种植园区提供的数据(如下)证明了通过自动化灌溉系统(由 SM150T 数据驱动)与通过传统的手动方法来控

制基质湿度水平之间的区别。自动化系统实现了严格控制和高度一致的“锯齿状”模式(红线),与手动控制相比,

产量提高了 7%。手动方法也明显地造成了更多基质过湿或过干的情况(蓝线)。

第61页

I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 60

德国WALZ公司分别于2023年5月30日和6月1日举办了两场双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100线上研讨会。围绕

\"P700测量的基本原理,近红外检测波长的选择\"、\"Pm和其他P700 氧化还原相关的参数\"、\"DUAL-PAM-100 软件

的几个常用功能\"、\"P700测量的应用\"等主题,WALZ资深光合荧光技术专家Gert Schansker博士分享了双通道叶

绿素荧光仪DUAL-PAM-100原理,参数,测量功能相关的内容。

这是一次充分了解DUAL-PAM-100功能及掌握光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)光合活性同步测量的上佳机会。泽

泉科技对6月1日的研讨会进行了全程直播,受到光合荧光研究领域众多老师的欢迎,吸引近200人次的观看。

文/郑宝刚

双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100

线上研讨会成功举办

第62页

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

61 泽泉快讯

Gert Schansker博士毕业于荷兰瓦赫宁根大学,获得植物生理学和生物物理学博士学位。主要研究方向为光合机

构的光胁迫反应,提出光系统II受体侧碳酸氢盐的不可逆损失是光系统II活性降低的主要发生机制。他在研究中应

用的主要非侵入性技术之一是叶绿素a荧光与光声信号的同步测量技术。之后在欧盟的资助下,前往希腊雅典

Demokritos研究所从事博士后研究,使用EPR技术研究一氧化氮(NO)与光系统II锰簇S态的相互作用。他利用一

系列单周转饱和闪光及叶绿素荧光Fo信号与S态相关的周期-4振幅研究了S态与S态衰变对NO的响应,阐明了实

验中观测到的NO诱导的多线态EPR信号可能就是S-2态的表征。后来在瑞士日内瓦Reto Strasser博士的实验室工

作期间,研究了光暗转换过程中820 nm吸收信号与叶绿素a荧光动力学之间的关系,系统研究了多种植物在各种

胁迫条件下的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(O-I1-I2-P或O-J-I-P瞬变),为此类测量提供了几乎完整的描述。

在匈牙利结束了光适应和一种虾青素过量导致烟草突变的研究之后,自2018年开始,Gert Schansker博士作为德

国WALZ公司的应用科学家,负责Multi-Color-PAM和Dual-KLAS-NIR相关理论和应用的研究工作。

Gert Schansker博士介绍

如需本次在线研讨会的报告内容

请识别以下二维码,提交资料索取,谢谢!

泽泉科技视频号上传了本次研讨会的直播回放

请识别下方二维码观看

行业动态 INDUSTRY DYNAMICS

61 泽泉快讯

Gert Schansker博士毕业于荷兰瓦赫宁根大学,获得植物生理学和生物物理学博士学位。主要研究方向为光合机

构的光胁迫反应,提出光系统II受体侧碳酸氢盐的不可逆损失是光系统II活性降低的主要发生机制。他在研究中应

用的主要非侵入性技术之一是叶绿素a荧光与光声信号的同步测量技术。之后在欧盟的资助下,前往希腊雅典

Demokritos研究所从事博士后研究,使用EPR技术研究一氧化氮(NO)与光系统II锰簇S态的相互作用。他利用一

系列单周转饱和闪光及叶绿素荧光Fo信号与S态相关的周期-4振幅研究了S态与S态衰变对NO的响应,阐明了实

验中观测到的NO诱导的多线态EPR信号可能就是S-2态的表征。后来在瑞士日内瓦Reto Strasser博士的实验室工

作期间,研究了光暗转换过程中820 nm吸收信号与叶绿素a荧光动力学之间的关系,系统研究了多种植物在各种

胁迫条件下的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(O-I1-I2-P或O-J-I-P瞬变),为此类测量提供了几乎完整的描述。

在匈牙利结束了光适应和一种虾青素过量导致烟草突变的研究之后,自2018年开始,Gert Schansker博士作为德

国WALZ公司的应用科学家,负责Multi-Color-PAM和Dual-KLAS-NIR相关理论和应用的研究工作。

Gert Schansker博士介绍

如需本次在线研讨会的报告内容

请识别以下二维码,提交资料索取,谢谢!

泽泉科技视频号上传了本次研讨会的直播回放

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I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 62

3415Z

对波长的响应比

3415ZX

产品特点

主要技术参数

位于美国伊利诺伊州奥罗拉的Spectrum公司,一直致力于环境、

土壤、植物测量类仪器的研发和生产,主要面向农业、园艺、农

场、高尔夫球场的监测和管理市场。近期经过研发团队的不懈努

力和广大客户的试用优化,推出3415Z、3415ZX光合有效辐射

计。主要应用于生态、农业、园艺、园林、温室栽培、生态、气象以

及更广泛的领域。

测量波长范围:400±10nm

~700nm±10nm

测量范围:0~5000 µmol/m2

/s

显示分辨率:0.01µmol/m2

/s

(0~99.99),

0.1µmol/m2

/s

(100~999)

精度 :±5%读数

重复性:±1 µmol/m2

/s

视场角:180°

工作温度:0~50℃

工作湿度:< 80%

尺寸:150 x 65 x 24mm

(LxW xH)

固定孔:三脚架支架孔

重量:100g

供电:2节AAA电池

文/韩涛

美国Spectrum公司发布新品

3415Z、3415ZX光合有效辐射计

稳定测量,单位为µmol/m2

/s

Hold保持模式可在黑暗的地方将数据维持不变并稍后查看

手动记录最多可存储99个数据点,并可回看

低电量提示;自动关机功能

显示多位点的最大值,最小值和平均值

适合所有光源400-700nm的准确测量,包括LED灯

具有复位和归零功能

3415Z 3415ZX

√ √

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I N D U S T R Y DY N A M I C S 行业动态

泽泉快讯 62

3415Z

对波长的响应比

3415ZX

产品特点

主要技术参数

位于美国伊利诺伊州奥罗拉的Spectrum公司,一直致力于环境、

土壤、植物测量类仪器的研发和生产,主要面向农业、园艺、农

场、高尔夫球场的监测和管理市场。近期经过研发团队的不懈努

力和广大客户的试用优化,推出3415Z、3415ZX光合有效辐射

计。主要应用于生态、农业、园艺、园林、温室栽培、生态、气象以

及更广泛的领域。

测量波长范围:400±10nm

~700nm±10nm

测量范围:0~5000 µmol/m2

/s

显示分辨率:0.01µmol/m2

/s

(0~99.99),

0.1µmol/m2

/s

(100~999)

精度 :±5%读数

重复性:±1 µmol/m2

/s

视场角:180°

工作温度:0~50℃

工作湿度:< 80%

尺寸:150 x 65 x 24mm

(LxW xH)

固定孔:三脚架支架孔

重量:100g

供电:2节AAA电池

文/韩涛

美国Spectrum公司发布新品

3415Z、3415ZX光合有效辐射计

稳定测量,单位为µmol/m2

/s

Hold保持模式可在黑暗的地方将数据维持不变并稍后查看

手动记录最多可存储99个数据点,并可回看

低电量提示;自动关机功能

显示多位点的最大值,最小值和平均值

适合所有光源400-700nm的准确测量,包括LED灯

具有复位和归零功能

3415Z 3415ZX

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技术文章 T ECHNIC AL ART ICLE

63 泽泉快讯

地球表面约71%被水覆盖,世界上约15%的物种生活在海洋中。3月22日,世界水日,政府间气候变化专门委员会

(IPCC)发布了一份报告,该报告给出了一个“最后警告”,即世界正在达到我们可以适应的极限。报告的重要部分

一方面涉及严重的淡水短缺,另一方面涉及海平面上升。IPCC还警告说,除非采取严厉行动限制温室气体,否则最

快到2030年,高达90%的热带珊瑚礁将消失。世界各地的科学家正在努力阐释珊瑚礁环境的复杂性,以及气候变

化的各个方面如何影响珊瑚礁环境。在这样做的过程中,他们使用了CISME——一种由北卡罗来纳大学威尔明顿

分校与Qubit Systems联合开发的潜水员部署系统,用于测量珊瑚的光合作用、呼吸作用和(去)钙化。继续阅读,

了解更多关于此项研究的信息。

John Bruno's laboratory (约翰·布鲁诺实验室)的研究人员一直在使用CISME研究加拉帕戈斯群岛珊瑚礁和附近

群落的呼吸和光合作用,以确定海洋温度和pH值的变化如何通过对初级生产力的影响影响群落结构和种群动态。

布鲁诺实验室的研究已经在PBS上进行了专题报道。这项至关重要的工作将为参与珊瑚礁保护的机构提供缓解气

候变化影响的最佳战略,并为政府制定保护政策提供数据。

Dr. Karen Neely一直在使用CISME研究石珊瑚组织损失病(SCTLD)对珊瑚礁的威胁。SCTLD于2014年在迈阿密

附近首次被发现,影响着佛罗里达群岛60多种珊瑚中的20多种,死亡率在66%至100%之间。Neely博士一直在对

受影响的珊瑚进行阿莫西林治疗,以避免她所说的“一场巨大的灾难”。她的工作曾出现在PBS新闻小时和abc新

闻上。有关她的工作以及CISME如何用于评估SCTLD影响的珊瑚的报道,请点击此处。

Dellisanti博士是CISME的原始用户之一。他最近发表的研究涉及一项为期两年的现场监测调查,描述了珊瑚如何

表现出代谢可塑性和韧性,以应对当地温度、盐度和光照的变化。CISME与脉冲振幅调制(PAM)荧光测量法和数

字技术相结合,研究水质参数的季节性以及这些参数如何影响珊瑚健康。夏季的高温降低了珊瑚的能量生产力,

文/王阳阳

珊瑚原位呼吸代谢测量仪CISME

珊瑚礁研究最新进展

技术文章 T ECHNIC AL ART ICL E

63 泽泉快讯

地球表面约71%被水覆盖,世界上约15%的物种生活在海洋中。3月22日,世界水日,政府间气候变化专门委员会

(IPCC)发布了一份报告,该报告给出了一个“最后警告”,即世界正在达到我们可以适应的极限。报告的重要部分

一方面涉及严重的淡水短缺,另一方面涉及海平面上升。IPCC还警告说,除非采取严厉行动限制温室气体,否则最

快到2030年,高达90%的热带珊瑚礁将消失。世界各地的科学家正在努力阐释珊瑚礁环境的复杂性,以及气候变

化的各个方面如何影响珊瑚礁环境。在这样做的过程中,他们使用了CISME——一种由北卡罗来纳大学威尔明顿

分校与Qubit Systems联合开发的潜水员部署系统,用于测量珊瑚的光合作用、呼吸作用和(去)钙化。继续阅读,

了解更多关于此项研究的信息。

John Bruno's laboratory (约翰·布鲁诺实验室)的研究人员一直在使用CISME研究加拉帕戈斯群岛珊瑚礁和附近

群落的呼吸和光合作用,以确定海洋温度和pH值的变化如何通过对初级生产力的影响影响群落结构和种群动态。

布鲁诺实验室的研究已经在PBS上进行了专题报道。这项至关重要的工作将为参与珊瑚礁保护的机构提供缓解气

候变化影响的最佳战略,并为政府制定保护政策提供数据。

Dr. Karen Neely一直在使用CISME研究石珊瑚组织损失病(SCTLD)对珊瑚礁的威胁。SCTLD于2014年在迈阿密

附近首次被发现,影响着佛罗里达群岛60多种珊瑚中的20多种,死亡率在66%至100%之间。Neely博士一直在对

受影响的珊瑚进行阿莫西林治疗,以避免她所说的“一场巨大的灾难”。她的工作曾出现在PBS新闻小时和abc新

闻上。有关她的工作以及CISME如何用于评估SCTLD影响的珊瑚的报道,请点击此处。

Dellisanti博士是CISME的原始用户之一。他最近发表的研究涉及一项为期两年的现场监测调查,描述了珊瑚如何

表现出代谢可塑性和韧性,以应对当地温度、盐度和光照的变化。CISME与脉冲振幅调制(PAM)荧光测量法和数

字技术相结合,研究水质参数的季节性以及这些参数如何影响珊瑚健康。夏季的高温降低了珊瑚的能量生产力,

文/王阳阳

珊瑚原位呼吸代谢测量仪CISME

珊瑚礁研究最新进展

第65页

T E C H N I C A L A R T I C L E 技术文章

泽泉快讯 64

肉质扁脑珊瑚生产力和钙化的季节驱动因素

Dr. Walter Dellisanti, City University, Hong Kong, PRC

适用于枝状珊瑚的CISME最新开发进展

扫码观看视频

与冬季相比降低了44%。盐度(25-38 ppt)和pH(7.65-8.44)的波动与降雨和钙化率降低有关。春季的条件有利

于珊瑚的新陈代谢和钙化(相对于夏季增加了20%)。这些现场观测为珊瑚在不断变化的环境条件下的反应机制

提供了见解,并有助于预测全球气候变化未来情景下的珊瑚健康状况。

CISME系统测量珊瑚无损原位孵化过程中的氧通量和pH值变化,其中样本室中的水流和光照

水平由用户控制。呼吸速率和光合作用速率来自DO2和pH的光学测量。此外,还使用样品回

路收集水样,该水样可滴定总碱度(TA),从而计算钙化率。样本回路也可用于进行实验,用户

在实验中引入可能影响珊瑚新陈代谢的物质(如用于海洋酸化研究的酸化海水)。识别下方二

位观看CISME视频。

我们很高兴能够与阿卜杜拉国王科技大学的研究人员合作,实现CIMSE的新功能。

其中包括一个“孵育室”,用于容纳珊瑚礁或实验室珊瑚苗圃中的分支珊瑚样本。此

外,我们的小孵育室可以选择LED波长,还可以使用Diving-PAM系统的光纤同时进

行叶绿素荧光测量。

布放于加拉帕戈斯群岛珊瑚礁的CISME

Dr. John Bruno, UNC Chapel Hill

CISME应用于石珊瑚组织损失病研究

Dr. Karen Neely, NOVA Southeastern University, Florida

Dellisanti W, Chung JTH, Yiu SKF, et al. Seasonal drivers of productivity and calcification in the coral Platygyra carnosa in a

subtropical reef. Frontiers in Marine Science, 2023, 10: 994591. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.994591

Romano de Orte M. et al. Unexpected role of communities colonizing dead coral substrate in the calcification of coral reefs. 

Limnology and Oceanography March 17, 2021 https://doi.org/10.1002/lno.11722

Dellisanti et al. A Diver-Portable Respirometry System for in-situ Short-Term Measurements of Coral Metabolic Health and Rates of

Calcification. Front. Mar. Sci., 12 November 2020 https://doi.org/10.3389/fmars.2020.571451

参考文献

珊瑚原位呼吸代谢测量仪CISME

T E C H N I C A L A R T I C L E 技术文章

泽泉快讯 64

肉质扁脑珊瑚生产力和钙化的季节驱动因素

Dr. Walter Dellisanti, City University, Hong Kong, PRC

适用于枝状珊瑚的CISME最新开发进展

扫码观看视频

与冬季相比降低了44%。盐度(25-38 ppt)和pH(7.65-8.44)的波动与降雨和钙化率降低有关。春季的条件有利

于珊瑚的新陈代谢和钙化(相对于夏季增加了20%)。这些现场观测为珊瑚在不断变化的环境条件下的反应机制

提供了见解,并有助于预测全球气候变化未来情景下的珊瑚健康状况。

CISME系统测量珊瑚无损原位孵化过程中的氧通量和pH值变化,其中样本室中的水流和光照

水平由用户控制。呼吸速率和光合作用速率来自DO2和pH的光学测量。此外,还使用样品回

路收集水样,该水样可滴定总碱度(TA),从而计算钙化率。样本回路也可用于进行实验,用户

在实验中引入可能影响珊瑚新陈代谢的物质(如用于海洋酸化研究的酸化海水)。识别下方二

位观看CISME视频。

我们很高兴能够与阿卜杜拉国王科技大学的研究人员合作,实现CIMSE的新功能。

其中包括一个“孵育室”,用于容纳珊瑚礁或实验室珊瑚苗圃中的分支珊瑚样本。此

外,我们的小孵育室可以选择LED波长,还可以使用Diving-PAM系统的光纤同时进

行叶绿素荧光测量。

布放于加拉帕戈斯群岛珊瑚礁的CISME

Dr. John Bruno, UNC Chapel Hill

CISME应用于石珊瑚组织损失病研究

Dr. Karen Neely, NOVA Southeastern University, Florida

Dellisanti W, Chung JTH, Yiu SKF, et al. Seasonal drivers of productivity and calcification in the coral Platygyra carnosa in a

subtropical reef. Frontiers in Marine Science, 2023, 10: 994591. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.994591

Romano de Orte M. et al. Unexpected role of communities colonizing dead coral substrate in the calcification of coral reefs. 

Limnology and Oceanography March 17, 2021 https://doi.org/10.1002/lno.11722

Dellisanti et al. A Diver-Portable Respirometry System for in-situ Short-Term Measurements of Coral Metabolic Health and Rates of

Calcification. Front. Mar. Sci., 12 November 2020 https://doi.org/10.3389/fmars.2020.571451

参考文献

珊瑚原位呼吸代谢测量仪CISME

第66页

2023年6月

第2期

第16卷

上海农科院-AgriPheno长三角表型技术示范中心

第67页

2023年6月

第16卷 第 2 期

《AgriPheno 快讯》编委会

电 话:021-3255 5118

传 真:021-3255 5117

地 址:上海金沙江路1038号华东师大科技园2号楼8楼

E-Mail:newsletter@zealquest.com

03

企业新闻 CORPORATE NEWS

AgriPheno订阅号推送文章汇编

(2023年4-6月)

03

主 编:徐静萍

责任编辑:王吉生

编 委 会:苟水燕 郭 峰 郑宝刚

编 委 会: 黄亚东 吕中贤 潘 婕

编 委 会: 史建国 沈天跃 王阳阳

编 委 会: 储一青 赵志鸿

设 计:郭 琦

上海农科院-AgriPheno长三角表型技术示范中心

2023年6月

第16卷 第 2 期

《AgriPheno 快讯》编委会

电 话:021-3255 5118

传 真:021-3255 5117

地 址:上海金沙江路1038号华东师大科技园2号楼8楼

E-Mail:newsletter@zealquest.com

03

企业新闻 CORPORATE NEWS

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(2023年4-6月)

03

主 编:徐静萍

责任编辑:王吉生

编 委 会:苟水燕 郭 峰 郑宝刚

编 委 会: 黄亚东 吕中贤 潘 婕

编 委 会: 史建国 沈天跃 王阳阳

编 委 会: 储一青 赵志鸿

设 计:郭 琦

上海农科院-AgriPheno长三角表型技术示范中心

第68页

注:本期刊为公司内部刊物,不做任何商业用途

02 AgriPhenoTM 快讯

07

科研动态 RESEARCH TRENDS

Nature Genetics新发现

新型激酶融合蛋白为小麦抗病贡献

力量丰富小麦育种的抗病基因库

Nature Plants:大麻素生物合成的

平行进化翻开大麻素研究新篇章

Nature:中国科研团队通过基因编

辑获得具有广谱抗病性且稳产的水

稻株系

PBJ:作物通用型、高效可视化单

倍体鉴别系统——RUBY

07

11

13

20

Plant Soil:草地生态系统地下功能

属性及其生态系统功能沿干旱梯度

的变化规律

PNAS:杂草可通过群体中已存在的

遗传变异获得除草剂抗性我们该如

何可持续的使用除草剂?

基于图像的水稻全生育期表型数据

获取与解析策略

25

27

32

注:本期刊为公司内部刊物,不做任何商业用途

02 AgriPhenoTM 快讯

07

科研动态 RESEARCH TRENDS

Nature Genetics新发现

新型激酶融合蛋白为小麦抗病贡献

力量丰富小麦育种的抗病基因库

Nature Plants:大麻素生物合成的

平行进化翻开大麻素研究新篇章

Nature:中国科研团队通过基因编

辑获得具有广谱抗病性且稳产的水

稻株系

PBJ:作物通用型、高效可视化单

倍体鉴别系统——RUBY

07

11

13

20

Plant Soil:草地生态系统地下功能

属性及其生态系统功能沿干旱梯度

的变化规律

PNAS:杂草可通过群体中已存在的

遗传变异获得除草剂抗性我们该如

何可持续的使用除草剂?

基于图像的水稻全生育期表型数据

获取与解析策略

25

27

32

第69页

企业新闻 C O R P O R AT E NEW S

03 AgriPhenoTM 快讯

AgriPheno订阅号专注于持续更新植物生理生态、植物表型组学和基因组学、基因分型、智能化育种及应用、激

光雷达探测技术及数据分析等领域,国内外最新资讯、战略与政策导读。本文节选了2023年4-6月推送的代表性

文章,以供大家参阅。

根系磷酸酶是一种竞争型根系功能属性

最近,西北工业大学生态环境学院郝占庆教授团

队,以秦岭南坡皇冠森林动态样地的21种共存物种

为研究对象,探究了根系磷酸酶活性在根序级间的

变化规律及其与根系功能属性、叶片和土壤养分含

量的相关关系。

Plant Soil:草地生态系统地下功能属性及其生态系

统功能沿干旱梯度的变化规律

本研究聚焦温带草地生态系统地下功能属性和生态

系统功能沿干旱梯度的变化规律,基于文献调研,

挖掘了与干旱梯度上植被突变相关的地下器官效应

属性。研究结果表明,地下功能属性有助于认识环

境变化下生态系统功能的转变机制。

我国西南喀斯特地区两种植被类型的细根周转速

率、活生物量和死生物量的空间变异规律

本研究以喀斯特灌丛和森林为研究对象,在上、

中、下三个坡位建立观测样地,采用连续土钻法和

内生长土芯法测定两种植被的细根周转速率、生产

力、活生物量、死生物量、活生物量/死生物量比,

同时测定细根碳氮含量、土壤总氮、可利用氮、总

磷、可利用磷。结果表明,坡位显著影响细根生产

力和活生物量,植被类型显著影响活生物量/死生物

量比;细根养分含量和细根养分含量与土壤养分含

量的交互效应可用于解释细根周转速率及其相关功

能属性的空间变异规律。

文/王吉生

AgriPheno订阅号推送文章汇编

(2023年4-6月)

植物根系研究

基于图像的水稻全生育期表型数据获取与解析策略

2023年6月,中国科学院遗传与发育生物学研究

所作物表型组学研究中心和华中农业大学杨万能

团队在Plant Phenomics杂志上联合发表了题为

“A Strategy for the Acquisition and Analysis of

Image-Based Phenome in Rice during the Whole

Growth Period”的研究论文。该文通过高通量可

见光成像平台对水稻全生育期图像进行获取,提出

一种基于图像的水稻全生育期时空表型组获取及解

析策略,并对获取得到的时空多维度表型性状信息

进行解读分析,挖掘表型和基因型之间的关联。

Phenomenon:植物离体培养表型的原位监测系统

本研究设计了一种低成本自动化表型系统(名为

Phenomenon), 该系统适用于在多层培养架中直接

获取无菌状态下植物离体培养物的表型数据。

Corn360:一种便携式低成本的玉米籽粒高通量分

析方法

本研究展示了一种名为Corn360的便携式、使用简

单、低成本的全景成像捕捉系统,使用免费软件进

行图像分析,以表征玉米穗的总粒数和不同模式的

粒数。

植物表型研究方法/方案

企业新闻 C O R P O R AT E NEW S

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AgriPheno订阅号专注于持续更新植物生理生态、植物表型组学和基因组学、基因分型、智能化育种及应用、激

光雷达探测技术及数据分析等领域,国内外最新资讯、战略与政策导读。本文节选了2023年4-6月推送的代表性

文章,以供大家参阅。

根系磷酸酶是一种竞争型根系功能属性

最近,西北工业大学生态环境学院郝占庆教授团

队,以秦岭南坡皇冠森林动态样地的21种共存物种

为研究对象,探究了根系磷酸酶活性在根序级间的

变化规律及其与根系功能属性、叶片和土壤养分含

量的相关关系。

Plant Soil:草地生态系统地下功能属性及其生态系

统功能沿干旱梯度的变化规律

本研究聚焦温带草地生态系统地下功能属性和生态

系统功能沿干旱梯度的变化规律,基于文献调研,

挖掘了与干旱梯度上植被突变相关的地下器官效应

属性。研究结果表明,地下功能属性有助于认识环

境变化下生态系统功能的转变机制。

我国西南喀斯特地区两种植被类型的细根周转速

率、活生物量和死生物量的空间变异规律

本研究以喀斯特灌丛和森林为研究对象,在上、

中、下三个坡位建立观测样地,采用连续土钻法和

内生长土芯法测定两种植被的细根周转速率、生产

力、活生物量、死生物量、活生物量/死生物量比,

同时测定细根碳氮含量、土壤总氮、可利用氮、总

磷、可利用磷。结果表明,坡位显著影响细根生产

力和活生物量,植被类型显著影响活生物量/死生物

量比;细根养分含量和细根养分含量与土壤养分含

量的交互效应可用于解释细根周转速率及其相关功

能属性的空间变异规律。

文/王吉生

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(2023年4-6月)

植物根系研究

基于图像的水稻全生育期表型数据获取与解析策略

2023年6月,中国科学院遗传与发育生物学研究

所作物表型组学研究中心和华中农业大学杨万能

团队在Plant Phenomics杂志上联合发表了题为

“A Strategy for the Acquisition and Analysis of

Image-Based Phenome in Rice during the Whole

Growth Period”的研究论文。该文通过高通量可

见光成像平台对水稻全生育期图像进行获取,提出

一种基于图像的水稻全生育期时空表型组获取及解

析策略,并对获取得到的时空多维度表型性状信息

进行解读分析,挖掘表型和基因型之间的关联。

Phenomenon:植物离体培养表型的原位监测系统

本研究设计了一种低成本自动化表型系统(名为

Phenomenon), 该系统适用于在多层培养架中直接

获取无菌状态下植物离体培养物的表型数据。

Corn360:一种便携式低成本的玉米籽粒高通量分

析方法

本研究展示了一种名为Corn360的便携式、使用简

单、低成本的全景成像捕捉系统,使用免费软件进

行图像分析,以表征玉米穗的总粒数和不同模式的

粒数。

植物表型研究方法/方案

第70页

C O R P O R AT E N E W S 企业新闻

AgriPhenoTM 快讯 04

PBJ:作物通用型、高效可视化单倍体鉴别系统—

RUBY

本文介绍了研究团队首次将甜菜红素标记,用于玉

米和番茄单倍体的高效鉴别,为玉米和番茄单倍体

生产提供了有力工具,为跨作物单倍体鉴别体系创

建提供了重要借鉴。

Nature Plants:大麻素生物合成的平行进化,翻

开大麻素研究新篇章

本文介绍了研究团队在菊科植物蜡菊(Helichrysum

umbraculigerum)中发现了大麻素生物合成的独立

进化的证据,蜡菊可产生大麻型大麻素(例如,

4.3%的大麻酚酸)。这一发现提供了一套可供选择

的酶系统,这将拓展合成生物学的工具箱,供研究

人员操纵大麻素生物合成途径用于药物发现。

新观点/新技术 Plant Commun.: CRISPR/Cas9介导的水稻

OsHPPD基因3'-UTR编辑创制水稻除草剂抗性新种

本研究利用CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a基因编辑

系统对水稻HPPD抑制剂抗性基因OsHPPD的3’-UTR

进行基因编辑,创造了水稻HPPD抑制性除草剂抗性

新种质材料,且未产生其他农艺性状的不利影响。

PNAS:杂草可通过群体中已存在的遗传变异获得

除草剂抗性,我们该如何可持续的使用除草剂?

本研究通过组装大穗看麦娘( Alopecurus myosuroides )高质量参考基因组、分析已知抗除草剂等位基

因变异以前向时间算法模拟发现TSR可能主要是由群

体中已存在遗传变异引起的,而新的突变只起次要

作用,此外TSR的出现很可能早于除草剂的应用。这

对于杂草防治和除草剂的可持续利用具有积极的指

导意义。

C O R P O R AT E N E W S 企业新闻

AgriPhenoTM 快讯 04

PBJ:作物通用型、高效可视化单倍体鉴别系统—

RUBY

本文介绍了研究团队首次将甜菜红素标记,用于玉

米和番茄单倍体的高效鉴别,为玉米和番茄单倍体

生产提供了有力工具,为跨作物单倍体鉴别体系创

建提供了重要借鉴。

Nature Plants:大麻素生物合成的平行进化,翻

开大麻素研究新篇章

本文介绍了研究团队在菊科植物蜡菊(Helichrysum

umbraculigerum)中发现了大麻素生物合成的独立

进化的证据,蜡菊可产生大麻型大麻素(例如,

4.3%的大麻酚酸)。这一发现提供了一套可供选择

的酶系统,这将拓展合成生物学的工具箱,供研究

人员操纵大麻素生物合成途径用于药物发现。

新观点/新技术 Plant Commun.: CRISPR/Cas9介导的水稻

OsHPPD基因3'-UTR编辑创制水稻除草剂抗性新种

本研究利用CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a基因编辑

系统对水稻HPPD抑制剂抗性基因OsHPPD的3’-UTR

进行基因编辑,创造了水稻HPPD抑制性除草剂抗性

新种质材料,且未产生其他农艺性状的不利影响。

PNAS:杂草可通过群体中已存在的遗传变异获得

除草剂抗性,我们该如何可持续的使用除草剂?

本研究通过组装大穗看麦娘( Alopecurus myosuroides )高质量参考基因组、分析已知抗除草剂等位基

因变异以前向时间算法模拟发现TSR可能主要是由群

体中已存在遗传变异引起的,而新的突变只起次要

作用,此外TSR的出现很可能早于除草剂的应用。这

对于杂草防治和除草剂的可持续利用具有积极的指

导意义。

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企业新闻 C O R P O R AT E NEW S

05 AgriPhenoTM 快讯

Nature│中国科研团队通过基因编辑获得具有广谱

抗病性且稳产的水稻株系

2023年6月14日,Nature发表了华中农业大学李国

田教授团队牵头完成的题为“Genome editing of

a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen

resistance”的研究论文,该团队通过筛选病变模

拟突变体(LMM)克隆到了“RBL1”广谱抗病基因,

此突变体具有广谱抗病性但会造成严重减产。

Plant Communications:防范转基因花粉扩

撒——花粉自清除CRISPR/Cas系统(PSEC)的开发

本研究中研究团队开发了一种花粉自清除CRISPR/-

Cas (PSEC)靶向多个生长调节因子-GRF,通过引入

花粉特异表达的能量耗竭元件,成功实现了含有

PSEC元件的单倍体花粉不育,导致玉米植株世代稳

定维持PSEC元件半合子杂合体,PSEC仅能通过雌

性配子体向下一代遗传。

PBJ:玉米广谱抗性新基因ZmNANMT,丰富了玉

米遗传育种的抗病基因库

本文介绍了研究团队发现玉米中一个新的感病基因

ZmNANMT,通过基因编辑ZmNANMT提高了玉米

对多种病害的广谱抗性,并且不影响玉米其他重要

农艺性状。

Nature Genetics新发现:新型激酶融合蛋白为小

麦抗病贡献力量,丰富小麦育种抗病基因库

生物技术/育种技术 与作物野生近缘种相比,驯化和作物改良大大降低

了遗传多样性。本研究中,研究团队的工作证明了

作物野生近缘种作为多样化非经典R基因库的来源对

于抗性育种和全球粮食安全的重要性。

PBJ:大豆新型多效性基因TOE4b,调控光周期介

导的开花和单株产量

本研究中,研究团队利用全基因组关联分 析

(GWAS)的方法鉴定到了一个调节大豆光周期介

导的开花的主效基因TOE4b,该基因属于AP2/ERF

家族,TOE4b通过与FT2a和FT5a的启动子的结合来

抑制开花。

新基因:水稻穗型调控和稻曲病抗性相关新基因

SPR9,在未来育种应用中潜力巨大

本研究基于突变体图位克隆了一个调控水稻花序

展开的新基因SPR9,该基因编码一个60S核糖体蛋

白,同时影响水稻稻曲病抗性。该基因在水稻抗稻

曲病和穗型改良育种方面有很好应用前景。

PNAS新发现:中国科学家发现大豆新型光信号调

控因子GmEID1,在大豆的生态区适应性和产量改

良方面潜力巨大

本文介绍了研究团队发现大豆GmEID1蛋白作为连

接E3/E4感知的光信号和生物钟夜间复合物(EC)

的桥梁,参与调控大豆开花抑制因子E1基因表达。

此外,研究发现GmEID1可作为调节大豆开花时间

的目标位点,在通过基因编辑和常规育种改良大豆

的生态区适应性和产量方面有很大的潜力。

企业新闻 C O R P O R AT E NEW S

05 AgriPhenoTM 快讯

Nature│中国科研团队通过基因编辑获得具有广谱

抗病性且稳产的水稻株系

2023年6月14日,Nature发表了华中农业大学李国

田教授团队牵头完成的题为“Genome editing of

a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen

resistance”的研究论文,该团队通过筛选病变模

拟突变体(LMM)克隆到了“RBL1”广谱抗病基因,

此突变体具有广谱抗病性但会造成严重减产。

Plant Communications:防范转基因花粉扩

撒——花粉自清除CRISPR/Cas系统(PSEC)的开发

本研究中研究团队开发了一种花粉自清除CRISPR/-

Cas (PSEC)靶向多个生长调节因子-GRF,通过引入

花粉特异表达的能量耗竭元件,成功实现了含有

PSEC元件的单倍体花粉不育,导致玉米植株世代稳

定维持PSEC元件半合子杂合体,PSEC仅能通过雌

性配子体向下一代遗传。

PBJ:玉米广谱抗性新基因ZmNANMT,丰富了玉

米遗传育种的抗病基因库

本文介绍了研究团队发现玉米中一个新的感病基因

ZmNANMT,通过基因编辑ZmNANMT提高了玉米

对多种病害的广谱抗性,并且不影响玉米其他重要

农艺性状。

Nature Genetics新发现:新型激酶融合蛋白为小

麦抗病贡献力量,丰富小麦育种抗病基因库

生物技术/育种技术 与作物野生近缘种相比,驯化和作物改良大大降低

了遗传多样性。本研究中,研究团队的工作证明了

作物野生近缘种作为多样化非经典R基因库的来源对

于抗性育种和全球粮食安全的重要性。

PBJ:大豆新型多效性基因TOE4b,调控光周期介

导的开花和单株产量

本研究中,研究团队利用全基因组关联分 析

(GWAS)的方法鉴定到了一个调节大豆光周期介

导的开花的主效基因TOE4b,该基因属于AP2/ERF

家族,TOE4b通过与FT2a和FT5a的启动子的结合来

抑制开花。

新基因:水稻穗型调控和稻曲病抗性相关新基因

SPR9,在未来育种应用中潜力巨大

本研究基于突变体图位克隆了一个调控水稻花序

展开的新基因SPR9,该基因编码一个60S核糖体蛋

白,同时影响水稻稻曲病抗性。该基因在水稻抗稻

曲病和穗型改良育种方面有很好应用前景。

PNAS新发现:中国科学家发现大豆新型光信号调

控因子GmEID1,在大豆的生态区适应性和产量改

良方面潜力巨大

本文介绍了研究团队发现大豆GmEID1蛋白作为连

接E3/E4感知的光信号和生物钟夜间复合物(EC)

的桥梁,参与调控大豆开花抑制因子E1基因表达。

此外,研究发现GmEID1可作为调节大豆开花时间

的目标位点,在通过基因编辑和常规育种改良大豆

的生态区适应性和产量方面有很大的潜力。

第72页

C O R P O R AT E N E W S 企业新闻

AgriPhenoTM 快讯 06

Cell Reports:CND1在维持植物核和叶绿体基因组

稳定性中的双重作用

该研究发现了植物叶绿体和细胞核基因组稳态的双

重调控蛋白CND1,揭示了叶绿体和细胞核基因组稳

态维持的协同调控新机制。

光调控浅光休眠烟草种子萌发及萌发后发育的系统

分析

本文以浅光休眠烟草种子为材料,比较了光照和黑

暗下萌发种子的表型,并通过整合转录组学和蛋白

质组学数据,系统地分析了浅光休眠烟草种子萌发

及萌发后发育过程中光调控机制及其调控网络。

“泰裤辣”!WALZ发布多款PAM的新版软件!

2023年4月底,德国WALZ公司在其官网Download

页面更新了多款PAM的新版软件,涉及了大部分现

在在售调制叶绿素荧光仪型号。下面小编将带领大

家简要盘点,方便各位老师和同学快速Get PAM软

件升级。

植物生理生态研究 广州中医药大学药用植物生理生态研究所发现光系

统修复因子HHL1参与非光化学淬灭调控

2023年4月5日,广州中医药大学药用植物生理

生态研究所王宏斌/靳红磊教授团队在Journal of

Biological Chemistry在线发表了题为 “HHL1 and

SOQ1 synergistically regulate non-photochemical

quenching in Arabidopsis”的研究论文,该研究

揭示了光系统修复因子(HYPERSENSITIVE TO HIGH

LIGHT, HHL1)参与NPQ介导的光保护调控机制。

Nature Plants:Sigma因子SIG5整合拟南芥响应

低温和昼夜节律信号

Dora L. Cano-Ramirez等人发表在Nature Plants上

的最新研究成果确定了SIG5在植物对低温条件的响

应中的新作用。研究发现,在拟南芥中,控制叶绿

体转录的核编码sigma因子(SIG5)有助于适应低

温条件。

感谢各位老师、同学的关注、推荐与积极转发,Agripheno将不忘初心,坚持把国内外最新资讯、战略与政策导

读分享给大家,以支持到大家的研究工作。作为开放公众平台,我们欢迎大家撰写各自已发表文章的介绍投稿,

分享最新研究成果。此外,如您有最新的业内信息需要推送,我们也乐意效劳。

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AgriPhenoTM 快讯 06

Cell Reports:CND1在维持植物核和叶绿体基因组

稳定性中的双重作用

该研究发现了植物叶绿体和细胞核基因组稳态的双

重调控蛋白CND1,揭示了叶绿体和细胞核基因组稳

态维持的协同调控新机制。

光调控浅光休眠烟草种子萌发及萌发后发育的系统

分析

本文以浅光休眠烟草种子为材料,比较了光照和黑

暗下萌发种子的表型,并通过整合转录组学和蛋白

质组学数据,系统地分析了浅光休眠烟草种子萌发

及萌发后发育过程中光调控机制及其调控网络。

“泰裤辣”!WALZ发布多款PAM的新版软件!

2023年4月底,德国WALZ公司在其官网Download

页面更新了多款PAM的新版软件,涉及了大部分现

在在售调制叶绿素荧光仪型号。下面小编将带领大

家简要盘点,方便各位老师和同学快速Get PAM软

件升级。

植物生理生态研究 广州中医药大学药用植物生理生态研究所发现光系

统修复因子HHL1参与非光化学淬灭调控

2023年4月5日,广州中医药大学药用植物生理

生态研究所王宏斌/靳红磊教授团队在Journal of

Biological Chemistry在线发表了题为 “HHL1 and

SOQ1 synergistically regulate non-photochemical

quenching in Arabidopsis”的研究论文,该研究

揭示了光系统修复因子(HYPERSENSITIVE TO HIGH

LIGHT, HHL1)参与NPQ介导的光保护调控机制。

Nature Plants:Sigma因子SIG5整合拟南芥响应

低温和昼夜节律信号

Dora L. Cano-Ramirez等人发表在Nature Plants上

的最新研究成果确定了SIG5在植物对低温条件的响

应中的新作用。研究发现,在拟南芥中,控制叶绿

体转录的核编码sigma因子(SIG5)有助于适应低

温条件。

感谢各位老师、同学的关注、推荐与积极转发,Agripheno将不忘初心,坚持把国内外最新资讯、战略与政策导

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科研动态 RESEARCH TRENDS

07 AgriPhenoTM 快讯

植物是全世界食物、衣物和住所的主要来源。在不断变化的气候和日益减少的外部投入(如水、化肥和可耕地)

下养活日益增长的世界人口是人类面临的最紧迫挑战之一。小麦是一种主要的粮食作物,提供人类饮食中20%以

上的热量和蛋白质,以及维生素、膳食纤维和植物化学物质。病原菌和害虫每年造成面包小麦20%的全球产量损

失。为了实施有效的基因和生物技术方法来减少疾病造成的损失,科学家需要对植物如何限制病原体有一个基本

的了解。然而,小麦族(包括小麦、大麦和黑麦)的抗病基因(R基因)的克隆仍然具有挑战性,因为它们的基

因组庞大且重复性丰富。近年来,基于基因组学的基因克隆技术的发展促进了小麦非经典R基因家族的发现。

植物已经进化出一种先天免疫系统,该系统由种系编码的免疫受体组成,可以识别所有病原体类别。植物免疫受

体在结构上与动物免疫受体相似,包括模式识别受体以及细胞内核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列(NLR)受体

植物模式识别受体是受体样激酶(RLKs)或受体样蛋白,可以识别保守的病原体或损伤相关的分子模式。NLR受

体识别在感染过程中输送到植物细胞中的各种病原体效应蛋白。在过去的30年里,这两种类型的免疫受体都得到

了深入的研究,从而对植物免疫信号有了详细的了解。然而,相比之下,非经典R基因的作用相对未被探索,其

中一些基因具有持久的抗性。

近日,阿卜杜拉国王科技大学的两个研究团队在《Nature Genetics》背靠背在线发表了题为“An unusual

tandem kinase fusion protein confers leaf rust resistance in wheat”和“The wheat stem rust resistance

gene Sr43 encodes an unusual protein kinase”的研究论文,介绍了两团队首次鉴定到两个具有新结构域的小

麦抗病基因,这两个新基因的结构域均来自小麦野生近缘种,是激酶与其他结构域的融合体——激酶融合蛋白

(KFPs)。两项研究描述了激酶融合蛋白(KFPs)如何调节小麦病原菌感知和诡计,KFPs作为新型植物免疫调

节因子,丰富了小麦抗性基因库,为小麦分子育种提供更多的基因资源。

Nature Genetics新发现

新型激酶融合蛋白为小麦抗病贡献力量

丰富小麦育种的抗病基因库

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

科研动态 RESEARCH TRENDS

07 AgriPhenoTM 快讯

植物是全世界食物、衣物和住所的主要来源。在不断变化的气候和日益减少的外部投入(如水、化肥和可耕地)

下养活日益增长的世界人口是人类面临的最紧迫挑战之一。小麦是一种主要的粮食作物,提供人类饮食中20%以

上的热量和蛋白质,以及维生素、膳食纤维和植物化学物质。病原菌和害虫每年造成面包小麦20%的全球产量损

失。为了实施有效的基因和生物技术方法来减少疾病造成的损失,科学家需要对植物如何限制病原体有一个基本

的了解。然而,小麦族(包括小麦、大麦和黑麦)的抗病基因(R基因)的克隆仍然具有挑战性,因为它们的基

因组庞大且重复性丰富。近年来,基于基因组学的基因克隆技术的发展促进了小麦非经典R基因家族的发现。

植物已经进化出一种先天免疫系统,该系统由种系编码的免疫受体组成,可以识别所有病原体类别。植物免疫受

体在结构上与动物免疫受体相似,包括模式识别受体以及细胞内核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列(NLR)受体

植物模式识别受体是受体样激酶(RLKs)或受体样蛋白,可以识别保守的病原体或损伤相关的分子模式。NLR受

体识别在感染过程中输送到植物细胞中的各种病原体效应蛋白。在过去的30年里,这两种类型的免疫受体都得到

了深入的研究,从而对植物免疫信号有了详细的了解。然而,相比之下,非经典R基因的作用相对未被探索,其

中一些基因具有持久的抗性。

近日,阿卜杜拉国王科技大学的两个研究团队在《Nature Genetics》背靠背在线发表了题为“An unusual

tandem kinase fusion protein confers leaf rust resistance in wheat”和“The wheat stem rust resistance

gene Sr43 encodes an unusual protein kinase”的研究论文,介绍了两团队首次鉴定到两个具有新结构域的小

麦抗病基因,这两个新基因的结构域均来自小麦野生近缘种,是激酶与其他结构域的融合体——激酶融合蛋白

(KFPs)。两项研究描述了激酶融合蛋白(KFPs)如何调节小麦病原菌感知和诡计,KFPs作为新型植物免疫调

节因子,丰富了小麦抗性基因库,为小麦分子育种提供更多的基因资源。

Nature Genetics新发现

新型激酶融合蛋白为小麦抗病贡献力量

丰富小麦育种的抗病基因库

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

第74页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 08

小麦叶锈病抗病位点Lr9位于小麦6B染色体长臂的末端,该片段是由小麦研究先驱Ernest Sears在1950年代采用

种间杂交与X射线辐照相结合的方法从小伞山羊草导入普通小麦的染色体易位片段。这种辐射导致的非同源染色

体易位会出现严重的重组抑制,无法通过传统的图位克隆策略克隆易位片段上的Lr9基因。对此,首个研究团队

开发了一种基于EMS突变体转录组测序的基因克隆技术(简称MutIsoSeq),这种技术综合运用了EMS诱变及突

变体筛选、野生型材料PacBio三代全长转录组测序、突变体二代转录组测序及后续的数据分析,能够将目标基

因的转录本跟表型直接关联。利用MutIsoSeq技术,研究团队实现了完全不依赖于重组和遗传定位的Lr9的克隆

(图2)。

第二研究团队则成功克隆了小麦茎锈病抗性基因Sr43,编码了一种激酶融合蛋白,其激酶结构域可能来源于早期

的异位重组事件;Sr43介导的抗性具有物种特异性和温度敏感性,其转基因表达可对不同茎锈病病原体分离株具

有高水平的抗性。研究团团队成功克隆到从长穗偃麦草转移到面包小麦中的茎锈病抗性基因Sr43。经鉴定,Sr43

为一种激酶融合蛋白,融合了一个蛋白激酶结构域和两个未知结构域DUF(图3)。

图2 Lr9和Lr58编码一个不典型的串联激酶融合蛋白

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 08

小麦叶锈病抗病位点Lr9位于小麦6B染色体长臂的末端,该片段是由小麦研究先驱Ernest Sears在1950年代采用

种间杂交与X射线辐照相结合的方法从小伞山羊草导入普通小麦的染色体易位片段。这种辐射导致的非同源染色

体易位会出现严重的重组抑制,无法通过传统的图位克隆策略克隆易位片段上的Lr9基因。对此,首个研究团队

开发了一种基于EMS突变体转录组测序的基因克隆技术(简称MutIsoSeq),这种技术综合运用了EMS诱变及突

变体筛选、野生型材料PacBio三代全长转录组测序、突变体二代转录组测序及后续的数据分析,能够将目标基

因的转录本跟表型直接关联。利用MutIsoSeq技术,研究团队实现了完全不依赖于重组和遗传定位的Lr9的克隆

(图2)。

第二研究团队则成功克隆了小麦茎锈病抗性基因Sr43,编码了一种激酶融合蛋白,其激酶结构域可能来源于早期

的异位重组事件;Sr43介导的抗性具有物种特异性和温度敏感性,其转基因表达可对不同茎锈病病原体分离株具

有高水平的抗性。研究团团队成功克隆到从长穗偃麦草转移到面包小麦中的茎锈病抗性基因Sr43。经鉴定,Sr43

为一种激酶融合蛋白,融合了一个蛋白激酶结构域和两个未知结构域DUF(图3)。

图2 Lr9和Lr58编码一个不典型的串联激酶融合蛋白

第75页

科研动态 RESEARCH TRENDS

09 AgriPhenoTM 快讯

研究团队通过基因互补实验证实了Sr43的抗病功能(图4)。此外,Sr43介导的抗性具有物种特异性和温度敏感

性。通过同源序列分析,该团队发现Sr43基因可能通过异位重组事件将激酶结构域募集到DUF,从而形成了蛋白

激酶结构域加两个DUF的独特的激酶融合蛋白(kinase fusion protein,KFP)。类似的KFP还有Pm4、Snn3、

Sm1、Tsn1、Yr36、Rpg5和Lr9,且大部分都表现出物种特异性的抗性。

图3 Sr43编码融合两个DUF结构域的蛋白激酶

科研动态 RESEARCH TRENDS

09 AgriPhenoTM 快讯

研究团队通过基因互补实验证实了Sr43的抗病功能(图4)。此外,Sr43介导的抗性具有物种特异性和温度敏感

性。通过同源序列分析,该团队发现Sr43基因可能通过异位重组事件将激酶结构域募集到DUF,从而形成了蛋白

激酶结构域加两个DUF的独特的激酶融合蛋白(kinase fusion protein,KFP)。类似的KFP还有Pm4、Snn3、

Sm1、Tsn1、Yr36、Rpg5和Lr9,且大部分都表现出物种特异性的抗性。

图3 Sr43编码融合两个DUF结构域的蛋白激酶

第76页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 10

综上所述,与作物野生近缘种相比,驯化和作物改良大大降低了遗传多样性。两个研究团队的工作证明了作物野

生近缘种作为多样化非经典R基因库的来源对于抗性育种和全球粮食安全的重要性。KFPs作为植物免疫新型调节

因子会逐渐得到更多研究者的重视。

图4 Sr43的功能验证及其小种特异性和温度敏感性

Wang, Y., Abrouk, M., Gourdoupis, S. et al. An unusual tandem kinase fusion protein confers leaf rust resistance in wheat[J]. Nature

Genetics, 2023. https://doi.org/10.1038/s41588-023-01401-2.

Yu, G., Matny, O., Gourdoupis, S. et al. The wheat stem rust resistance gene Sr43 encodes an unusual protein kinase[J]. Nature

Genetics, 2023. https://doi.org/10.1038/s41588-023-01402-1.

参考文献

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 10

综上所述,与作物野生近缘种相比,驯化和作物改良大大降低了遗传多样性。两个研究团队的工作证明了作物野

生近缘种作为多样化非经典R基因库的来源对于抗性育种和全球粮食安全的重要性。KFPs作为植物免疫新型调节

因子会逐渐得到更多研究者的重视。

图4 Sr43的功能验证及其小种特异性和温度敏感性

Wang, Y., Abrouk, M., Gourdoupis, S. et al. An unusual tandem kinase fusion protein confers leaf rust resistance in wheat[J]. Nature

Genetics, 2023. https://doi.org/10.1038/s41588-023-01401-2.

Yu, G., Matny, O., Gourdoupis, S. et al. The wheat stem rust resistance gene Sr43 encodes an unusual protein kinase[J]. Nature

Genetics, 2023. https://doi.org/10.1038/s41588-023-01402-1.

参考文献

第77页

科研动态 RESEARCH TRENDS

11 AgriPhenoTM 快讯

据预测,对人体内源性大麻素的调控将对几乎所有的人类疾病具有治疗潜力。新型大麻素的高需求刺激了对未利

用资源和高效合成技术的开发。目前,只有种类有限的被子植物被发现能产生大麻素。

近日,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所、印度浦那国家化学实验室、印度加济阿巴德科学与创新研究学院等

的联合研究团队在《Nature Plants》在线发表了题为“Parallel evolution of cannabinoid biosynthesis”的研

究论文,介绍了研究团队在菊科植物蜡菊(Helichrysum umbraculigerum)中发现了大麻素生物合成的独立进化

的证据,蜡菊可产生大麻型大麻素(例如,4.3%的大麻酚酸)。这一发现提供了一套可供选择的酶系统,这将

拓展合成生物学的工具箱,供研究人员操纵大麻素生物合成途径用于药物发现。

几乎所有的陆地生态系统都依赖于植物生命的多样性。区分植物与其他生物并促成植物多样性的一个关键因素

是,植物是非凡的化学家。长期以来,植物生物学家一直想知道为什么植物会制造各种各样的的化合物,以及为

什么化合物的化学特征在所有分类水平上有很大的不同?从进化的角度来看,植物科群中相同或相似代谢物的分

散分布提出了一些关键问题。也就是说,导致这些代谢物生物合成的途径是否是祖先起源的并且已经在系谱中多

次丢失,或者其生物合成途径是否是趋同进化的产物?这意味着特定的化合物类别已经成为解决数千年来对不同

的植物家族构成进化选择压力的方案。

大麻素是一组天然存在的化合物,由于其潜在的治疗作用而获得了极大的关注,尤其是其对疼痛管理、焦虑和炎

症的治疗作用。数十年来,大麻素的出现一直是个谜,只有少数几个物种能够产生这些有价值的大麻素化合物。

长期以来,人们一直认为大麻是大麻素的主要来源,而本研究结果显示,趋同进化导致了大麻素的独立出现。在

蜡菊(图1)中出现了大麻素,蜡菊是一种原产于南部非洲的开花植物。这种大麻素生物合成的趋同现象可以理

解为这些植物应对食草动物和环境压力的共同防御需求。

大麻(Cannabis sativa)是一种能产生包括四氢大麻酚(THC)和大麻二酚(CBD)等多种大麻素的著名植物。

THC是主要的精神活性化合物,负责产生与大麻有关的\"兴奋\"。而CBD则具有多种治疗作用,包括抗炎、镇痛和

抗焦虑等。另一方面,蜡菊也被称为 \"Keeribos\",尽管与大麻的关系很远,但也产生包括大麻酚(CBG)和大麻

酚酸(CBGA)等大麻素。这两种植物都采用腺体毛状体来储存生物活性化合物,但蜡菊的大部分活性化合物都

在叶子上,而大麻的最高积累量主要在花中。蜡菊(属于菊目)和大麻(属于蔷薇目)之间共享的最后共同祖先

发生在超过1.1亿年前。鉴于菊目和蔷薇目中有大量不含大麻素的植物种类,这引出了关于大麻素生物合成进化的

重要问题。

Nature Plants

大麻素生物合成的平行进化

翻开大麻素研究新篇章

科研动态 RESEARCH TRENDS

11 AgriPhenoTM 快讯

据预测,对人体内源性大麻素的调控将对几乎所有的人类疾病具有治疗潜力。新型大麻素的高需求刺激了对未利

用资源和高效合成技术的开发。目前,只有种类有限的被子植物被发现能产生大麻素。

近日,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所、印度浦那国家化学实验室、印度加济阿巴德科学与创新研究学院等

的联合研究团队在《Nature Plants》在线发表了题为“Parallel evolution of cannabinoid biosynthesis”的研

究论文,介绍了研究团队在菊科植物蜡菊(Helichrysum umbraculigerum)中发现了大麻素生物合成的独立进化

的证据,蜡菊可产生大麻型大麻素(例如,4.3%的大麻酚酸)。这一发现提供了一套可供选择的酶系统,这将

拓展合成生物学的工具箱,供研究人员操纵大麻素生物合成途径用于药物发现。

几乎所有的陆地生态系统都依赖于植物生命的多样性。区分植物与其他生物并促成植物多样性的一个关键因素

是,植物是非凡的化学家。长期以来,植物生物学家一直想知道为什么植物会制造各种各样的的化合物,以及为

什么化合物的化学特征在所有分类水平上有很大的不同?从进化的角度来看,植物科群中相同或相似代谢物的分

散分布提出了一些关键问题。也就是说,导致这些代谢物生物合成的途径是否是祖先起源的并且已经在系谱中多

次丢失,或者其生物合成途径是否是趋同进化的产物?这意味着特定的化合物类别已经成为解决数千年来对不同

的植物家族构成进化选择压力的方案。

大麻素是一组天然存在的化合物,由于其潜在的治疗作用而获得了极大的关注,尤其是其对疼痛管理、焦虑和炎

症的治疗作用。数十年来,大麻素的出现一直是个谜,只有少数几个物种能够产生这些有价值的大麻素化合物。

长期以来,人们一直认为大麻是大麻素的主要来源,而本研究结果显示,趋同进化导致了大麻素的独立出现。在

蜡菊(图1)中出现了大麻素,蜡菊是一种原产于南部非洲的开花植物。这种大麻素生物合成的趋同现象可以理

解为这些植物应对食草动物和环境压力的共同防御需求。

大麻(Cannabis sativa)是一种能产生包括四氢大麻酚(THC)和大麻二酚(CBD)等多种大麻素的著名植物。

THC是主要的精神活性化合物,负责产生与大麻有关的\"兴奋\"。而CBD则具有多种治疗作用,包括抗炎、镇痛和

抗焦虑等。另一方面,蜡菊也被称为 \"Keeribos\",尽管与大麻的关系很远,但也产生包括大麻酚(CBG)和大麻

酚酸(CBGA)等大麻素。这两种植物都采用腺体毛状体来储存生物活性化合物,但蜡菊的大部分活性化合物都

在叶子上,而大麻的最高积累量主要在花中。蜡菊(属于菊目)和大麻(属于蔷薇目)之间共享的最后共同祖先

发生在超过1.1亿年前。鉴于菊目和蔷薇目中有大量不含大麻素的植物种类,这引出了关于大麻素生物合成进化的

重要问题。

Nature Plants

大麻素生物合成的平行进化

翻开大麻素研究新篇章

第78页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 12

两种植物物种中大麻素的生物合成涉及相

似的生化步骤,尽管每个步骤中涉及的特

定酶通常是重复进化的产物(在不同时间

从相似的酶家族成员募集)。在这两种植

物中,大麻素的生物合成始于酰基辅酶A硫

代酯7的产生。虽然酰基活化酶(AAE)的

超家族参与两个物种的大麻素合成通路,

且大麻和蜡菊共享相同进化树的AAE用于

合成小酰基辅酶a,但HuCoAT6对蜡菊具有

特异性。HuCoAT6属于长链酰基辅酶a合成

酶的单独进化枝,为该途径的独立进化提

供证据。

大麻素生物合成途径的下一步是通过橄榄

酸合成酶(OLS)形成橄榄酸(OA)。在

大麻中,有两种酶需要相互作用才能形成

OA,即聚酮化合物合酶CsOLS和辅助蛋白(CsOAC)分别偶联以进行缩合和环化反应。本研究测试了蜡菊中的几

种聚酮化合物合酶,并且用一个品种制备了中间体橄榄醇。研究团队找不到能够产生OA同源OAC候选物的任何组

合。很明显,在蜡菊中含有尚未发现的OAC或无关的新功能化环化酶。

接下来,OA通过CBG合成酶转化为大麻酚酸(CBGA)。CBGA是其他几种大麻素的前体,包括大麻中的THC和

CBD以及蜡菊中的CBG。再一次,蜡菊中的异戊二烯基转移酶与CBG合酶进行类似的生化反应,这二者不是直系

同源的,很可能是独立进化的产物。有趣的是,虽然大麻通过一系列酶促反应产生THC和CBD,而蜡菊产生CBG

作为其主要大麻素。

虽然在本研究中两个物种之间大麻素生物合成途径的趋同是显而易见的,但研究团队也提供了两个植物家族之间

大麻素存在不同的证据。具体而言,研究团队发现了许多修饰蜡菊基本CBG结构的修饰酶,这些修饰酶功能包括

糖基化和酰基化,可能影响CBG的储存、稳定性和运输。这些不同为植物利用化学小分子的进化演变来解决施加

在两种植物科群上的不同生态压力提供了证据。

数百年来,人类一直在利用多种多样的植物源代谢物来实现药用、工业和美容的需求。鉴于这些植源性化合物

只有一小部分被人类详细分析和研究,可能仍有数千种化合物能从植物中被发现。提高人类对植物如何生产大

量生物活性化合物的理解,会增加化学家和植物科学家可用的合成生物学工具,以提高这些有价值的天然产物

的产量,或开发和修改这些化合物以扩大其效力或生理效果。

图4 Sr43的功能验证及其小种特异性和温度敏感性

Berman P, de Haro L A, Jozwiak A, et al. Parallel evolution of cannabinoid biosynthesis[J]. Nature Plants, 2023: 1-15.

参考文献

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 12

两种植物物种中大麻素的生物合成涉及相

似的生化步骤,尽管每个步骤中涉及的特

定酶通常是重复进化的产物(在不同时间

从相似的酶家族成员募集)。在这两种植

物中,大麻素的生物合成始于酰基辅酶A硫

代酯7的产生。虽然酰基活化酶(AAE)的

超家族参与两个物种的大麻素合成通路,

且大麻和蜡菊共享相同进化树的AAE用于

合成小酰基辅酶a,但HuCoAT6对蜡菊具有

特异性。HuCoAT6属于长链酰基辅酶a合成

酶的单独进化枝,为该途径的独立进化提

供证据。

大麻素生物合成途径的下一步是通过橄榄

酸合成酶(OLS)形成橄榄酸(OA)。在

大麻中,有两种酶需要相互作用才能形成

OA,即聚酮化合物合酶CsOLS和辅助蛋白(CsOAC)分别偶联以进行缩合和环化反应。本研究测试了蜡菊中的几

种聚酮化合物合酶,并且用一个品种制备了中间体橄榄醇。研究团队找不到能够产生OA同源OAC候选物的任何组

合。很明显,在蜡菊中含有尚未发现的OAC或无关的新功能化环化酶。

接下来,OA通过CBG合成酶转化为大麻酚酸(CBGA)。CBGA是其他几种大麻素的前体,包括大麻中的THC和

CBD以及蜡菊中的CBG。再一次,蜡菊中的异戊二烯基转移酶与CBG合酶进行类似的生化反应,这二者不是直系

同源的,很可能是独立进化的产物。有趣的是,虽然大麻通过一系列酶促反应产生THC和CBD,而蜡菊产生CBG

作为其主要大麻素。

虽然在本研究中两个物种之间大麻素生物合成途径的趋同是显而易见的,但研究团队也提供了两个植物家族之间

大麻素存在不同的证据。具体而言,研究团队发现了许多修饰蜡菊基本CBG结构的修饰酶,这些修饰酶功能包括

糖基化和酰基化,可能影响CBG的储存、稳定性和运输。这些不同为植物利用化学小分子的进化演变来解决施加

在两种植物科群上的不同生态压力提供了证据。

数百年来,人类一直在利用多种多样的植物源代谢物来实现药用、工业和美容的需求。鉴于这些植源性化合物

只有一小部分被人类详细分析和研究,可能仍有数千种化合物能从植物中被发现。提高人类对植物如何生产大

量生物活性化合物的理解,会增加化学家和植物科学家可用的合成生物学工具,以提高这些有价值的天然产物

的产量,或开发和修改这些化合物以扩大其效力或生理效果。

图4 Sr43的功能验证及其小种特异性和温度敏感性

Berman P, de Haro L A, Jozwiak A, et al. Parallel evolution of cannabinoid biosynthesis[J]. Nature Plants, 2023: 1-15.

参考文献

第79页

科研动态 RESEARCH TRENDS

13 AgriPhenoTM 快讯

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,是一半人口的主食,生产上常受到稻瘟病、纹枯病等多种病害威胁。由稻

瘟病菌引起的稻瘟病每年造成的产量损失可以养活6000多万人。水稻适用于基因编辑技术,培育抗病特别是广谱

抗病水稻品种,是实现作物病害绿色防控的有效措施。

2023年6月14日,Nature发表了华中农业大学李国田教授团队牵头完成的题为“Genome editing of a rice

CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”的研究论文,该团队通过筛选病变模拟突变体(LMM)

克隆到了“RBL1”广谱抗病基因,此突变体具有广谱抗病性但会造成严重减产。通过靶向基因编辑RBL1,获得

了rbl1Δ12突变体,并经多年田间试验评估,该突变体具有广谱抗病性,但不会降低产量。

研究团队首先从KitaaKe水稻1500多份已全基因组测序的快中子诱变系中,筛选到了稻瘟菌抗性增强的名为rbl1的

LMM,但该突变体具有低育性(图1a-f)。接种稻瘟菌后,与KitaaKe相比,真菌菌丝在rbl1中的传播受到限制,

rbl1表现出ROS的显著上调、水杨酸的积累和植物防御相关基因的激活(补充图2)。对rbl1植株的分离群体进行

遗传分析和测序,在RBL1基因中发现了一个29个碱基对(bp)的缺失(LOC_Os01g55360)(图1j)。蛋白序列分析和

遗传互补实验证实RBL1是致病基因(图1k-p)。此外通过组织定量实验和GUS染色分析可知,RBL1在所有组织中

转录,在叶片中含量最高,且其表达受到稻瘟菌感染的诱导。

文/杜晓菲

Nature

中国科研团队通过基因编辑

获得具有广谱抗病性且稳产的水稻株系

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

科研动态 RESEARCH TRENDS

13 AgriPhenoTM 快讯

水稻是世界上最重要的粮食作物之一,是一半人口的主食,生产上常受到稻瘟病、纹枯病等多种病害威胁。由稻

瘟病菌引起的稻瘟病每年造成的产量损失可以养活6000多万人。水稻适用于基因编辑技术,培育抗病特别是广谱

抗病水稻品种,是实现作物病害绿色防控的有效措施。

2023年6月14日,Nature发表了华中农业大学李国田教授团队牵头完成的题为“Genome editing of a rice

CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance”的研究论文,该团队通过筛选病变模拟突变体(LMM)

克隆到了“RBL1”广谱抗病基因,此突变体具有广谱抗病性但会造成严重减产。通过靶向基因编辑RBL1,获得

了rbl1Δ12突变体,并经多年田间试验评估,该突变体具有广谱抗病性,但不会降低产量。

研究团队首先从KitaaKe水稻1500多份已全基因组测序的快中子诱变系中,筛选到了稻瘟菌抗性增强的名为rbl1的

LMM,但该突变体具有低育性(图1a-f)。接种稻瘟菌后,与KitaaKe相比,真菌菌丝在rbl1中的传播受到限制,

rbl1表现出ROS的显著上调、水杨酸的积累和植物防御相关基因的激活(补充图2)。对rbl1植株的分离群体进行

遗传分析和测序,在RBL1基因中发现了一个29个碱基对(bp)的缺失(LOC_Os01g55360)(图1j)。蛋白序列分析和

遗传互补实验证实RBL1是致病基因(图1k-p)。此外通过组织定量实验和GUS染色分析可知,RBL1在所有组织中

转录,在叶片中含量最高,且其表达受到稻瘟菌感染的诱导。

文/杜晓菲

Nature

中国科研团队通过基因编辑

获得具有广谱抗病性且稳产的水稻株系

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

第80页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 14

为鉴定RBL1的生物学功能,通过酵母实验和脂质组学分析,RBL1作为一

种完整的膜蛋白,具有CDP-DAG合成酶的功能(图2 a-c)。利用脂质组

学技术在rbl1和KitaaKe水稻中测定CDS1相关的植物甘油酯代谢途径上

的脂类,相对KitaaKe,rbl1水稻中磷脂酸(PA)和DAG的含量升高,磷

脂酰肌醇(PI)和磷脂酰甘油(PG)的水平显著降低(图2d)。且磷脂

酰肌醇的减少是磷脂改变最显著的结果(图2e)。

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

补充图1 与胞苷二磷酸-甘油二酯合成酶1(CDS1)相关的植物甘油脂代谢途径

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 14

为鉴定RBL1的生物学功能,通过酵母实验和脂质组学分析,RBL1作为一

种完整的膜蛋白,具有CDP-DAG合成酶的功能(图2 a-c)。利用脂质组

学技术在rbl1和KitaaKe水稻中测定CDS1相关的植物甘油酯代谢途径上

的脂类,相对KitaaKe,rbl1水稻中磷脂酸(PA)和DAG的含量升高,磷

脂酰肌醇(PI)和磷脂酰甘油(PG)的水平显著降低(图2d)。且磷脂

酰肌醇的减少是磷脂改变最显著的结果(图2e)。

图1 植物天然免疫受体和激酶融合蛋白(KFPs)的结构域

补充图1 与胞苷二磷酸-甘油二酯合成酶1(CDS1)相关的植物甘油脂代谢途径

第81页

科研动态 RESEARCH TRENDS

15 AgriPhenoTM 快讯

补充图5 外源添加磷脂酰肌醇延缓了rbl1的病斑形成

图2-1  RBL1作为CDP - DAG合成酶发挥功能,rbl1中磷脂酰肌醇水平升高能更好地平衡抗性和生物量

为了测试外源性补充磷脂是否可以挽救LMM表型,我们进行了化学互补试验,观察到外源添加磷脂酰肌醇的培养

基,推迟了rbl1的病斑形成,而磷脂酸加速了的病斑形成(补充图5a - d)。将呼吸爆发氧化酶同源蛋白( RBOH ) 抑

制剂二亚苯基碘化铵应用于rbl1,可以缓解LMM表型(补充图5e)。

为了测试增加磷脂酰肌醇的含量是否可以挽救LMM表型,研究团队在rbl1中过表达水稻PIS1(OsPIS1)。与rbl1

相比,OsPIS1::rbl1系中的病斑比例减少(图)。2f-i),病程相关(PR)基因的表达量和稻瘟菌抗性降低,

但高于KitaaKe(图2f-j)。同时OsPIS1::rbl1植株的磷脂酰肌醇含量恢复到KitaaKe的80%,PtdInsP和PtdInsP2的

含量完全恢复(图2k)。同样在rbl1中过表达了磷脂酸磷酸水解酶编码基因OsPAH2(图2i)。OsPAH2::rbl1系中磷

脂酸含量恢复,PR基因的表达水平仅略有下降,病斑比例和稻瘟菌抗性没有改变(图2m-o)。这表明rbl1中磷脂酸

水平的升高仅以有限的方式有助于增强免疫力。因此该团队随后的研究重点放在磷脂酰肌醇衍生物上。

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15 AgriPhenoTM 快讯

补充图5 外源添加磷脂酰肌醇延缓了rbl1的病斑形成

图2-1  RBL1作为CDP - DAG合成酶发挥功能,rbl1中磷脂酰肌醇水平升高能更好地平衡抗性和生物量

为了测试外源性补充磷脂是否可以挽救LMM表型,我们进行了化学互补试验,观察到外源添加磷脂酰肌醇的培养

基,推迟了rbl1的病斑形成,而磷脂酸加速了的病斑形成(补充图5a - d)。将呼吸爆发氧化酶同源蛋白( RBOH ) 抑

制剂二亚苯基碘化铵应用于rbl1,可以缓解LMM表型(补充图5e)。

为了测试增加磷脂酰肌醇的含量是否可以挽救LMM表型,研究团队在rbl1中过表达水稻PIS1(OsPIS1)。与rbl1

相比,OsPIS1::rbl1系中的病斑比例减少(图)。2f-i),病程相关(PR)基因的表达量和稻瘟菌抗性降低,

但高于KitaaKe(图2f-j)。同时OsPIS1::rbl1植株的磷脂酰肌醇含量恢复到KitaaKe的80%,PtdInsP和PtdInsP2的

含量完全恢复(图2k)。同样在rbl1中过表达了磷脂酸磷酸水解酶编码基因OsPAH2(图2i)。OsPAH2::rbl1系中磷

脂酸含量恢复,PR基因的表达水平仅略有下降,病斑比例和稻瘟菌抗性没有改变(图2m-o)。这表明rbl1中磷脂酸

水平的升高仅以有限的方式有助于增强免疫力。因此该团队随后的研究重点放在磷脂酰肌醇衍生物上。

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AgriPhenoTM 快讯 16

脂质印迹结果显示在rbl1植物中膜PtdIns(4,5)P2减少(图3a,b),为进一步分析真菌侵染过程中PtdIns(4,5)P2

在原位的时空变化,研究团队构建了表达PtdIns(4,5)P2生物传感器的稳定转基因水稻品系。在Kitaake中沿质膜

均匀分布,但在rbl1中,PtdIns(4,5)P2在质膜上的信号微弱,并存在于未知囊泡中(图3c),蛋白印迹Western

blotting结果和荧光信号显著降低(图3d,e)。在稻瘟菌侵染后,PtdIns(4,5)P2迅速响应并聚集在侵入型菌丝尖端并

侵袭外菌丝膜(EIHM)上(图3g,h),富集在BIC感染特异性结构中(图3i),但在rbl1中的细胞质未观察到,BIC

形成率仅7.1%,远低于Kitaake的93.3%。综合来看PtdIns(4,5)P2在真菌和水稻的相互作用中发挥重要作用。

图2-2  RBL1作为CDP - DAG合成酶发挥功能,rbl1中磷脂酰肌醇水平升高能更好地平衡抗性和生物量

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AgriPhenoTM 快讯 16

脂质印迹结果显示在rbl1植物中膜PtdIns(4,5)P2减少(图3a,b),为进一步分析真菌侵染过程中PtdIns(4,5)P2

在原位的时空变化,研究团队构建了表达PtdIns(4,5)P2生物传感器的稳定转基因水稻品系。在Kitaake中沿质膜

均匀分布,但在rbl1中,PtdIns(4,5)P2在质膜上的信号微弱,并存在于未知囊泡中(图3c),蛋白印迹Western

blotting结果和荧光信号显著降低(图3d,e)。在稻瘟菌侵染后,PtdIns(4,5)P2迅速响应并聚集在侵入型菌丝尖端并

侵袭外菌丝膜(EIHM)上(图3g,h),富集在BIC感染特异性结构中(图3i),但在rbl1中的细胞质未观察到,BIC

形成率仅7.1%,远低于Kitaake的93.3%。综合来看PtdIns(4,5)P2在真菌和水稻的相互作用中发挥重要作用。

图2-2  RBL1作为CDP - DAG合成酶发挥功能,rbl1中磷脂酰肌醇水平升高能更好地平衡抗性和生物量

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17 AgriPhenoTM 快讯

rbl1株系具有广谱抗病性,但产量降低了约20倍,为了平衡抗病性和产量,通过多重基因组编辑来构建和筛选编

辑株系,发现12个碱基缺失的rbl1Δ12株系,表现出微小超敏反应样病变,且产生正常的种子(图4c,d),对

10个稻瘟菌、5个Xoo菌株和2个稻曲病菌的菌株具有抗性(图4 e-j)。相应地,与Kitaake相比,rbl1Δ12感染稻

曲病菌的颖花中真菌毒素水平降低了66.2 % (图4i )。通过无转基因种子进行大田试验,在不同地区低稻瘟菌的水

稻产区种植,评估了多个关键农艺性状,株高、单株分蘖数、结实率、千粒重和籽粒产量。除株高外,rbl1Δ12

和Kitaake的所有测量性状无明显差异。综上所述,Kitaake水稻的RBL1Δ12等位基因具有强大的广谱抗病性,而

不会降低产量。

图3  rbl1植株中富集在侵染特异性结构中Ptd Ins ( 4,5)P2减少

图4-1  rbl1Δ12具有广谱抗病性,且在田间试验中没有观察到产量损失

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17 AgriPhenoTM 快讯

rbl1株系具有广谱抗病性,但产量降低了约20倍,为了平衡抗病性和产量,通过多重基因组编辑来构建和筛选编

辑株系,发现12个碱基缺失的rbl1Δ12株系,表现出微小超敏反应样病变,且产生正常的种子(图4c,d),对

10个稻瘟菌、5个Xoo菌株和2个稻曲病菌的菌株具有抗性(图4 e-j)。相应地,与Kitaake相比,rbl1Δ12感染稻

曲病菌的颖花中真菌毒素水平降低了66.2 % (图4i )。通过无转基因种子进行大田试验,在不同地区低稻瘟菌的水

稻产区种植,评估了多个关键农艺性状,株高、单株分蘖数、结实率、千粒重和籽粒产量。除株高外,rbl1Δ12

和Kitaake的所有测量性状无明显差异。综上所述,Kitaake水稻的RBL1Δ12等位基因具有强大的广谱抗病性,而

不会降低产量。

图3  rbl1植株中富集在侵染特异性结构中Ptd Ins ( 4,5)P2减少

图4-1  rbl1Δ12具有广谱抗病性,且在田间试验中没有观察到产量损失

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AgriPhenoTM 快讯 18

rbl1Δ12

中缺失的4个氨基酸具有保守性,ROS水平响应几丁质与其他水稻类似,此外RBL1基因表达水平显著降低

(补充图7b-d)。RBL1可回补rbl1Δ12

,但rbl1Δ12

不能回补rbl1(补充图7j-i),与rbl1Δ12

与Kitaake杂交的F2群体

中稻瘟病菌抗性表现也证实了互补结果,说明RBL1位点以反向剂量调节来促进免疫力(补充图7m-o)。此外研

究团队在两个水稻品种“日本晴”和“中华11号”中生成了RBL1编辑的株系,稻瘟病菌抗性增强,生长正常,

类似于rbl1Δ12

(补充图9)。

图4-2  rbl1Δ12具有广谱抗病性,且在田间试验中没有观察到产量损失

补充图7-1  rbl1Δ12株系及等位基因的鉴定

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AgriPhenoTM 快讯 18

rbl1Δ12

中缺失的4个氨基酸具有保守性,ROS水平响应几丁质与其他水稻类似,此外RBL1基因表达水平显著降低

(补充图7b-d)。RBL1可回补rbl1Δ12

,但rbl1Δ12

不能回补rbl1(补充图7j-i),与rbl1Δ12

与Kitaake杂交的F2群体

中稻瘟病菌抗性表现也证实了互补结果,说明RBL1位点以反向剂量调节来促进免疫力(补充图7m-o)。此外研

究团队在两个水稻品种“日本晴”和“中华11号”中生成了RBL1编辑的株系,稻瘟病菌抗性增强,生长正常,

类似于rbl1Δ12

(补充图9)。

图4-2  rbl1Δ12具有广谱抗病性,且在田间试验中没有观察到产量损失

补充图7-1  rbl1Δ12株系及等位基因的鉴定

第85页

科研动态 RESEARCH TRENDS

19 AgriPhenoTM 快讯

本研究结果揭示了磷脂代谢与抗病性的关系,获得了具有广谱抗病性但不降低产量的株系,表明了微调参与感染

特异性结构形成的宿主因子是平衡免疫力和产量的策略,为作物抗病研究方向做出重要参考,应加大基因编辑技

术对负调节因子的改造利用,且对不同的LMM基因和作物具有重要的参考价值。

华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室李国田教授和加州大学戴维斯分校/

劳伦斯伯克利国家实验室Pamela C. Ronald院士为该论文共同通讯作者。李国田教授团队博士研究生沙干、孙鹏

为本论文共同第一作者。西北农林科技大学康振生院士、法国波尔多大学Yohann Boutté教授、作物遗传改良全

国重点实验室郭亮教授、李强教授和谢卡斌教授、江西省农业科学院水稻研究所黄仁良副研究员、农业微生物资

源发掘与利用全国重点实验室郑露副教授、深圳华大生命科学研究院丘璨瑜副研究员、山东省农科院徐建第研究

员、澳大利亚阿德莱德大学Jenny Mortimer教授等国内外科研机构研究人员参与了合作研究。

补充图7  rbl1Δ12株系及等位基因的鉴定

Sha, G., Sun, P., Kong, X., et al. Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance[J]. Nature, 2023, 618,

1017–1023.

参考文献

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19 AgriPhenoTM 快讯

本研究结果揭示了磷脂代谢与抗病性的关系,获得了具有广谱抗病性但不降低产量的株系,表明了微调参与感染

特异性结构形成的宿主因子是平衡免疫力和产量的策略,为作物抗病研究方向做出重要参考,应加大基因编辑技

术对负调节因子的改造利用,且对不同的LMM基因和作物具有重要的参考价值。

华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室李国田教授和加州大学戴维斯分校/

劳伦斯伯克利国家实验室Pamela C. Ronald院士为该论文共同通讯作者。李国田教授团队博士研究生沙干、孙鹏

为本论文共同第一作者。西北农林科技大学康振生院士、法国波尔多大学Yohann Boutté教授、作物遗传改良全

国重点实验室郭亮教授、李强教授和谢卡斌教授、江西省农业科学院水稻研究所黄仁良副研究员、农业微生物资

源发掘与利用全国重点实验室郑露副教授、深圳华大生命科学研究院丘璨瑜副研究员、山东省农科院徐建第研究

员、澳大利亚阿德莱德大学Jenny Mortimer教授等国内外科研机构研究人员参与了合作研究。

补充图7  rbl1Δ12株系及等位基因的鉴定

Sha, G., Sun, P., Kong, X., et al. Genome editing of a rice CDP-DAG synthase confers multipathogen resistance[J]. Nature, 2023, 618,

1017–1023.

参考文献

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RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 20

单倍体育种技术能显著缩短纯系获得的时间,已成为玉米现代作物育种关键共性技术。基于研究团队前期在玉

米中克隆的关键诱导基因ZmPLA1和ZmDMP,已成功将玉米单倍体诱导体系拓展至水稻、小麦、谷子、番茄、

苜蓿、油菜、烟草、马铃薯、西瓜等作物中。

通过双单倍体(Doubled Haploid,DH)育种技术的运用,纯系只需1-2个世代即可产生,显著缩短育种周期,

大大加快了育种进程。DH系生产包括3个环节,即单倍体诱导、单倍体加倍和DH系繁殖与鉴定,每个环节都对纯

系的生产效率至关重要。由于多数物种中诱导后所获得的单倍体只占后代的2%左右,因此需要一套高效鉴别体系

以实现单倍体的快速挑选。现有的单倍体鉴别体系中,R1-nj、RFP和eGFP标记虽已被成功应用于玉米、番茄等作

物的单倍体鉴别,但R1-nj目前仅限在玉米中使用且易受种质背景的影响,RFP和eGFP则依赖特定的设备。因此,

目前仍缺乏一种高效、可视化的单倍体鉴别标记。甜菜红素是以酪氨酸为底物经CYP76AD1、DODA、GT三种酶

催化合成的产物,甜菜红素合成系统RUBY则将这三种酶的合成偶联到一个开放的阅读框中。酪氨酸在植物细胞内

广泛存在,理论上RUBY能在植物的任何组织中表达,是理想的单倍体鉴别标记。

近日,中国农业大学国家玉米改良中心的研究团队在《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“The 

RUBY reporter enables efficient haploid identification in maize and tomato”的研究论文,介绍了研究团队首

次将甜菜红素标记,用于玉米和番茄单倍体的高效鉴别,为玉米和番茄单倍体生产提供了有力工具,为跨作物

单倍体鉴别体系创建提供了重要借鉴。

PBJ:

作物通用型、高效可视化单倍体鉴别系统

RUBY

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AgriPhenoTM 快讯 20

单倍体育种技术能显著缩短纯系获得的时间,已成为玉米现代作物育种关键共性技术。基于研究团队前期在玉

米中克隆的关键诱导基因ZmPLA1和ZmDMP,已成功将玉米单倍体诱导体系拓展至水稻、小麦、谷子、番茄、

苜蓿、油菜、烟草、马铃薯、西瓜等作物中。

通过双单倍体(Doubled Haploid,DH)育种技术的运用,纯系只需1-2个世代即可产生,显著缩短育种周期,

大大加快了育种进程。DH系生产包括3个环节,即单倍体诱导、单倍体加倍和DH系繁殖与鉴定,每个环节都对纯

系的生产效率至关重要。由于多数物种中诱导后所获得的单倍体只占后代的2%左右,因此需要一套高效鉴别体系

以实现单倍体的快速挑选。现有的单倍体鉴别体系中,R1-nj、RFP和eGFP标记虽已被成功应用于玉米、番茄等作

物的单倍体鉴别,但R1-nj目前仅限在玉米中使用且易受种质背景的影响,RFP和eGFP则依赖特定的设备。因此,

目前仍缺乏一种高效、可视化的单倍体鉴别标记。甜菜红素是以酪氨酸为底物经CYP76AD1、DODA、GT三种酶

催化合成的产物,甜菜红素合成系统RUBY则将这三种酶的合成偶联到一个开放的阅读框中。酪氨酸在植物细胞内

广泛存在,理论上RUBY能在植物的任何组织中表达,是理想的单倍体鉴别标记。

近日,中国农业大学国家玉米改良中心的研究团队在《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“The 

RUBY reporter enables efficient haploid identification in maize and tomato”的研究论文,介绍了研究团队首

次将甜菜红素标记,用于玉米和番茄单倍体的高效鉴别,为玉米和番茄单倍体生产提供了有力工具,为跨作物

单倍体鉴别体系创建提供了重要借鉴。

PBJ:

作物通用型、高效可视化单倍体鉴别系统

RUBY

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21 AgriPhenoTM 快讯

研究团队将甜菜红素合成系统RUBY导入玉米单倍体诱导系中,创制了在幼胚、幼芽、幼苗和成熟植株均能大量

积累甜菜红素的RUBY诱导系(图1)。为了在不同的生长阶段实现甜菜红素的积累,研究团队选择ZmUBI启动

子来驱动RUBY在玉米中的表达(图1a)。载体转化后,得到了六个阳性转基因事件。转基因事件#1、#2和#3

的叶片、茎、籽粒均表现出正常的颜色,因此这些事件被弃选。转基因事件#4和#5表现出红绿条纹的叶片、绿

色的茎和深红色的种子,转基因事件#6在茎、叶和种子均显出强烈的红色素沉淀。将转基因事件#5与单倍体诱

导系CHOI4杂交获得F1种子携带RUBY标记,将F1种植并自交得到F2分离后代。在F2中,所有的植物都进行了基

因分型和自交,挑选出其中3个携带杂合的Zmpla1、Zmdmp和RUBY基因型的个体自交产生F3。通过检测F3代

每个自交果穗上的籽粒,研究团队确定了一个具有纯合Zmpla1、Zmdmp和RUBY等位基因的个体作为RUBY单

倍体诱导系(也称RUBY诱导系)(图1b),其茎、叶、雄穗(图1b)、授粉15天的籽粒胚(图1c)、萌发的

根和芽(图1d&e)、雌穗(图1f)、幼苗(图1g)均表现出深红紫色,且成熟的籽粒胚中色素沉淀也要明显高

于诱导系CHOI4(1h&i)。

为了评估RUBY标记在杂交诱导中的表现,研究团队利用ZD958作为雌性亲本与RUBY诱导系杂交,杂交种的籽粒

呈红色(图1h)。籽粒的垂直切面显示,甜菜红素主要在胚和糊粉层中积累,而在胚乳中比较少(图1h)。在杂

交后代籽粒中,研究团队还发现了具有红色糊粉层和无色胚的籽粒,这些籽粒是单倍体(图1h)。与来自ZD958

和CHOI4杂交诱导产生的单倍体籽粒相比,ZD958和RUBY杂交诱导产生的单倍体籽粒胚的色素沉淀要强得多(图

1h&i)。

图1 玉米RUBY单倍体诱导系的开发和特征

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21 AgriPhenoTM 快讯

研究团队将甜菜红素合成系统RUBY导入玉米单倍体诱导系中,创制了在幼胚、幼芽、幼苗和成熟植株均能大量

积累甜菜红素的RUBY诱导系(图1)。为了在不同的生长阶段实现甜菜红素的积累,研究团队选择ZmUBI启动

子来驱动RUBY在玉米中的表达(图1a)。载体转化后,得到了六个阳性转基因事件。转基因事件#1、#2和#3

的叶片、茎、籽粒均表现出正常的颜色,因此这些事件被弃选。转基因事件#4和#5表现出红绿条纹的叶片、绿

色的茎和深红色的种子,转基因事件#6在茎、叶和种子均显出强烈的红色素沉淀。将转基因事件#5与单倍体诱

导系CHOI4杂交获得F1种子携带RUBY标记,将F1种植并自交得到F2分离后代。在F2中,所有的植物都进行了基

因分型和自交,挑选出其中3个携带杂合的Zmpla1、Zmdmp和RUBY基因型的个体自交产生F3。通过检测F3代

每个自交果穗上的籽粒,研究团队确定了一个具有纯合Zmpla1、Zmdmp和RUBY等位基因的个体作为RUBY单

倍体诱导系(也称RUBY诱导系)(图1b),其茎、叶、雄穗(图1b)、授粉15天的籽粒胚(图1c)、萌发的

根和芽(图1d&e)、雌穗(图1f)、幼苗(图1g)均表现出深红紫色,且成熟的籽粒胚中色素沉淀也要明显高

于诱导系CHOI4(1h&i)。

为了评估RUBY标记在杂交诱导中的表现,研究团队利用ZD958作为雌性亲本与RUBY诱导系杂交,杂交种的籽粒

呈红色(图1h)。籽粒的垂直切面显示,甜菜红素主要在胚和糊粉层中积累,而在胚乳中比较少(图1h)。在杂

交后代籽粒中,研究团队还发现了具有红色糊粉层和无色胚的籽粒,这些籽粒是单倍体(图1h)。与来自ZD958

和CHOI4杂交诱导产生的单倍体籽粒相比,ZD958和RUBY杂交诱导产生的单倍体籽粒胚的色素沉淀要强得多(图

1h&i)。

图1 玉米RUBY单倍体诱导系的开发和特征

第88页

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AgriPhenoTM 快讯 22

进一步的研究表明,RUBY在授粉后10天的杂交幼胚中便能显色,且随着授粉时间的增加,颜色逐渐加深;经24

小时的体外培养后,甜菜红素能进一步积累,可实现玉米单倍幼胚的鉴别,准确率高达100%(图2)。

许多热带和温带的玉米种质都携带

R1-nj的抑制因子,如C1-l阻碍花青

素的积累,导致弱色或无色的籽粒

胚的表型。为了测试RUBY在这些

C1-l种质中的表现和稳定性,研究

团队将纯合的RUBY单倍体诱导系、

CHOI4和MAGIC1,分别与携带C1-l

的自交系Zong31杂交。在授粉后

10天时,Zong31与RUBY诱导系杂

交产生的二倍体在0小时内表现浅

红色,在体外培养24小时后显示深

红色(图3a)。而来自Zong31与

CHOI4、Zong31与MAGIC1杂交产

生的二倍体没有表现出可见的花青

素沉淀,即使在体外培养24小时后

也是如此(图3a)。在授粉后16

天,来自Zong31与RUBY诱导系杂

交的二倍体籽粒胚显示出深红紫色,且比授粉后10天时更明显(图3a)。Zong31与CHOI4杂交产生的二倍体籽

粒胚仍然是无色的(图3a),Zong31与MAGIC1杂交产生的二倍体籽粒胚则显示出良好的色素表现,但花青素

在胚中分布不均(图3a)。XY335、ZND632和ZND688与RUBY诱导系杂交产生的二倍体和单倍体的籽粒胚在授

粉后10天和16天时表现出不同的色素沉淀。这些结果表明,甜菜红素可以克制色素抑制因子的影响,并在不同

种质中发挥作用。

图2 利用未成熟的胚鉴定玉米RUBY诱导系产生的单倍体

图3 RUBY在玉米不同种质中的功能

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AgriPhenoTM 快讯 22

进一步的研究表明,RUBY在授粉后10天的杂交幼胚中便能显色,且随着授粉时间的增加,颜色逐渐加深;经24

小时的体外培养后,甜菜红素能进一步积累,可实现玉米单倍幼胚的鉴别,准确率高达100%(图2)。

许多热带和温带的玉米种质都携带

R1-nj的抑制因子,如C1-l阻碍花青

素的积累,导致弱色或无色的籽粒

胚的表型。为了测试RUBY在这些

C1-l种质中的表现和稳定性,研究

团队将纯合的RUBY单倍体诱导系、

CHOI4和MAGIC1,分别与携带C1-l

的自交系Zong31杂交。在授粉后

10天时,Zong31与RUBY诱导系杂

交产生的二倍体在0小时内表现浅

红色,在体外培养24小时后显示深

红色(图3a)。而来自Zong31与

CHOI4、Zong31与MAGIC1杂交产

生的二倍体没有表现出可见的花青

素沉淀,即使在体外培养24小时后

也是如此(图3a)。在授粉后16

天,来自Zong31与RUBY诱导系杂

交的二倍体籽粒胚显示出深红紫色,且比授粉后10天时更明显(图3a)。Zong31与CHOI4杂交产生的二倍体籽

粒胚仍然是无色的(图3a),Zong31与MAGIC1杂交产生的二倍体籽粒胚则显示出良好的色素表现,但花青素

在胚中分布不均(图3a)。XY335、ZND632和ZND688与RUBY诱导系杂交产生的二倍体和单倍体的籽粒胚在授

粉后10天和16天时表现出不同的色素沉淀。这些结果表明,甜菜红素可以克制色素抑制因子的影响,并在不同

种质中发挥作用。

图2 利用未成熟的胚鉴定玉米RUBY诱导系产生的单倍体

图3 RUBY在玉米不同种质中的功能

第89页

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23 AgriPhenoTM 快讯

为探究RUBY在双子叶作物中鉴别单倍体的效果,研究团队创制了在种子、萌发的幼根和幼苗中稳定表达甜菜红

素的RUBY诱导系(图4)。在番茄中,用CaMV 35S启动子驱动RUBY的表达(图4a)。转化后,根据叶、茎、

种子、萌发的幼根和幼苗的颜色,将21个转基因事件分为10个不同的类型,其中转基因事件#12、#13、#20和

#21具有清晰的红色根茎。其中转基因事件#20和#21在所有的组织中都显示出强烈的红色色素沉淀,并且生长

迟缓;转基因事件#12和#13在植物颜色和生长方面表现正常,并选择并自交以获得纯合的RUBY诱导系。连续

自交选择,最终转基因后代#13-5-6被选为候选番茄RUBY诱导系(图4b),其种子、萌发的幼根、下胚轴和子

叶均呈现深红色(图4g-j),且萌发的幼根的色素在生长过程中不断加深(图4h&i)。随着植株的生长,只有

底部的叶片保持浅红色,植株中部和顶部的叶片呈现绿色(图4b&c)。RUBY诱导系的果实颜色与野生型植株

的颜色相似(图4e&f),但是花瓣与野生型略有不同,其基部显示为浅红色(图4d)。

图4 番茄RUBY单倍体诱导系的开发和特征

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23 AgriPhenoTM 快讯

为探究RUBY在双子叶作物中鉴别单倍体的效果,研究团队创制了在种子、萌发的幼根和幼苗中稳定表达甜菜红

素的RUBY诱导系(图4)。在番茄中,用CaMV 35S启动子驱动RUBY的表达(图4a)。转化后,根据叶、茎、

种子、萌发的幼根和幼苗的颜色,将21个转基因事件分为10个不同的类型,其中转基因事件#12、#13、#20和

#21具有清晰的红色根茎。其中转基因事件#20和#21在所有的组织中都显示出强烈的红色色素沉淀,并且生长

迟缓;转基因事件#12和#13在植物颜色和生长方面表现正常,并选择并自交以获得纯合的RUBY诱导系。连续

自交选择,最终转基因后代#13-5-6被选为候选番茄RUBY诱导系(图4b),其种子、萌发的幼根、下胚轴和子

叶均呈现深红色(图4g-j),且萌发的幼根的色素在生长过程中不断加深(图4h&i)。随着植株的生长,只有

底部的叶片保持浅红色,植株中部和顶部的叶片呈现绿色(图4b&c)。RUBY诱导系的果实颜色与野生型植株

的颜色相似(图4e&f),但是花瓣与野生型略有不同,其基部显示为浅红色(图4d)。

图4 番茄RUBY单倍体诱导系的开发和特征

第90页

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AgriPhenoTM 快讯 24

为了评估RUBY的HID性能,将RUBY诱导系与普通番茄杂交后,未萌发种子均呈现出红色,种子萌发后,单倍体

幼根颜色正常,而二倍体幼根呈深红色,两者差异明显(图5),且随着根系的生长,与野生型相比,红色的幼

根显示出更强的色素沉淀(图5a)。通过幼根色素差异,可实现高效的番茄单倍体裸眼鉴别,具有红色幼根的

种子是二倍体(图5b),而具有白色幼根的种子是单倍体(图5c)。随后的分子标记分析证实,所有颜色判定

的单倍体都是母本基因型且所有颜色判定的二倍体都是杂合子(图5d)。通过流式细胞仪分析,结果显示所有

个体都是真正的单倍体和二倍体(图5e&f)。综上所述,在单倍体诱导剂中引入RUBY报告基因,可以实现番茄

的准确HID。

该研究首次利用甜菜红素合成系统RUBY创制了玉米和番茄RUBY单倍体诱导系,分别实现了在玉米和番茄高效的

单倍体鉴别,为跨作物单倍体鉴别体系提供一种全新的方法和策略,有助于进一步推动作物育种共性关键技术的

发展与应用。

图5 番茄RUBY诱导系产生的单倍体鉴定

Wang D, Zhong Y, Feng B, et al. The RUBY reporter enables efficient haploid identification in maize and tomato[J]. Plant Biotechnology

Journal, 2023.

参考文献

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 24

为了评估RUBY的HID性能,将RUBY诱导系与普通番茄杂交后,未萌发种子均呈现出红色,种子萌发后,单倍体

幼根颜色正常,而二倍体幼根呈深红色,两者差异明显(图5),且随着根系的生长,与野生型相比,红色的幼

根显示出更强的色素沉淀(图5a)。通过幼根色素差异,可实现高效的番茄单倍体裸眼鉴别,具有红色幼根的

种子是二倍体(图5b),而具有白色幼根的种子是单倍体(图5c)。随后的分子标记分析证实,所有颜色判定

的单倍体都是母本基因型且所有颜色判定的二倍体都是杂合子(图5d)。通过流式细胞仪分析,结果显示所有

个体都是真正的单倍体和二倍体(图5e&f)。综上所述,在单倍体诱导剂中引入RUBY报告基因,可以实现番茄

的准确HID。

该研究首次利用甜菜红素合成系统RUBY创制了玉米和番茄RUBY单倍体诱导系,分别实现了在玉米和番茄高效的

单倍体鉴别,为跨作物单倍体鉴别体系提供一种全新的方法和策略,有助于进一步推动作物育种共性关键技术的

发展与应用。

图5 番茄RUBY诱导系产生的单倍体鉴定

Wang D, Zhong Y, Feng B, et al. The RUBY reporter enables efficient haploid identification in maize and tomato[J]. Plant Biotechnology

Journal, 2023.

参考文献

第91页

科研动态 RESEARCH TRENDS

25 AgriPhenoTM 快讯

图1 基于属性的响应和效应框架

(Laughlin, 2014)

植物功能属性不但影响 植

物个体的适合度(响应属性

Response traits),而且影响

生态系统的功能(效应属性

Effect traits)。相比地上功能

属性,地下功能属性研究相对

滞后,但地下功能属性在响应

环境变化中的重要作用不可忽

视(响应)。群落物种组成、

生态系统物质循环、生态系统

抗侵蚀性等生态系统功能也受

到包括粗根、细根、根状茎、

鳞茎和块茎在内的地下器官及

其功能属性的影响(效应)。

鉴于当前对地下功能属性如何影响生态系统功能的认识主要基于对少数物种或过程的研究,缺乏生态系统水平的

系统性研究,捷克科学院植物研究所的Klimesová等(2023)聚焦温带草地生态系统地下功能属性和生态系统功

能沿干旱梯度的变化规律,基于文献调研,挖掘了与干旱梯度上植被突变相关的地下器官效应属性。研究发现,

干旱化早期,植物地下功能属性变得更加保守,产生少量的地下凋落物,导致养分循环速率变慢;随着干旱加

剧,季节性更新对地下芽库的依赖较小,对种子的依赖增加,导致生产力的年际变异增大;根状茎植物逐步从群

落中退出,深根植物在群落中变得越来越重要,导致土壤资源利用格局发生改变,且土壤变得更易受到侵蚀;在

极端干旱条件下,除多年生鳞茎植物外,多年生植物将从植物群落中退出,群落变成由只产生少量凋落物和能够

利用短暂降水的一年生植物主导,生态系统崩溃。研究结果表明,地下功能属性有助于认识环境变化下生态系统

功能的转变机制。

最近,该项研究结果以“Belowground plant traits and their ecosystem functions along aridity gradients in

grasslands”为题发表于Plant and Soil。

文/高巧

Plant Soil

草地生态系统地下功能属性及其生态系统功能

沿干旱梯度的变化规律

科研动态 RESEARCH TRENDS

25 AgriPhenoTM 快讯

图1 基于属性的响应和效应框架

(Laughlin, 2014)

植物功能属性不但影响 植

物个体的适合度(响应属性

Response traits),而且影响

生态系统的功能(效应属性

Effect traits)。相比地上功能

属性,地下功能属性研究相对

滞后,但地下功能属性在响应

环境变化中的重要作用不可忽

视(响应)。群落物种组成、

生态系统物质循环、生态系统

抗侵蚀性等生态系统功能也受

到包括粗根、细根、根状茎、

鳞茎和块茎在内的地下器官及

其功能属性的影响(效应)。

鉴于当前对地下功能属性如何影响生态系统功能的认识主要基于对少数物种或过程的研究,缺乏生态系统水平的

系统性研究,捷克科学院植物研究所的Klimesová等(2023)聚焦温带草地生态系统地下功能属性和生态系统功

能沿干旱梯度的变化规律,基于文献调研,挖掘了与干旱梯度上植被突变相关的地下器官效应属性。研究发现,

干旱化早期,植物地下功能属性变得更加保守,产生少量的地下凋落物,导致养分循环速率变慢;随着干旱加

剧,季节性更新对地下芽库的依赖较小,对种子的依赖增加,导致生产力的年际变异增大;根状茎植物逐步从群

落中退出,深根植物在群落中变得越来越重要,导致土壤资源利用格局发生改变,且土壤变得更易受到侵蚀;在

极端干旱条件下,除多年生鳞茎植物外,多年生植物将从植物群落中退出,群落变成由只产生少量凋落物和能够

利用短暂降水的一年生植物主导,生态系统崩溃。研究结果表明,地下功能属性有助于认识环境变化下生态系统

功能的转变机制。

最近,该项研究结果以“Belowground plant traits and their ecosystem functions along aridity gradients in

grasslands”为题发表于Plant and Soil。

文/高巧

Plant Soil

草地生态系统地下功能属性及其生态系统功能

沿干旱梯度的变化规律

第92页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 26

图2 草地生态系统物种组成和盖度在干旱梯度上发生突变

图3 北美大草原(A)和内蒙古草原(B、C)芽库密度(A、B)和不同地下芽在干旱梯度上的相对表现(C)

Klimešová, J., Martínková, J., Bartušková, A. et al. Belowground plant traits and their ecosystem functions along aridity gradients in

grasslands[J]. Plant and Soil, 2023.

参考文献

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 26

图2 草地生态系统物种组成和盖度在干旱梯度上发生突变

图3 北美大草原(A)和内蒙古草原(B、C)芽库密度(A、B)和不同地下芽在干旱梯度上的相对表现(C)

Klimešová, J., Martínková, J., Bartušková, A. et al. Belowground plant traits and their ecosystem functions along aridity gradients in

grasslands[J]. Plant and Soil, 2023.

参考文献

第93页

科研动态 RESEARCH TRENDS

27 AgriPhenoTM 快讯

众所周知,人类设计除草剂是为了杀死杂草,而在除草剂被反复使用的过程中自发的杂草除草剂抗性突变有巨大

的选择优势,并往往会迅速主导杂草种群。导致杂草快速适应并表现抗性的两种主要机制是非靶点抗性(NTSR)和

靶点抗性(TSR)。NTSR是指降解或物理上阻止活性成分达到其目标的过程,NTSR通常涉及多个基因,抗性通常是

定量的。TSR具有更多的定性效应,例如对高水平除草剂的抗性为特征,并且可以追溯到改变除草剂靶标酶中单

个氨基酸的大效应基因突变。虽然这对农民来说是个麻烦,但也为详细研究生物体如何快速响应强烈的选择提供

了机会,尤其是新产生的突变和群体中已存在的突变都起到什么样的作用,哪个更重要?

近日,德国霍恩海姆大学、马普生物所、根特大学、美国宾夕法尼亚大学、奥地利科学院、弗雷德里希·米歇尔

实验室以及巴斯夫公司的联合研究团队在《PNAS》在线发表了题为“Standing genetic variation fuels rapid

evolution of herbicide resistance in blackgrass”的研究论文,介绍了研究团队通过组装大穗看麦娘( Alopecurus

myosuroides )高质量参考基因组、分析已知抗除草剂等位基因变异以前向时间算法模拟发现TSR可能主要是由群

体中已存在遗传变异引起的,而新的突变只起次要作用,此外TSR的出现很可能早于除草剂的应用。这对于杂草

防治和除草剂的可持续利用具有积极的指导意义。

为了进行基因组测序和组装,研究团队从一个来源于德国的除草剂敏感群体(Appels Wilde Samen GmbH,

Darmstadt)中选择了一个未携带已知ACCase、ALS或叶绿体psbA位点TSR突变的单株作为参考。前人通过福

尔根光度法估计大穗看麦娘(A. myosuroides)基因组大小范围为4.2 Gb到4.7 Gb。为了更准确地估计所选单株

的基因组大小,研究团队用黑麦(Secale cereale)作为参考标准,进行了流式细胞测量,估量单倍体基因组大

小为3.56 Gb(图1A)。通过获得约90倍的基因组覆盖率的PacBio连续长片段(CLRs)、约44倍基因组覆盖率

的Illumina PCR-free短读长以及约66倍基因组覆盖率的Hi-C染色质接触数据,研究团队用FALCON-Unzip的方法

从头组装了大穗看麦娘的基因组,最终组装大小为3.53 Gb,由七个Super-scaffolds组成(图1B)。

组装的大穗看麦娘的基因组与其他杂草类相比,其染色体水平的线性关系很高,其中线性关系最高的是青稞

(Hordeum vulgare)(图1C)。大穗看麦娘基因组的第2、3、4、5和7号染色体分别与青稞基因组第3、2、

6、1和5号染色体有接近1:1的同义替换关系(图1D)。一个例外是大穗看麦娘基因组的1号染色体(807 Mb)

包含了与青稞基因组第4、5和7号染色体呈线性关系的片段。

PNAS

杂草可通过群体中已存在的遗传变异

获得除草剂抗性

我们该如何可持续的使用除草剂?

科研动态 RESEARCH TRENDS

27 AgriPhenoTM 快讯

众所周知,人类设计除草剂是为了杀死杂草,而在除草剂被反复使用的过程中自发的杂草除草剂抗性突变有巨大

的选择优势,并往往会迅速主导杂草种群。导致杂草快速适应并表现抗性的两种主要机制是非靶点抗性(NTSR)和

靶点抗性(TSR)。NTSR是指降解或物理上阻止活性成分达到其目标的过程,NTSR通常涉及多个基因,抗性通常是

定量的。TSR具有更多的定性效应,例如对高水平除草剂的抗性为特征,并且可以追溯到改变除草剂靶标酶中单

个氨基酸的大效应基因突变。虽然这对农民来说是个麻烦,但也为详细研究生物体如何快速响应强烈的选择提供

了机会,尤其是新产生的突变和群体中已存在的突变都起到什么样的作用,哪个更重要?

近日,德国霍恩海姆大学、马普生物所、根特大学、美国宾夕法尼亚大学、奥地利科学院、弗雷德里希·米歇尔

实验室以及巴斯夫公司的联合研究团队在《PNAS》在线发表了题为“Standing genetic variation fuels rapid

evolution of herbicide resistance in blackgrass”的研究论文,介绍了研究团队通过组装大穗看麦娘( Alopecurus

myosuroides )高质量参考基因组、分析已知抗除草剂等位基因变异以前向时间算法模拟发现TSR可能主要是由群

体中已存在遗传变异引起的,而新的突变只起次要作用,此外TSR的出现很可能早于除草剂的应用。这对于杂草

防治和除草剂的可持续利用具有积极的指导意义。

为了进行基因组测序和组装,研究团队从一个来源于德国的除草剂敏感群体(Appels Wilde Samen GmbH,

Darmstadt)中选择了一个未携带已知ACCase、ALS或叶绿体psbA位点TSR突变的单株作为参考。前人通过福

尔根光度法估计大穗看麦娘(A. myosuroides)基因组大小范围为4.2 Gb到4.7 Gb。为了更准确地估计所选单株

的基因组大小,研究团队用黑麦(Secale cereale)作为参考标准,进行了流式细胞测量,估量单倍体基因组大

小为3.56 Gb(图1A)。通过获得约90倍的基因组覆盖率的PacBio连续长片段(CLRs)、约44倍基因组覆盖率

的Illumina PCR-free短读长以及约66倍基因组覆盖率的Hi-C染色质接触数据,研究团队用FALCON-Unzip的方法

从头组装了大穗看麦娘的基因组,最终组装大小为3.53 Gb,由七个Super-scaffolds组成(图1B)。

组装的大穗看麦娘的基因组与其他杂草类相比,其染色体水平的线性关系很高,其中线性关系最高的是青稞

(Hordeum vulgare)(图1C)。大穗看麦娘基因组的第2、3、4、5和7号染色体分别与青稞基因组第3、2、

6、1和5号染色体有接近1:1的同义替换关系(图1D)。一个例外是大穗看麦娘基因组的1号染色体(807 Mb)

包含了与青稞基因组第4、5和7号染色体呈线性关系的片段。

PNAS

杂草可通过群体中已存在的遗传变异

获得除草剂抗性

我们该如何可持续的使用除草剂?

第94页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 28

新组装的大穗看麦娘参考基因组使得评估欧洲范围内大穗看麦娘基因组的遗传多样性变得容易。研究团队对1123

个大穗看麦娘单株进行了ddRAD-Seq测序,这些单株全部来源于田间疑似抗除草剂的个体,代表了来源于9个

欧洲国家的44个种群,每个种群有22-24个单株。为了进行比较,研究团队还加入了三个除草剂敏感的参考种群

(图2)。该实验平均测序深度为22.6倍,研究团队共鉴定到109924个单核苷酸多态性(SNPs)。最大似然法

(ML)进化树分析显示,并未发现每个国家明确的系统进化情况(图2A)。

种群之间的总体遗传变异很低(FST范围:0.01至0.05,n = 47;图 2C),这与其他大穗看麦娘及其他野生杂草的

研究类似。种群内个体的相关度很高(FIS=0.1;范围0.06至0.12)。在混合分析中,研究团队鉴别出7到9个祖先

群(图2D),这与主成分分析(PCA)的聚类结果一致(图2B、D)。来自比利时(BE)、英国(UK)、卢森堡

(LX)和法国(FR)的单株在遗传上非常相似并聚集在一起。来自荷兰(NL)的一个种群NL11330其他种群差异

最大,FST值高达0.05(图2C)。来源德国(DE)的单株被分为三个亚群,其中一个亚群与瑞士(CH)的个体有

图1 来源于德国除草剂敏感群体的一个大穗看麦娘单株的参考基因组

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 28

新组装的大穗看麦娘参考基因组使得评估欧洲范围内大穗看麦娘基因组的遗传多样性变得容易。研究团队对1123

个大穗看麦娘单株进行了ddRAD-Seq测序,这些单株全部来源于田间疑似抗除草剂的个体,代表了来源于9个

欧洲国家的44个种群,每个种群有22-24个单株。为了进行比较,研究团队还加入了三个除草剂敏感的参考种群

(图2)。该实验平均测序深度为22.6倍,研究团队共鉴定到109924个单核苷酸多态性(SNPs)。最大似然法

(ML)进化树分析显示,并未发现每个国家明确的系统进化情况(图2A)。

种群之间的总体遗传变异很低(FST范围:0.01至0.05,n = 47;图 2C),这与其他大穗看麦娘及其他野生杂草的

研究类似。种群内个体的相关度很高(FIS=0.1;范围0.06至0.12)。在混合分析中,研究团队鉴别出7到9个祖先

群(图2D),这与主成分分析(PCA)的聚类结果一致(图2B、D)。来自比利时(BE)、英国(UK)、卢森堡

(LX)和法国(FR)的单株在遗传上非常相似并聚集在一起。来自荷兰(NL)的一个种群NL11330其他种群差异

最大,FST值高达0.05(图2C)。来源德国(DE)的单株被分为三个亚群,其中一个亚群与瑞士(CH)的个体有

图1 来源于德国除草剂敏感群体的一个大穗看麦娘单株的参考基因组

第95页

科研动态 RESEARCH TRENDS

29 AgriPhenoTM 快讯

共同的祖先,另一个与奥地利(AT)的个体有共同的祖先,第三个亚群是高度混杂的。波兰(PL)的种群与荷兰

的NL0166种群有共同的祖先。综上,整个欧洲范围内存在清晰的大穗看麦娘地理群体结构,尽管目前的数据无法

推断大穗看麦娘地理迁移的轨迹。

图2 基于109924个ddRAD-seq分子标记的47份欧洲大穗看麦娘群体结构分析

科研动态 RESEARCH TRENDS

29 AgriPhenoTM 快讯

共同的祖先,另一个与奥地利(AT)的个体有共同的祖先,第三个亚群是高度混杂的。波兰(PL)的种群与荷兰

的NL0166种群有共同的祖先。综上,整个欧洲范围内存在清晰的大穗看麦娘地理群体结构,尽管目前的数据无法

推断大穗看麦娘地理迁移的轨迹。

图2 基于109924个ddRAD-seq分子标记的47份欧洲大穗看麦娘群体结构分析

第96页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 30

大部分关于除草剂耐药性分子机制的研究都集中于除草剂抑制酶基因的突变上,主要是ALS和ACCase编码基因,

二者均可被一系列结构不同的化学物质抑制。为了了解特定位点突变和整体单倍型的多样性,研究团队扩增和分

析了所有欧洲群体个体约13.2 kb的ACCase基因和约3.6 kb的ALS基因的片段。结果显示,最常见ACCase基因突变

是Ile1781Leu,这与该替换突变的多效性相一致,该替换突变也会在没有选择压力的情况下产生而增加个体的适

应性(图3 A-C)。TSR突变通常以显性方式作用,71.4%的ACCase基因TSR突变以杂合子的形式出现。

个种群中,研究团队发现了来源于不同独立突变事件的不同TSR突变单倍型,而不是同一TSR突变被通过重组转

移到其他单倍型上(图3D)。这一观察结果以一种无偏见的方式证实了早期探索性研究的推论。同时,研究团

队发现了从同一单倍型的单个区域产生了两个或三个不同的TSR突变的7个单株(图3 B、C和E)。独立的(非重

合)ACCase TSR单倍型的最大值是10。

ACCase基因单倍型

的PCA分析可将所

有个体分为三个主

要群体。为了更好

地描述ACCase单倍

型的多样性,研究

团队进行了单倍型

进化树和关系网分

析(图3),结果

显示,不同复杂性

的单倍型网络 (图3

A-C)可能反映了

每个种群所受到的

选择压力。在群体

中,有TSR突变的

27个种群中只有4

个种群含有单一的

TSR单倍型,且单

一TSR单倍型的基

因频率很低,只有

不到10%,从定义

上来讲上,这反映

了很可能存在早期

的“硬扫荡”,但

是其他23个种群中

至少有两个TSR突

变的单倍型,这说

明“软扫荡”是正

常的。在其中14 图3 完整的ACCase基因(13.2 kb)的单倍型分析

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 30

大部分关于除草剂耐药性分子机制的研究都集中于除草剂抑制酶基因的突变上,主要是ALS和ACCase编码基因,

二者均可被一系列结构不同的化学物质抑制。为了了解特定位点突变和整体单倍型的多样性,研究团队扩增和分

析了所有欧洲群体个体约13.2 kb的ACCase基因和约3.6 kb的ALS基因的片段。结果显示,最常见ACCase基因突变

是Ile1781Leu,这与该替换突变的多效性相一致,该替换突变也会在没有选择压力的情况下产生而增加个体的适

应性(图3 A-C)。TSR突变通常以显性方式作用,71.4%的ACCase基因TSR突变以杂合子的形式出现。

个种群中,研究团队发现了来源于不同独立突变事件的不同TSR突变单倍型,而不是同一TSR突变被通过重组转

移到其他单倍型上(图3D)。这一观察结果以一种无偏见的方式证实了早期探索性研究的推论。同时,研究团

队发现了从同一单倍型的单个区域产生了两个或三个不同的TSR突变的7个单株(图3 B、C和E)。独立的(非重

合)ACCase TSR单倍型的最大值是10。

ACCase基因单倍型

的PCA分析可将所

有个体分为三个主

要群体。为了更好

地描述ACCase单倍

型的多样性,研究

团队进行了单倍型

进化树和关系网分

析(图3),结果

显示,不同复杂性

的单倍型网络 (图3

A-C)可能反映了

每个种群所受到的

选择压力。在群体

中,有TSR突变的

27个种群中只有4

个种群含有单一的

TSR单倍型,且单

一TSR单倍型的基

因频率很低,只有

不到10%,从定义

上来讲上,这反映

了很可能存在早期

的“硬扫荡”,但

是其他23个种群中

至少有两个TSR突

变的单倍型,这说

明“软扫荡”是正

常的。在其中14 图3 完整的ACCase基因(13.2 kb)的单倍型分析

第97页

科研动态 RESEARCH TRENDS

31 AgriPhenoTM 快讯

使用除草剂的强大选择压力导致了杂草非常快速的抗性适应,但这有一个主要的问题:除草剂抗性主要由在使用

除草剂之前群体中就已存在的遗传变异演变而来还是使用除草剂后出现的新的突变演变而来?为了回答这个问

题,研究团队使用Hermisson & Pennings的方程,推导出适应性的概率(即通过TSR突变进化出的除草剂抗性)

的期望值,以及这种适应性是由于群体中已存在遗传变异演化而来的可能性。结果显示,除草剂选择发生之前的

TSR变异的有害选择系数对适应的概率只有很小的影响(图4);TSR突变可能主要是由群体中已存在遗传变异引

起的,而新的突变只起次要作用(图5)。

综上所述,研究团队对不同情况下大穗看麦娘除草剂适应性的研究表明,随着人类对多样性的除草剂抗性机制的

了解,很大一部分大穗看麦娘种群可能早已具备了针对目前使用除草剂的抗性和未来潜在新作用方式的适应性的

的遗传变异,这对我们发展可持续的除草剂使用策略具有重要的指导意义。

图5 模拟由群体已有遗传变异或新发突变产生的TSR等位基因的预期等位基因频率

Kersten S, Chang J, Huber C D, et al. Standing genetic variation fuels rapid evolution of herbicide resistance in blackgrass[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023, 120(16): e2206808120.

参考文献

图4 不同场景适应性的模拟

科研动态 RESEARCH TRENDS

31 AgriPhenoTM 快讯

使用除草剂的强大选择压力导致了杂草非常快速的抗性适应,但这有一个主要的问题:除草剂抗性主要由在使用

除草剂之前群体中就已存在的遗传变异演变而来还是使用除草剂后出现的新的突变演变而来?为了回答这个问

题,研究团队使用Hermisson & Pennings的方程,推导出适应性的概率(即通过TSR突变进化出的除草剂抗性)

的期望值,以及这种适应性是由于群体中已存在遗传变异演化而来的可能性。结果显示,除草剂选择发生之前的

TSR变异的有害选择系数对适应的概率只有很小的影响(图4);TSR突变可能主要是由群体中已存在遗传变异引

起的,而新的突变只起次要作用(图5)。

综上所述,研究团队对不同情况下大穗看麦娘除草剂适应性的研究表明,随着人类对多样性的除草剂抗性机制的

了解,很大一部分大穗看麦娘种群可能早已具备了针对目前使用除草剂的抗性和未来潜在新作用方式的适应性的

的遗传变异,这对我们发展可持续的除草剂使用策略具有重要的指导意义。

图5 模拟由群体已有遗传变异或新发突变产生的TSR等位基因的预期等位基因频率

Kersten S, Chang J, Huber C D, et al. Standing genetic variation fuels rapid evolution of herbicide resistance in blackgrass[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023, 120(16): e2206808120.

参考文献

图4 不同场景适应性的模拟

第98页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 32

水稻(Oryza sativa L.)作为世界上种植最广泛的作物之一,是全球50%以上人口的主食和热量摄入来源, 尤其以

亚洲发展中国家为主,其比例甚至超过60%。近年来,随着世界人口不断增长和气候环境的急剧变化,全球粮食

系统将面对愈加严峻的压力,如何在减少环境破坏的前提下,持续性强化粮食生产对人类社会的福祉和繁荣举足

轻重。随着分子生物学的快速发展,下一代测序技术和高通量SNP分子标记等基因分型方法可以快速准确地实现

对水稻种质资源的鉴定,水稻基因组重测序数据的快速积累也为水稻数量性状位点和分子标记的开发提供了大量

的多态基因组序列,深入推进了有关水稻重要农艺性状的遗传基础的了解,迅速扩大了我们对水稻遗传变异的认

知。大量水稻基因组重测序数据的快速积累,探索如何将基因型与表型联系起来成为水稻育种研究的重中之重。

然而,传统的表型采集主要依靠人工进行,耗时、效率低、劳动力需求高,不仅极大增加了测量成本,而且因人

为主观性因素的存在也无法保证采集的表型数据质量。另外,表型参数的人工测量大多以破坏性测量为主,且通

常只能在固定时间点进行采样,无法对同一植株的动态发育过程及变化特征进行连续性测量。传统的表型获取方

式局限性较大且缺乏规范统一的表征标准,无法切实满足实际需求,表型测量技术的匮乏和创新型技术研发的滞

后已成为作物育种研究发展的瓶颈之一。随着光学成像系统和图像处理技术不断更新和发展,从图像层面对作物

生长发育情况进行分析的表型采集方式已逐渐得到育种学家的认可。基于光学成像技术,可快速高效完成作物表

型参数的获取,同时可在无损的前提下对同一植株生长发育相关性状进行连续测量,打破了传统表型测量的局限

性,配合自动化智能化农业设施,实现在稳定一致的环境条件下,高通量、准确、无损地对作物表型进行获取。

高通量植物表型分析平台作为作物育种研究解决方案的出现,弥合了作物基因型和表型分析之间的发展差距。人

们普遍认识到,可以在高通量表型设施的基础上评估植物生长和发育的动态过程。植物表型定量的方法和标准逐

渐引起育种研究者的广泛关注。近年来,随着机器学习等创新人工智能方法的出现,在表型分析的图像处理中得

到广泛应用,由于此类方法强大的适应性和图像处理能力,取得了令人瞩目的成就。

2023年6月,中国科学院遗传与发育生物学研究所作物表型组学研究中心和华中农业大学杨万能团队在Plant

Phenomics杂志上联合发表了题为“A Strategy for the Acquisition and Analysis of Image-Based Phenome in

Rice during the Whole Growth Period”的研究论文。该文通过高通量可见光成像平台对水稻全生育期图像进

行获取,提出一种基于图像的水稻全生育期时空表型组获取及解析策略,并对获取得到的时空多维度表型性状

信息进行解读分析,挖掘表型和基因型之间的关联。研究选用93 个来自不同地区的水稻主栽品种(包括 32 个

籼稻品种和 61 个粳稻品种)作为实验材料,于统一环境条件下进行培育,共4个重复。使用中国科学院遗传与

发育生物学研究所的温室型高通量植物表型成像系统(LemnaTec GmbH, Germany)完成实验材料的自动化运输

和图像自动采集工作,保证培育条件统一、采集方式统一、采集位置统一。通过提出的策略获取和分析了水稻

整个生长期的58个基于图像的性状(i-raits)。这些i-raits可以解释高达84.8%的水稻产量表型变异。共检测到

285个i-raits的推定数量性状位点(QTL),并在i-raits的基础上,在时间和器官维度上应用主成分分析,同时

进行全基因组关联研究,分离QTL。此外,不同基因型群体结构和不同选育稻区之间在表型性状方面的差异表

文/王吉生

基于图像的水稻全生育期表型数据获取与

解析策略

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 32

水稻(Oryza sativa L.)作为世界上种植最广泛的作物之一,是全球50%以上人口的主食和热量摄入来源, 尤其以

亚洲发展中国家为主,其比例甚至超过60%。近年来,随着世界人口不断增长和气候环境的急剧变化,全球粮食

系统将面对愈加严峻的压力,如何在减少环境破坏的前提下,持续性强化粮食生产对人类社会的福祉和繁荣举足

轻重。随着分子生物学的快速发展,下一代测序技术和高通量SNP分子标记等基因分型方法可以快速准确地实现

对水稻种质资源的鉴定,水稻基因组重测序数据的快速积累也为水稻数量性状位点和分子标记的开发提供了大量

的多态基因组序列,深入推进了有关水稻重要农艺性状的遗传基础的了解,迅速扩大了我们对水稻遗传变异的认

知。大量水稻基因组重测序数据的快速积累,探索如何将基因型与表型联系起来成为水稻育种研究的重中之重。

然而,传统的表型采集主要依靠人工进行,耗时、效率低、劳动力需求高,不仅极大增加了测量成本,而且因人

为主观性因素的存在也无法保证采集的表型数据质量。另外,表型参数的人工测量大多以破坏性测量为主,且通

常只能在固定时间点进行采样,无法对同一植株的动态发育过程及变化特征进行连续性测量。传统的表型获取方

式局限性较大且缺乏规范统一的表征标准,无法切实满足实际需求,表型测量技术的匮乏和创新型技术研发的滞

后已成为作物育种研究发展的瓶颈之一。随着光学成像系统和图像处理技术不断更新和发展,从图像层面对作物

生长发育情况进行分析的表型采集方式已逐渐得到育种学家的认可。基于光学成像技术,可快速高效完成作物表

型参数的获取,同时可在无损的前提下对同一植株生长发育相关性状进行连续测量,打破了传统表型测量的局限

性,配合自动化智能化农业设施,实现在稳定一致的环境条件下,高通量、准确、无损地对作物表型进行获取。

高通量植物表型分析平台作为作物育种研究解决方案的出现,弥合了作物基因型和表型分析之间的发展差距。人

们普遍认识到,可以在高通量表型设施的基础上评估植物生长和发育的动态过程。植物表型定量的方法和标准逐

渐引起育种研究者的广泛关注。近年来,随着机器学习等创新人工智能方法的出现,在表型分析的图像处理中得

到广泛应用,由于此类方法强大的适应性和图像处理能力,取得了令人瞩目的成就。

2023年6月,中国科学院遗传与发育生物学研究所作物表型组学研究中心和华中农业大学杨万能团队在Plant

Phenomics杂志上联合发表了题为“A Strategy for the Acquisition and Analysis of Image-Based Phenome in

Rice during the Whole Growth Period”的研究论文。该文通过高通量可见光成像平台对水稻全生育期图像进

行获取,提出一种基于图像的水稻全生育期时空表型组获取及解析策略,并对获取得到的时空多维度表型性状

信息进行解读分析,挖掘表型和基因型之间的关联。研究选用93 个来自不同地区的水稻主栽品种(包括 32 个

籼稻品种和 61 个粳稻品种)作为实验材料,于统一环境条件下进行培育,共4个重复。使用中国科学院遗传与

发育生物学研究所的温室型高通量植物表型成像系统(LemnaTec GmbH, Germany)完成实验材料的自动化运输

和图像自动采集工作,保证培育条件统一、采集方式统一、采集位置统一。通过提出的策略获取和分析了水稻

整个生长期的58个基于图像的性状(i-raits)。这些i-raits可以解释高达84.8%的水稻产量表型变异。共检测到

285个i-raits的推定数量性状位点(QTL),并在i-raits的基础上,在时间和器官维度上应用主成分分析,同时

进行全基因组关联研究,分离QTL。此外,不同基因型群体结构和不同选育稻区之间在表型性状方面的差异表

文/王吉生

基于图像的水稻全生育期表型数据获取与

解析策略

第99页

科研动态 RESEARCH TRENDS

33 AgriPhenoTM 快讯

图1 水稻植株高通量表型分析结果。(A) 水稻图像采集;(B) 水稻生长动态;(C) 水稻基因型群体聚类和选育稻区分布;(D) i-raits的数据分析

表1  基于图像的性状(i-raits)的定义

现出良好的环境适应性,作物生长发育模型在选育稻区纬度方面也表现出高度融合。

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33 AgriPhenoTM 快讯

图1 水稻植株高通量表型分析结果。(A) 水稻图像采集;(B) 水稻生长动态;(C) 水稻基因型群体聚类和选育稻区分布;(D) i-raits的数据分析

表1  基于图像的性状(i-raits)的定义

现出良好的环境适应性,作物生长发育模型在选育稻区纬度方面也表现出高度融合。

第100页

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 34

图2 手动测量和自动测量之间的相关性

图3 基于i-traits的相关分析结果

图4 籼稻和粳稻选育稻区的划分和表型分布

RESEARCH TRENDS 科研动态

AgriPhenoTM 快讯 34

图2 手动测量和自动测量之间的相关性

图3 基于i-traits的相关分析结果

图4 籼稻和粳稻选育稻区的划分和表型分布

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