2025 年 9 月，意大利國(guó)家研究委員會(huì) Maria Isabella Prigigallo等在Plant Phenomics期刊發(fā)表題為High-throughput plant phenotyping identifies and discriminates biotic and abiotic stresses in tomato的研究，系統(tǒng)驗(yàn)證 RGB高通量表型技術(shù)在番茄多種脅迫識(shí)別中的應(yīng)用，明確其可區(qū)分生物與非生物脅迫，并通過衰老指數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)識(shí)別脅迫類型及抗感基因型差異。

該研究主要解決以下問題：

1.解決識(shí)別植物應(yīng)激反應(yīng)的效率和準(zhǔn)確性問題。

2.明確可用于有效區(qū)分生物與非生物脅迫的關(guān)鍵指標(biāo)。

3.揭示了不同番茄基因型在脅迫響應(yīng)中的表型差異。

高通量表型技術(shù)通過RGB圖像采集和數(shù)據(jù)分析，能夠高效識(shí)別番茄植物在生物和非生物脅迫下的應(yīng)激反應(yīng)。該技術(shù)提取植物形態(tài)學(xué)(如株高、投影莖葉面積)和色度特征(如綠色區(qū)域)等指標(biāo)，捕捉到由病毒、病害或干旱引起的生長(zhǎng)變化。形態(tài)指標(biāo)反映生長(zhǎng)抑制，但無法區(qū)分脅迫類型；而顏色指標(biāo)則在區(qū)分脅迫類型方面具有關(guān)鍵作用。高通量表型技術(shù)的應(yīng)用使得植物健康監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和大規(guī)模處理，顯著提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中脅迫識(shí)別的效率。

圖1.田間小麥試驗(yàn)平臺(tái)和Phenomobile測(cè)量設(shè)備示意圖

研究表明，衰老指數(shù)是區(qū)分番茄植物在生物和非生物脅迫下反應(yīng)的重要指標(biāo)。生物脅迫(如番茄斑萎病毒)導(dǎo)致提前衰老，表現(xiàn)為葉片黃化與壞死；而非生物脅迫(如干旱)則促使葉片更綠并限制植物生長(zhǎng)。衰老指數(shù)通過色度數(shù)據(jù)分析，能精準(zhǔn)區(qū)分兩種脅迫類型，幫助植物健康狀況的精確診斷。主成分分析(PCA)進(jìn)一步驗(yàn)證了顏色指標(biāo)(如衰老指數(shù)、綠色區(qū)域)與形態(tài)指標(biāo)之間的正交分布，突出其在脅迫類型區(qū)分中的作用。

圖2.穗密度估算與手工測(cè)量的對(duì)比分析圖

高通量表型技術(shù)可有效區(qū)分不同番茄基因型對(duì)脅迫的響應(yīng)差異，對(duì)番茄斑萎病毒(TSWV)脅迫的鑒別效果尤為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，抗性基因型(Dobler F1)在病毒感染后，植物的高度和投影莖葉面積變化較小，而易感基因型(UC82)則顯著生長(zhǎng)受限。高通量表型技術(shù)技術(shù)可量化基因型的抗性差異，為精準(zhǔn)育種和抗性管理提供數(shù)據(jù)支持。然而，對(duì)于根系病害(如腐爛根病和根結(jié)線蟲)，HTP難以有效區(qū)分抗性與易感基因型，表明其對(duì)地上部病害識(shí)別優(yōu)于根系病害。此外，高通量表型技術(shù)能識(shí)別部分品種的耐旱性差異，但與水分利用效率(WUE)的結(jié)果不完全一致，需結(jié)合其它生理指標(biāo)綜合判斷。

圖3.穗密度、穗面積指數(shù)與產(chǎn)量組分關(guān)系的回歸分析圖

綜上所述，高通量表型技術(shù)不僅能夠有效識(shí)別番茄植物在生物脅迫(如病蟲害)下的變化，還能夠區(qū)分非生物脅迫(如干旱)對(duì)植物的影響。其高效、精準(zhǔn)的表型分析能力，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能夠早期識(shí)別植物應(yīng)激狀態(tài)，從而為作物管理、育種和病蟲害防治提供了有力的技術(shù)支持。