谷豐光電×上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心
在 “資源節(jié)約、環(huán)境友好” 的發(fā)展理念下,保障糧食安全的重要性愈發(fā)凸顯,而節(jié)水抗旱稻的發(fā)展正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。然而,長期以來,抗旱性狀的復(fù)雜性以及精準(zhǔn)抗旱鑒定平臺的缺失,使得大量基因組序列等生物信息的潛力難以充分挖掘和應(yīng)用。
在此背景下,由武漢谷豐光電科技有限公司支持建設(shè)的高通量抗旱表型鑒定平臺,為上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心的水稻抗旱性研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。該系統(tǒng)能夠?qū)λ镜目购敌赃M(jìn)行連續(xù)無損的圖像采集和分析鑒定,成為國內(nèi)外水稻抗旱高通量表型研究和應(yīng)用領(lǐng)域中較為先進(jìn)和全面的設(shè)施之一,為破解水稻抗旱育種難題貢獻(xiàn)著堅(jiān)實(shí)力量。
傳統(tǒng)育種:從“經(jīng)驗(yàn)篩選”到“數(shù)字CT”的跨越
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)育種一直依賴人工觀察與經(jīng)驗(yàn)積累,不僅耗時(shí)耗力,且檢測結(jié)果主觀性強(qiáng),嚴(yán)重制約了育種效率的提升。而田間作物高通量表型檢測系統(tǒng)以 “數(shù)字 CT” 的精準(zhǔn)技術(shù)顛覆了這一傳統(tǒng)模式,成為傳統(tǒng)育種的革新者。
該平臺包含多個(gè)田間表型試驗(yàn)區(qū),能夠分別準(zhǔn)確鑒定水稻的耐旱性、綜合抗旱性和避旱性。其中,表型檢測區(qū)配置了自動(dòng)化高通量表型設(shè)施,通過 “Sensor to Plant” 成像模式,集成了 RGB、紅外、高光譜、激光雷達(dá)等多種傳感器。同時(shí),結(jié)合谷豐光電專利的室外傳感器制冷裝置與穩(wěn)定成像暗室技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對水稻全生育期的無損動(dòng)態(tài)監(jiān)測,讓每一株水稻的生長變化都清晰可見。
田間高通量表型檢測系統(tǒng)如同為農(nóng)田配備的 “智能管家”,能夠?qū)崟r(shí)采集水稻持綠性、卷葉程度、葉片蒸騰數(shù)據(jù)等關(guān)鍵表型參數(shù),精準(zhǔn)解析作物抗旱性遺傳機(jī)制,為科研人員提供海量標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)支撐,讓育種不再依賴經(jīng)驗(yàn),而是有了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
技術(shù)突破:多模態(tài)感知與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的育種革命
谷豐光電的田間作物高通量表型檢測系統(tǒng),在設(shè)計(jì)上展現(xiàn)出三大核心優(yōu)勢,引領(lǐng)著一場數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的育種革命:
多模態(tài)感知:系統(tǒng)同時(shí)搭載高光譜成像(提取葉綠素、氮磷鉀含量)、紅外熱成像(監(jiān)測冠層溫度與蒸騰作用)、可見光成像(葉色、生物量、紋理)等模塊,從生理到形態(tài)全面解析作物抗旱特性,使對水稻的育種研究了解更加深入和全面。
環(huán)境適應(yīng)性:通過自動(dòng)制冷裝置與暗室穩(wěn)定成像技
術(shù),成功克服了田間復(fù)雜光照與溫度干擾,使數(shù)據(jù)采集精度提升至毫米級,整體硬件設(shè)備定位精度優(yōu)于3mm,確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,為后續(xù)研究提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保障。
高通量處理:系統(tǒng)每小時(shí)可完成數(shù)百株作物的全參數(shù)提取,配合智能算法實(shí)現(xiàn)表型數(shù)據(jù)庫的快速構(gòu)建,效率較傳統(tǒng)人工提升百倍以上。
這些技術(shù)不僅為抗旱稻研發(fā)提供了強(qiáng)大的 “數(shù)據(jù)引擎”,更推動(dòng)了作物表型組學(xué)從實(shí)驗(yàn)室走向田間應(yīng)用的跨越,彰顯了谷豐光電在表型技術(shù)上的硬實(shí)力。
成果落地:“八月香” 背后的數(shù)字育種密碼
上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心團(tuán)隊(duì)聚焦節(jié)水抗旱特性,通過系統(tǒng)的基因篩選、雜交組合優(yōu)化及田間試驗(yàn)驗(yàn)證,成功突破多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn),成功培育出“八月香” 節(jié)水抗旱稻。田間作物高通量表型檢測系統(tǒng)提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。
高產(chǎn)優(yōu)質(zhì):“八月香”生育期僅105天,米質(zhì)晶瑩透亮,食味值高達(dá)90分,達(dá)國家一級優(yōu)質(zhì)米標(biāo)準(zhǔn),且可“一季雙收”。
節(jié)水抗旱:采用“旱種旱管”模式,節(jié)水50%以上,化肥農(nóng)藥減半,僅靠雨水即可穩(wěn)產(chǎn)450公斤/畝,在2024年上海超高溫天氣中結(jié)實(shí)率仍超90%。
綠色增效:配套“稻+”輪作模式(如接茬生菜、玉米),土地利用率提升30%,碳排放顯著降低。
科研協(xié)同:表型組學(xué)驅(qū)動(dòng)水稻抗旱基因解碼
上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心憑借深厚的科研積淀,在節(jié)水抗旱稻分子育種領(lǐng)域持續(xù)攻堅(jiān),先后突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,已取得多項(xiàng)具有國際影響力的階段性成果。田間作物高通量表型檢測系統(tǒng)憑借全維度數(shù)據(jù)支撐與核心技術(shù)保障的功能,為這些成果的取得增添助力。
在國際知名期刊Plant Communications發(fā)表論文《Phenomics-assisted genetic dissection and molecular design of drought resistance in rice》,系統(tǒng)揭示了表型組學(xué)輔助解析水稻抗旱遺傳機(jī)制的新路徑。
在《上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》發(fā)表論文《節(jié)水抗旱稻高通量表型組學(xué)研究平臺的建設(shè)與應(yīng)用》,首次完整闡述了從表型平臺搭建到抗旱性狀挖掘的全鏈條技術(shù)體系。

在農(nóng)業(yè)科技的創(chuàng)新鏈條上,谷豐光電從未止步于技術(shù)的 “旁觀者”,而是深度扎根科研一線的 “參與者” 與 “賦能者”—— 從實(shí)驗(yàn)室里的算法優(yōu)化到田間地頭的設(shè)備調(diào)試,從基礎(chǔ)研究的數(shù)據(jù)支撐到應(yīng)用成果的場景驗(yàn)證,我們始終以協(xié)同者的身份融入科研全流程,與科研機(jī)構(gòu)并肩破解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)痛點(diǎn)。
未來,谷豐光電將繼續(xù)深耕農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域,期待與更多科研機(jī)構(gòu)合作,讓更多 “數(shù)字種子” 在這片沃土上生根發(fā)芽,為農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全貢獻(xiàn)更多谷豐智慧和力量!