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Hiphen田间高通量植物表型成像系统-作物表型育种

    ARVALIS植物研究所是法国知名的应用科学研究机构,专注于谷物、玉米、高粱、亚麻、草地以及烟草等农艺性状研究。该研究机构由农场主资助,考虑到环境和经济因素,致力于研发农业增产工具以及信息。

    气候因素使得作物生产变动越来越不确定。植物系统进行调节以适应不可预测的组合胁迫-非生物胁迫(水、氮等 以及生物胁迫 (叶片疾病、害虫)需要革新性的解决方案。 要实现该目标,研究项目必须利用所有可利用技术手段: 基因改良(育种筹备以及育种项目), 新投入 (肥料、生物刺激剂等以及支持工具决策) (施肥、灌溉、使用杀虫剂)。在所有情况下,植物观测是鉴别成功因素的主要手段。

    针对该雄心勃勃的挑战,ARVALIS决定在2010年投资新型高通量植物表型工具来促进研究、公共研究公司以及私营公司的效率。

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卓有成效的成果

    此类研究工具必须要有很强科学和工业背景的机构参与。依据INRA的一台原型机器,INRA、AVALIS以及Hiphen联合开发了第一台表型设备。当前ALPHI®表型计划启动于2017年,研发基于最初开发的原型机并受到了Carnot-Plant2Pro fund的支持。

    2014年,UMT CAPTE项目(HiPhen 公司为参与方)研制了PHENOMOBILE®),一台可编程自动化表型研究机器人。另外,同时开发了全自动集成传感器数据处理链来分析来自不同表型研究设备的标准化数据集。最后,PHENOME项目即FPPN/Emphasis France项目,为AVALIS田间高通量表型研究设施提供了框架和资助。ARVALIS从而筹建了PHENOFIELD®设施,设施包括安装传感器的表型天车以及移动遮蔽系统,配有灌溉以及土壤传感器来控制和监控水胁迫。AVALIS其它扩展的对不同环境下、对不同植物进行表型研究的设施也在筹划中。

2018年已安装设施

    ALPHI® 是高通量植物表型设施,搭载在拖拉机上,主要用于研究植物对养分胁迫的反应(氮、磷)以及叶片疾病。该设备专门用于最高达1.3m高的作物(谷物土豆、亚麻)。

    PHENOFIELD® 是田间表型天车以及移动遮蔽系统、灌溉系统以及土壤传感器组合、PHENOMOBILE® 是一台可编程表型机器人,设计可用于高度达1.3m的植物。

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传感器和农艺性状

    ARVLIS的三台高通量植物表型成像设备安装有相同的传感器,特点是可用来鉴别不同实验处理对所研究植物的生理的影响,所研究特征请参见下表。

    利用这些设施,每个实验可进行8到16个日期的测量。所有传感器数据通过HIPHEN公司开发的数据处理平台进行处理。同时ARVALIS也参与了机构农业性状拓展研究项目。这可通过将新型传感器集成以及开发新处理算法实现。

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表: 传感器、变量以及相关农艺性状(Fred Baret courtesy UMT CAPTE)

一些用到Hiphen高通量植物表型设施的项目。

    • PhénoBlé (2011-2014), ANR funding,led by ARVALIS-Institut du végétal, partners: BIOGEMMA, INRA.

    • Breedwheat (2012-2019), ANR funding, led by INRA, partners: ARVALIS-Institut du végétal BIOGEMMA, INRA, GEVES, Céréales Vallée, RAGT 2n, BIOPLANTE, LIMAGRAIN EUROPE, SYNGENTA, AGRI OBTENTIONS S.A., MOMONT, CAUSSADE SEMENCES, BAYER SAS-Bayer CropScience, SECOBRA Recherches.

    • Amaizing (2012-2019), ANR funding, led by INRA, partners: ARVALIS-Institut du végétal, BIOGEMMA, INRA, Maïsadour Semences, Euralis, Limagrain, Caussade Semences, Syngenta, KWS France, RAGT, Aelred.

    • Solace (2017-2022), H2020 funding, led by INRA Montpellier UMR Eco&Sols and 24 partners (France, Austria, Italy, Switzerland, UK, Denmark, Turkey, Sweden, Belgium, Portugal, Germany, Spain, Hungary, Netherlands); Research Institute, Universities, Technical Centers and Firms)

    • GPDur (2017-2020), FSOV funding, led by ARVALIS-Institut du végétal, partners : RAGT, SYNGENTA, INRA

    • Idéotype sud, Regional PACA (04) funding, led by ARVALIS-Institut du végétal.

    • INNO-VEG (2018-2022), Interreg 2 seas funding, led by ADAS, partners : DELPHY, INAGRO, ARVALIS

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