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首页> 外文期刊>Journal of Experimental Botany >Plot-level rapid screening for photosynthetic parameters using proximal hyperspectral imaging
【24h】

Plot-level rapid screening for photosynthetic parameters using proximal hyperspectral imaging

机译：使用近端高光谱成像的光合作用参数的情节级快速筛选

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Photosynthesis is currently measured using time-laborious and/or destructive methods which slows research and breeding efforts to identify crop germplasm with higher photosynthetic capacities. We present a plot-level screening tool for quantification of photosynthetic parameters and pigment contents that utilizes hyperspectral reflectance from sunlit leaf pixels collected from a plot (similar to 2 mx2 m) in <1 min. Using field-grown Nicotiana tabacum with genetically altered photosynthetic pathways over two growing seasons (2017 and 2018), we built predictive models for eight photosynthetic parameters and pigment traits. Using partial least squares regression (PLSR) analysis of plot-level sunlit vegetative reflectance pixels from a single visible near infra-red (VNIR) (400-900 nm) hyperspectral camera, we predict maximum carboxylation rate of Rubisco (V-c,V-max, R-2=0.79) maximum electron transport rate in given conditions (J(1800), R-2=0.59), maximal light-saturated photosynthesis (P-max, R-2=0.54), chlorophyll content (R-2=0.87), the Chl a/b ratio (R-2=0.63), carbon content (R-2=0.47), and nitrogen content (R-2=0.49). Model predictions did not improve when using two cameras spanning 400-1800 nm, suggesting a robust, widely applicable and more 'cost-effective' pipeline requiring only a single VNIR camera. The analysis pipeline and methods can be used in any cropping system with modified species-specific PLSR analysis to offer a high-throughput field phenotyping screening for germplasm with improved photosynthetic performance in field trials.
机译：目前使用延时和/或破坏性方法测量光合作用，这些方法减缓了研究和育种努力，以鉴定具有较高光合能力的作物种质。我们提出了一种绘图级筛选工具，用于定量光合参数和颜料含量，其利用从从图（类似于2mL2 m）的阳光照射的叶片像素中的高光谱反射率<1分钟。使用野外生物尼古罗尼亚塔巴哈姆姆与两种生长季节（2017年和2018年）的基因改变的光合途径，我们建立了八个光合参数和颜料性状的预测模型。使用局部最小二乘回归（PLSR）分析绘图级阳光植物反射率像素从红外线（VNIR）（VNIR）（400-900nm）的高光谱相机附近的单个可见光，我们预测Rubisco的最大羧化速率（Vc，V-max ，R-2 = 0.79）给定条件下的最大电子传输速率（J（1800），R-2 = 0.59），最大光饱和光合作用（P-MAX，R-2 = 0.54），叶绿素含量（R-2 = 0.87），CHL A / B比（R-2 = 0.63），碳含量（R-2 = 0.47）和氮含量（R-2 = 0.49）。使用跨越400-1800nm的两个摄像机时，模型预测并未改善，建议强大，广泛适用，更具有“成本效益”的管道，只需要单个VNIR相机。分析管道和方法可用于任何具有改性物种特异性PLSR分析的种植系统，以提供高通量场表型表型筛选，用于种质的种质，具有改善的田间试验中的光合性能。

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