土壤是重要的自然資源，地球上95%的食物來源于土壤，土壤保存了至少四分之一的生物多樣性，不僅是糧食安全、水安全和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，更是為人類提供多種服務(wù)、幫助抵御和適應(yīng)氣候變化的重要因素。

由土壤組成造成的脅迫，例如鹽、重金屬和養(yǎng)分虧缺是作物減產(chǎn)的主要原因。作物土壤耐逆性是一種復(fù)雜性狀，涉及植物形態(tài)、代謝和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等多種遺傳和非遺傳因素的調(diào)控。傳統(tǒng)的作物表型研究通常在田間進行，費事費力、勞動密集、低通量、且受研究人員無法控制的自然環(huán)境因素的影響。在此情形下，難以獲得高精度的表型數(shù)據(jù)以滿足表型組學的研究需求。在過去幾十年，已經(jīng)開發(fā)了幾種HTP（高通量表型）平臺在現(xiàn)場或可控條件下使用，但其運維成本*。此外，作物表型相關(guān)研究通常只關(guān)注植物地上部分，而對根系形態(tài)數(shù)據(jù)的獲取有限。然而，根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要途徑，也是碳水化合物的儲存器官和土壤脅迫的直接感知器官。因此，根系表型是土壤脅迫條件下植物表型研究的重要組成部分。就通量、環(huán)境可控性和根系表型獲取而言，現(xiàn)有的植物表型平臺無法*植物對土壤脅迫響應(yīng)的表型組學研究的特定需求。

基于此，在本文中，來自山東大學生命科學學院和濰坊農(nóng)科院的一組研究團隊描述了其最近開發(fā)的高通量植物栽培和表型系統(tǒng)—WinRoots平臺。以大豆植物為研究對象，將其暴露在鹽脅迫中，證明了土壤鹽脅迫條件的一致性和可控性以及WinRoots系統(tǒng)的高通量。他們開發(fā)了優(yōu)化的鹽脅迫條件，以及適用于大豆耐鹽性的高通量表型指數(shù)。此外，高通量多表型分析表明，子葉特征可作為大豆全苗耐鹽性的非破壞性指標。

在本研究中，Canon EOS 700D數(shù)碼相機和Resonon Pika L高光譜成像儀分別用于獲取RGB和高光譜圖像。相機位于植物材料上方1.5 m的可滑動水平導軌上。每天收集大豆冠層和整株幼苗的圖像。栽培第九天，獲取離體葉片圖像，每個品種重復(fù)3次。

WinRoots系統(tǒng)：高通量根系和整株植物表型平臺。

系統(tǒng)使用示意圖。

【結(jié)果】

鹽脅迫相關(guān)性狀之間的相關(guān)分析。

（A）鹽脅迫相關(guān)性狀之間的相關(guān)矩陣。

（B）預(yù)測值和觀測值之間的回歸曲線。

大豆鹽脅迫相關(guān)性狀的合成聚類。

（A）大豆鹽脅迫相關(guān)性狀的合成聚類剖面圖。

（B）聚類1和聚類2代表性栽培品種表型。

（C）聚類1和聚類2指標比較。

【結(jié)論】

WinRoots系統(tǒng)為幼苗生長提供了均一可控的土壤脅迫條件，可用于土壤脅迫下高通量栽培和表型分析，有助于提供準確多樣的土壤脅迫相關(guān)的表型數(shù)據(jù)。因此，WinRoots提供了一種分析諸如土壤脅迫之類的復(fù)雜性狀的改進方法。

HPPA(Hyperimager Plant Phenomics Analysis)高光譜植物表型成像系統(tǒng)由北京依銳思遙感技術(shù)有限公司與美國RESONON公司聯(lián)合研制生產(chǎn)，整合了高光譜成像測量分析、RGB真彩色圖像、無線自動化控制系統(tǒng)、線性均勻光源系統(tǒng)等多項先進技術(shù)；優(yōu)化方式實現(xiàn)大量植物樣品的數(shù)據(jù)采集工作，可用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、遺傳組學與表型組學、遺傳育種、生態(tài)毒理學研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。