[论文解读] Mechanical phenotyping of cereal crops to assess lodging resistance

Lindsay Erndwein, Douglas D. Cook+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2019

Crop Yield and Soil Fertility参考文献 44被引用 5

一句话总结

本综述整合了用于评估谷物作物倒伏抗性的机械表型分析方法，区分了茎秆倒伏与根部倒伏。评估了测量机械性能的技术，指出了当前方法的局限性，并提出了培育机械抗性谷物的未来方向。

ABSTRACT

Plant mechanical failure, also known as lodging, is the cause of significant and unpredictable yield losses in cereal crops. Lodging can be divided into two distinct failure modes - stalk lodging and root lodging. Despite the prevalence and detrimental impact of lodging on crop yields, there is little consensus on how to phenotype plants for lodging-resistance and breed for mechanically resilient plants. This review focuses on the phenotyping approaches that have been employed for mechanical testing to individually assess stalk and root lodging-resistance. For each approach, the benefits, draw-backs and limitations are discussed. Lastly, this review provides future perspectives as to the next steps in this important, but still developing area of plant phenotyping.

研究动机与目标

• 为解决谷物作物倒伏抗性表型分析方法缺乏共识的问题。
• 评估现有机械测试方法在评估茎秆和根部倒伏抗性方面的表现。
• 识别当前植物育种中表型分析技术的局限性和缺陷。
• 为未来开发标准化、高通量的机械抗性表型分析提供框架。
• 指导育种计划通过改进的机械表型分析，培育出抗倒伏的谷物品种。

提出的方法

• 系统性回顾已发表的、采用机械测试评估谷物倒伏抗性的研究。
• 将表型分析方法分类为针对茎秆倒伏（如弯曲测试、压缩测试）和根部倒伏（如拉拔测试、根系强度测量）的方法。
• 基于可重复性、可扩展性和生物学相关性，评估各项方法。
• 分析屈服强度、刚度和破坏模式等机械性能，以区分不同类型的倒伏。
• 整合田间与受控环境测试的数据，以评估结果的可靠性和一致性。
• 识别现有方法论中的空白，并提出未来方法发展的建议。

实验结果

研究问题

• RQ1 目前用于评估谷物作物茎秆和根部倒伏抗性的机械表型分析方法有哪些？
• RQ2 这些方法的优势与局限性如何影响其在育种计划中的实用性？
• RQ3 哪些关键机械性能可用来区分茎秆倒伏与根部倒伏？
• RQ4 如何对表型分析方法进行标准化和规模化，以适用于高通量育种应用？
• RQ5 未来需要哪些方法学上的进步，以提高对谷物倒伏抗性的预测能力？

主要发现

• 茎秆倒伏主要通过机械弯曲或压缩测试进行评估，测量屈服强度和刚度。
• 根部倒伏抗性通常通过拉拔测试来量化根系锚固强度。
• 当前方法在可重复性和可扩展性方面差异显著，限制了其在大规模育种计划中的应用。
• 缺乏机械表型分析的标准化协议，导致不同研究之间比较不一致。
• 由于环境变异和植株间差异，基于田间的机械测试仍具挑战性。
• 未来的表型分析方法应整合非破坏性、高通量技术与机制建模，以提高预测准确性。