赵春江院士团队：基于Micro-CT的玉米籽粒显微表型特征研究（2021年第1期）

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赵欢, 王璟璐, 廖生进, 张颖, 卢宪菊, 郭新宇, 赵春江. 基于Micro-CT的玉米籽粒显微表型特征研究[J]. 智慧农业(中英文), 2021, 3 (1): 16-28.Citation:ZHAO Huan, WANG Jinglu, LIAO Shengjin, ZHANG Ying, LU Xianju, GUO Xinyu, ZHAO Chunjiang. Study on the micro-phenotype of different types of maize kernels based on Micro-CT[J]. Smart Agriculture, 2021, 3 (1): 16-28.

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基于Micro-CT的玉米籽粒显微表型特征研究

赵欢1，2，3， 王璟璐1，2， 廖生进1，2， 张颖1，2， 卢宪菊1，2，
郭新宇1，2， 赵春江1，2*（1.北京农业信息技术研究中心，北京 100097；2.国家农业信息化工程技术研究中心/数字植物北京市重点实验室，北京 100097；3.华中农业大学 植物科学技术学院，湖北武汉 430070）摘要：植物显微表型主要是指植物组织、细胞和亚细胞水平的表型信息，是植物表型组学研究的重要组成部分。针对传统籽粒显微性状检测方法效率低、误差大且指标单一等问题，本研究利用Micro-CT扫描技术对5种类型11个品种玉米籽粒开展显微表型精准鉴定研究。基于对CT序列图像的处理解析，共获取籽粒、胚、胚乳、空腔、皮下空腔、胚乳空腔和胚空腔的34项显微表型指标。其中，胚乳空腔表面积、籽粒体积、胚乳体积比和胚乳空腔比表面积等4项表型指标在不同类型玉米间差异显著（P-value<0.05）。普通玉米胚乳空腔表面积和籽粒体积显著大于其它类型玉米，高油玉米胚乳空腔比表面积最大，甜玉米胚乳空腔比表面积最小，爆裂玉米胚乳体积比最大。进一步利用34项玉米籽粒表型指标开展差异分析和聚类分析，可将11个不同品种玉米分为四类，其中第一类以普通玉米为主，第二类以爆裂玉米为主，第三类是甜玉米，第四类是高油玉米。结果表明，Micro-CT扫描技术不仅可以实现玉米籽粒显微表型的精准鉴定，还可以为玉米籽粒分类、品种检测等提供技术支撑。关键词：植物表型组学；显微表型；Micro-CT；玉米籽粒；表型鉴定

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图1 基于Micro-CT获取表型数据流程

Fig. 1 Maize kernel micro-phenotype data obtainingprocesses using Micro-CT

注：三维结构图像标尺为1 mm，二维切片图像标尺为3 mm

图2 5种类型11个品种玉米籽粒的三维重构图和沿着
3个维度的二维断面切片图像

Fig. 2 Three-dimensional reconstruction of maize seeds of 5 types and 11varieties, and their two-dimensional sectional images were taken along threedimensions respectively

图3 34个表型指标之间的相关分析

Fig. 3 Correlation analysis of 34 phenotypic parameters

注： Dim1（维度1）为主成分1， Dim2（维度2）为主成分2， cluster代表分类序号，数目代表各组成份数。Dan599为丹599，J92为京92，J724为京724，JHN269为京黄糯269，JKN2016为京科糯2016

图4基于34个表型指标的玉米籽粒分类图

Fig.4 Classification of maize kernels based on 34
phenotypic parameters

来源：《智慧农业（中英文）》2021年第1期

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通讯作者简介

赵春江  院士

赵春江，男，博士，研究员，中国工程院院士。现任北京农业信息技术研究中心首席科学家，国家农业信息化工程技术研究中心主任，农产品质量安全追溯技术及应用国家工程实验室主任、农业部农业信息技术重点实验室主任，主任。入选国家级百千万人才工程，万人计划，全国杰出专业技术人才，全国农业科研杰出人才，北京学者，北京市高创计划，农业科研杰出人才及其创新团队科技部创新人才推进计划，科技北京百名领军人才，科技北京百名领军人才培养工程等人才项目；曾获得联合国联合国世界信息峰会奖、美国农学会滕头农业科学奖，国务院政府特殊津贴，全国创新争先奖，全国“五一”劳动奖章，全国先进工作者，全国农业科技先进工作者，全国优秀科技工作者，中国青年科技奖， “十一五”国家科技计划执行突出贡献奖，国家973计划先进个人，国家863计划突出贡献奖，中国农业信息化十大年度人物，中国软件行业十大杰出青年，中华农业英才奖，首都农业科技先进工作者，北京市有突出贡献的科学、技术、管理专家等荣誉称号。2017年当选中国工程院院士。获得国家科技进步二等奖4项，省部级科技奖励26项，以第一完成人授权PCT1项、发明专利80余项，以第一和通讯作者发表论文300余篇(SCI-76,EI-130)，主编出版著作16部，研究成果在我国28个省市得到推广应用，取得显著社会经济效益，为推动我国农业信息化建设做出了突出贡献。

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