纽约时报：为了养活正在变热的地球，科学家利用植物表型研究技术培育更加高效的作物

　　近期，纽约时报报道了Robert Furbank博士（澳大利亚国立大学、澳大利亚研究委员会转化光合作用卓越中心主任）的研究工作。

澳大利亚国立大学植物生长舱（Growth Capsule）中培育的小麦品种

　　由于全球气候变化的影响，诸如温度升高、干旱加剧、风和降雨模式改变都在威胁农业生产，从而使全世界都在面临逐渐逼近的粮食短缺危机。

　　Furbank博士和他领导的科研中心与全球相关科学家合作，瞄准了一个大胆的粮食危机解决方案：让作物更加高效地传导光合作用。

　　作物生理学家估计，如果植物光合效率可以提高5%，那么大部分作物的产量可以提高20%。

　　这对养活全球不断增长的人口会是一个非常大的帮助。据预测，到2050年，全球人口会从现在的75亿增长到100亿。而科学家估计作物产量要增长70%以上才能满足需求。

　　回顾历史，得益于一系列统称为绿色革命的农业革新，在1960-2010年间，全球粮食产量增长了175%。通过培育高产作物、改善氮肥的使用以及改良灌溉方式，农业部门避免了世界人口快速增长可能造成的全球性饥荒。

　　然而，近些年来，绿色革命的技术逐渐达到了极限，全球作物产量已经止步不前。据2014年联合国粮农组织报告，三大主要谷物，水稻、小麦和玉米的年产量增长率从1960-1990年的2.19-2.95%下降到1990-2010年的0.79-1.74%。同时，现代农业的负面影响开始显现，比如温室气体排放、氮肥污染、土壤退化等。

　　除了保障耕种面积和维护生态环境，最有效的措施就是开发利用优良的作物品种和先进的栽培技术。因此，在未来的数十年间，科学家需要培育作物新品种。这些新品种要应对更加严酷而变化莫测的环境条件，更少的资源——包括土地、水和肥料，同时还能获得高产。

　　为了达到这一目的，农业科学家们的科研工作也迫切需要更先进的技术和仪器来支持。与之相关的工作都需要对两方面的技术支持：

l  对复杂的植物生长环境的监测与控制，用以模拟各种不同的环境条件来研究植物的反应；

l  大量植株的各种特征和性状即表型（phenotyping）的鉴别与分析。

　　因此，现代植物表型研究与分析技术就应运而生。Furbank博士在研究中就使用了PSI公司提供的植物生长舱（Growth Capsule）。

Furbank博士（左）在植物生长舱中检查培养的小麦

　　Growth Capsule植物生长舱为集装箱式设计，方便移动运输，无需专门的温室或实验室，可露天使用，多个单元可以拼叠在一起。每个单元可独立调节环境条件，温度、湿度、光照及CO2调控并在线监测显示在触摸屏上，可以在任何地点、任何环境条件下进行生态环境模拟实验和植物培养。

　　同时，Furbank博士所属的澳大利亚国立大学与澳大利亚联邦科学与工业研究组织已经与PSI公司合作建设了多套PlantScreen植物表型成像分析系统。

　　PlantScreen植物表型成像分析系统集植物自动传送技术、智能LED光适应与培养技术、自动浇灌称重技术、FluorCam叶绿素荧光成像技术、光谱成像技术（包括RGB、VISIR高光谱成像、SWIR高光谱成像、LWIR红外热成像等）等，以及根窗技术全自动根系表型观测，高通量、无损伤、全自动、全方位实验观测分析植物形态结构与生理功能形状表型，成为国际著名表型组学与遗传组学研究及遗传育种机构的重要平台，如德国IPK（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）、美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）、荷兰生态表型研究中心（NPEC，Wageningen University & Research，Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre）、德国BIOP（Institute of Biochemical Plant Pathology）、澳大利亚CSIRO（Commonwealth Industrial Research Organisation）、国际水稻研究所、杜邦先锋国际良种公司、孟山都公司、美国合成基因公司等等。

　　urbank博士已经在澳大利亚和世界各地开展了一系列不同的实验。他说：“我认为将会有不止一种技术解决方案。我们需要在许多战线上采取一致行动。”

　　澳大利亚国立大学的相关研究成果（Salesse-Smith, 2018, Nature Plants）