中国农业科学专题文章 | 山西农业大学农学院与中国农业科学院作物科学研究所基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价

小麦是我国北方主要粮食作物，也是农业用水大户。在水资源短缺的背景下，选育抗旱节水品种是应对环境胁迫、维持小麦生产可持续发展、保障粮食安全的重要途径。受长期人工选择的影响，现代小麦品种的遗传本底逐渐趋于同质化。由四倍体小麦和粗山羊草经过人为杂交及染色体加倍得到的人工合成小麦，蕴含丰富的野生近缘种基因资源，遗传变异范围广，对不良环境适应性强，是改良现代小麦的重要基因资源。因此，发掘并利用人工合成小麦抗旱种质资源，有助于拓宽小麦栽培品种的遗传基础，提高小麦抗旱育种核心材料的多样性，加快突破性抗旱小麦新品种的培育进程。表型性状反映了作物对环境条件的响应。传统的作物表型获取方法大多需要人工操作，费时费力且准确度较低，限制了优异种质资源的筛选效率。得益于现代农业技术的发展，无人机高通量表型平台以其灵活高效的特点正在被应用于田间作物表型信息的采集。发掘抗旱相关高通量表型鉴定指标，用于描述和评估抗旱表型特征，是高效发掘和利用人工合成小麦种质资源的有效途径。

近期，山西农业大学农学院与中国农业科学院作物科学研究所合作完成的题为“基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷9期正式发表。

以80份人工合成小麦种质及对照小麦品种新春37为试验材料，在田间（新疆农业科学院核技术生物技术研究所试验基地）进行小区播种，设置干旱和灌溉2种水分处理；利用无人机搭载多光谱及热红外相机采集试验材料灌浆期多源影像进行拼接处理，通过阈值分割等方法提取各试验材料的光谱指数；利用相关性分析和主成分分析鉴选抗旱相关光谱指标，结合单指标及综合评价方法鉴定人工合成小麦种质的抗旱性。

灌溉及干旱条件下小麦材料农艺性状比较分析

基于无人机多源影像数据提取了80份人工合成小麦种质的19种光谱指数。不同光谱指数抗旱系数与小区产量抗旱指数的相关性分析结果表明，OSAVI的抗旱系数与抗旱指数的关联度最高，NDVI、CI_re和NDRE的抗旱系数与抗旱指数的关联度较高。部分光谱指数的抗旱系数间相关性较高，存在冗余信息，通过主成分分析，将19个光谱指数的抗旱系数转换为3个相互独立的综合指标，3个综合指标的贡献度分别为59.6%、12.0%和9.6%。利用加权隶属函数法聚合综合指标，通过公式计算获得各人工合成小麦种质的综合抗旱性度量值。基于抗旱指数鉴定出6份强抗旱人工合成小麦种质，基于综合抗旱性度量值鉴定出5份强抗旱种质，其中，SW004和SW009在2种方法的评价结果中均被评为强抗旱种质。基于OSAVI的抗旱系数对80份人工合成小麦种质进行抗旱性分级，分级结果与基于综合抗旱性度量值的分级结果基本一致。根据OSAVI的抗旱系数鉴定出的6份强抗旱种质中，有5份在基于综合抗旱性度量值分级中也被鉴定为强抗旱种质。

人工合成小麦抗旱性评价

基于无人机多源影像提取的光谱指数NDVI、OSAVI、CI_re和NDRE，以及基于光谱指数的综合抗旱性度量值均可用于辅助鉴定小麦种质抗旱性。

该研究获得国家重点研发计划（2023YFD1201003，2022YFD1200201）、国家小麦产业技术体系（CARS-03-5）资助。

论文链接：

《基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价》

引用本文：

燕雯, 金秀良, 李龙, 徐子涵, 苏悦, 张跃强, 景蕊莲, 毛新国, 孙黛珍. 基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1674-1686.

YAN Wen, JIN XiuLiang, LI Long, XU ZiHan, SU Yue, ZHANG YueQiang, JING RuiLian, MAO XinGuo, SUN DaiZhen. Drought Resistance Evaluation of Synthetic Wheat at Grain Filling Using UAV-Based Multi-Source Imagery Data[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(9): 1674-1686.

专题：小麦抗旱性鉴定及基因资源挖掘  

■ 西北农林科技大学生命科学学院张余周课题组关于小麦根系构型及抗旱性的研究进展

■ 西北农林科技大学农学院胡银岗课题组鉴定244份春小麦苗期抗旱性

■ 西北农林科技大学宋卫宁/聂小军课题组关于ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析