无人机高通量冠层表型与大豆产量的关系

确定与籽粒产量相关的农艺性状对大豆育种非常有用，特别是如果这些性状可以通过无人机高通量表型而不是手工测量的话。本研究的目的是通过不同的统计方法评估大豆籽粒产量与冠层盖度的关系。在巴西进行的田间试验中，对一组包含97种大豆基因型进行了评估。冠层覆盖是通过使用与无人机Phantom 4 Pro相连接的RGB摄像机来确定的，如图1。根据每个实验单元的绿色像素比计算冠层覆盖度，采用物候阶段V3-V4、V5-V6、V7-V8和V9-R1飞行时拍摄的图像。两种研究环境在不同物候期的产量、冠层覆盖度和小区间隔长度如图2。所有性状均存在显著的基因型×环境互作。选择精度值(0.73 a 0.96)指出了基于冠层盖度的间接产量选择效率（图3）。在某一评估环境中，开花时籽粒产量与冠层盖度的遗传相关估计值较高(0.76，图4，图5)。这些结果通过直接和间接效应的遗传相关系数分解和间接选择的增益估计得到了证实。因此，利用无人机远程收集大豆冠层覆盖度数据进行间接选择，可以在大豆育种项目中加速遗传收益。

图1 基于RGB图像的冠层覆盖确定，包括航拍图像、四行大豆的小区图像和小区二值图像

图2 97个大豆基因型的籽粒产量(GY)、V3-V4(%)、V5-V6(%)、V7-V8(%)、V9-R1(%)的冠层覆盖率和小区间隔长度(LG)的数值范围和实验精度。试验地点(A)Campo Mourão 、(B) Mauá da Serra, Paraná State, Brazil,。试验时间：2018/2019

图3在v4 – v4、V5-V6、V7-V8和V9-R1四个物候期，籽粒产量(GY,)与冠层覆盖度变化关系。试验地点(A)Campo Mourão 、(B) Mauá da Serra, Paraná State, Brazil,。

图4产量、冠层覆盖度和小区间隔长度之间遗传相关性的估计。试验地点(A)Campo Mourão 、(B) Mauá da Serra, Paraná State, Brazil,。

图5  97个大豆基因型的产量、冠层覆盖度和小区间隔长度之间的网络相关性。试验地点(A)Campo Mourão 、(B) Mauá da Serra, Paraná State, Brazil,。

大豆冠层盖度的高通量表型分析可以作为筛选高产籽粒基因型的有效工具。它的重要性仍然更大的背景下，数以千计的后代评估在初始和中间阶段的品种发展。在这些阶段使用实验设计受到种群大小的限制，产量估计值并不准确。因此，为了提高粮食产量，即使通过间接选择也可以去除不那么有前途的材料，这可能是一种有趣的替代方法。需要对巴西的不同环境进行更多的研究，以更详细地评估冠层生长动态及其与产量的关系，并在不同情景下对更高产大豆基因型的选择提出更广泛的建议。