阿肯色州立大学基于信息物理系统研究水稻夜间高温胁迫

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植物表型资讯

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-12-28

摘要：

近日，来自阿肯色州立大学的Argelia Lorence及其团队在The Plant Phenome Journal上发表了题为“Field-based infrastructure and cyber–physical system for the study of high night air temperature stress in irrigated rice”的研究型论文。夜间高温（HNT）胁迫对水稻（Oryza sativa L）的产量和谷物品质都有负面影响，气温每升高（1 ˚C），水稻的产量就会显著降低（10 %），因此对HNT胁迫进行了广泛的研究。大多数水稻HNT研究都是在温室条件下进行的，有关主要水稻亚种田间响应的信息有限。这是因为缺乏田间表型分析基础设施，无法容纳代表更广泛种质的材料，也无法施加特定生长阶段的胁迫。本研究通过建立6个高通道温室，通过重复设计，从水稻多样性专区1(Rice Diversity Panel 1, RDP1)和10个商品杂交品种中筛选310份水稻材料。每个温室都有供暖和信息物理系统，可以感知周围的空气温度，并在两个种植季节自动将夜间气温相对于田间环境温度提高到约4 ℃。根据树莓派（Raspberry Pi）传感器的记录，该系统分别在2019年和2020年的两周内成功施加了4.0和3.94 ˚C的HNT胁迫。HOBO传感器(Onset Computer Corporation)记录到，2019年和2020年，对照温室和加热温室之间的环境空气温差分别为2.9 ℃和2.07 ℃。这些温室能够抵御持续的洪水、暴雨、强风（140英里/小时）和雷暴。选定的美国水稻栽培品种在2019年和2020年种植季节在HNT条件下分别平均减产24 %和15 %。我们的研究强调了基于计算机的基础设施在田间种植条件下准确实施HNT或其他非生物胁迫的潜力。小麦和水稻用于 HNT 表型的基础设施有很大相似之处。小麦和水稻使用的高温室结构、加热系统和网络-物理系统是相同的。高隧道温室的大小可容纳至少 320 个小麦和水稻品种，也可容纳玉米、高粱等高杆作物和小行列作物。屋顶、侧墙和端墙都用机械卷起，以便白天适当通风。这种田间基础设施建在滑橇上，有助于将温室从田间的一个区域移到另一个区域。这些特点是与其他田间供热帐篷的一些不同之处，其他田间供热帐篷的屋顶、侧墙和端墙是手动打开或关闭的，温室是固定在田间地块上的。用于小麦和水稻的大型田间基础设施的加热系统是丙烷，利用对流管道和温室内的附加鼓风机高效、均匀地分配热量。加热系统依赖于 Raspberry Pi 系统。在每个配对温室内，空气温度由安装在对照温室和 HNT 温室内的六个 MCP9808 传感器测量。在热处理期间，控制温室的平均气温数据通过 Wi-Fi 热点以 1 分钟的时间间隔无线传输到 HNT 温室的 Raspberry Pi 上。