水稻產(chǎn)量相關性狀參數(shù)自動提取的數(shù)字化技術研究.pdf

1、水稻是我國乃至世界最重要的糧食作物之一，如何挖掘水稻育種的最大潛力，培育高產(chǎn)且環(huán)境適應力強（抗旱、抗蟲、抗鹽堿、營養(yǎng)利用率高）的優(yōu)良水稻品種一直是水稻育種熱門研究領域。水稻產(chǎn)量相關性狀參數(shù)，包括谷粒性狀參數(shù)，由于其和產(chǎn)量以及品質直接相關，是水稻表型參數(shù)中最重要也是最直接反映水稻育種水平的指標，因此水稻育種的各個篩選和鑒定時期都需要測量大量水稻產(chǎn)量相關性狀參數(shù)，主要包括每株總粒數(shù)、實粒數(shù)、結實率、千粒重、粒長、粒寬等。
　　 傳統(tǒng)

2、谷粒表型測量方法主要依靠人工測量，存在低效、測量精度依賴于操作人員的主觀因素、可重復性差等特點。而目前現(xiàn)有水稻產(chǎn)量相關參數(shù)測量儀器和測量技術，比如數(shù)粒儀，存在自動化程度低、測量參數(shù)單一、效率低、對測量物要求清潔度較高等問題。隨著育種技術的快速發(fā)展，一天可產(chǎn)生成百上千種新育種材料。因此需要一種自動化程度高、精度高、多參數(shù)的數(shù)字化考種技術，以突破傳統(tǒng)谷粒表型測量方法所帶來的瓶頸。
　　 本文針對上述需求，對水稻表型參數(shù)中的產(chǎn)量相關性

3、狀參數(shù)數(shù)字化提取技術展開研究，并在此基礎上研發(fā)全自動數(shù)字化考種機樣機。主要研究內容包括（1）用于單株水稻谷粒高精度考種的全自動谷粒分離系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，同時自動清除雜質，以解決谷物自動高精度分離和單株之間雜質自動清除的難題。（2）產(chǎn)量相關性狀參數(shù)自動測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。應用機器視覺技術和自動輸送技術對脫粒后的谷粒進行自動測量，以解決谷粒性狀高通量、自動、高精度和多參數(shù)測量的難題；同時設計高精度風選裝置實現(xiàn)飽粒和空癟粒的自動篩分，解決谷

4、粒高精度自動風選的難題。（3）產(chǎn)量相關性狀參數(shù)數(shù)字化管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。采用物聯(lián)技術和數(shù)據(jù)庫管理技術，實現(xiàn)將測量完畢的單株谷粒自動包裝入庫，同時將該株水稻對應產(chǎn)量相關表型數(shù)據(jù)自動存儲至數(shù)據(jù)庫，二者以統(tǒng)一的種子編號進行索引實現(xiàn)智能化識別、定位和追溯，解決了單株種子性狀參數(shù)數(shù)字化管理，以及和對應庫存種子智能化識別、定位和追溯的難題。最終將上述技術進行轉化，形成全自動數(shù)字化考種機樣機，系統(tǒng)樣機性狀參數(shù)提取相對誤差均值均在5％以內，系統(tǒng)整體運

5、行穩(wěn)定，測量效率達到720株/天，約為人工測量效率的70倍，和傳統(tǒng)測量方法相比，具有客觀性、自動化、高通量、多參數(shù)等優(yōu)點。
　　 此外，對核心技術加以改進，易于推廣于小麥、大麥、玉米等作物育種研究應用，有利的突破了國外表型測量技術封鎖，順應我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術和精準農(nóng)業(yè)技術發(fā)展潮流和趨勢。本系統(tǒng)的研發(fā)和建立不僅將直接推動表型組學的快速發(fā)展，而且會帶動和促進功能基因組學發(fā)展，以其產(chǎn)量相關性狀特性高通量鑒定特點，成為植物生理學家和育