多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用案例分享

以下文章來源于作物栽培研究圈

南農(nóng)大聯(lián)合作物表型組學(xué)研究院發(fā)布
多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)黑科技產(chǎn)品
李慶1, 2, 4，孫壯壯1，張睿男1，
閔海江1，陳佳瑋1, 3, 4，姜東1, 2, 3*
1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組, 2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新中心,3南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)交叉研究中心, 4南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院有限公司

1.研發(fā)背景
1.1 氣孔的重要性
氣孔是由植物葉片表皮組織上的保衛(wèi)細(xì)胞所圍成的小孔，是植株與外界進(jìn)行H2O和CO2等氣體交換的重要門戶，直接影響植株蒸騰和光合作用，進(jìn)而影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。氣孔表型很大程度上影響植物的生理（如：脅迫響應(yīng)）和生態(tài)過程（如：固碳和蒸騰）。例如，干旱缺水會(huì)使葉片氣孔開度變小，抑制蒸騰和光合，導(dǎo)致作物籽粒產(chǎn)量驟減；病原體可通過氣孔侵入植株內(nèi)部，導(dǎo)致小麥等植物的條銹、白粉及赤霉病等病害爆發(fā)，嚴(yán)重影響作物籽粒品質(zhì)的形成。因此，探究葉片氣孔形態(tài)及其變化規(guī)律，對(duì)深入解析其在植物生長及環(huán)境響應(yīng)中的作用，闡明氣孔對(duì)植物的生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)形成的影響，及保障我國糧食生產(chǎn)安全都具有重要意義（如下圖所示）。

1.2 氣孔的靜動(dòng)態(tài)表型特征概述
氣孔表型大體分為靜態(tài)（形態(tài)學(xué)）和動(dòng)態(tài)（運(yùn)動(dòng)學(xué)）表型兩類。一般而言，氣孔的靜態(tài)表型參數(shù)主要包含氣孔數(shù)量、氣孔長度、氣孔寬度、氣孔面積、氣孔周長、氣孔開度、氣孔密度等形態(tài)學(xué)指標(biāo)；氣孔的動(dòng)態(tài)表型主要是指氣孔在內(nèi)源信號(hào)和外界環(huán)境因子的刺激下，引起保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)外膨壓發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致氣孔孔徑變化而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。需要指出的是，氣孔生長發(fā)育及其形態(tài)學(xué)建成主要受基因和外界環(huán)境因素的調(diào)控，而氣孔的運(yùn)動(dòng)學(xué)表型特征可能更偏向受植物的內(nèi)源信號(hào)和外界環(huán)境因子（例如：光照、溫度和CO2濃度等）刺激的共同調(diào)控（如下圖所示）。前人研究表明，氣孔孔徑變化呈現(xiàn)出空間變異性（斑駁氣孔）和時(shí)間動(dòng)態(tài)性（晝夜節(jié)律）兩大特征，斑駁氣孔即同一觀測(cè)區(qū)域中的氣孔可能有開有閉，又或氣孔開度大小不均勻，晝夜節(jié)律即植物氣孔一般呈現(xiàn)白天張開、夜晚關(guān)閉的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。氣孔的辯駁性和晝夜節(jié)律是許多植物共有的生理學(xué)特性。然而，由于缺乏有效的氣孔動(dòng)態(tài)觀測(cè)手段，對(duì)氣孔的斑駁性和晝夜節(jié)律等運(yùn)動(dòng)學(xué)表型的探究進(jìn)展十分緩慢。

1.3 傳統(tǒng)氣孔表型觀測(cè)方法的局限性
氣孔原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是分析植物氣孔形態(tài)及運(yùn)動(dòng)學(xué)表型的基礎(chǔ)。印跡法等傳統(tǒng)氣孔觀測(cè)方法是將指甲油等粘性材料均勻涂抹在葉表，待風(fēng)干后將其與葉片分離，從而得到氣孔形態(tài)的印跡，雖原理簡單、觀測(cè)成本低，但需將印跡制片并置于臺(tái)式顯微鏡觀察，觀測(cè)結(jié)果受葉片質(zhì)地和制片效果等的多重影響，且不能原位活體、無損連續(xù)觀測(cè)。在個(gè)體尺度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中小麥等植物的氣孔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)農(nóng)田的水肥管理具有重要的監(jiān)測(cè)預(yù)警作用，但現(xiàn)有顯微成像設(shè)備體積笨重、供電接線雜亂，操作繁瑣、集成度低，協(xié)同性差，難以滿足氣孔晝夜節(jié)律及其響應(yīng)環(huán)境變化研究時(shí)的原位、無損、動(dòng)態(tài)連續(xù)觀測(cè)的需求；在群體尺度，若想通過正向遺傳學(xué)等手段進(jìn)行氣孔相關(guān)候選基因挖掘，則需通過人工收集或構(gòu)建自然群體、自交系群體等材料，結(jié)合測(cè)序數(shù)據(jù)與群體氣孔表型數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。前人基于氣孔監(jiān)測(cè)需求開發(fā)了各種觀測(cè)技術(shù)，他們各有特點(diǎn)（如表所示），然而，國內(nèi)外至今仍無相關(guān)設(shè)備可用于大群體材料的氣孔表型圖像的同步高效采集。

1.4 傳統(tǒng)氣孔表型分析方法的局限性
目標(biāo)氣孔檢測(cè)與分析是研究氣孔形態(tài)學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)表型的核心問題。以前通過人工方式對(duì)圖像中的氣孔計(jì)數(shù)，該過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且長時(shí)間看圖會(huì)導(dǎo)致眼疲勞，增加出錯(cuò)概率。隨后，學(xué)者們開發(fā)出了各種半自動(dòng)化的氣孔圖像處理算法，例如，人們可通過Image-J等通用圖像處理軟件進(jìn)行半手工測(cè)量，可用于長度、寬度、面積及周長等氣孔表型參數(shù)的提取，但類似的軟件通常要求使用者先手動(dòng)調(diào)整每幅圖像的參數(shù)去較準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)氣孔像素分割，還需用戶手動(dòng)標(biāo)記氣孔孔隙和氣孔復(fù)合體邊界等興趣區(qū)，然后才能進(jìn)行氣孔相關(guān)表型參數(shù)的計(jì)算提取。這種復(fù)雜的圖像分析流程非常占用時(shí)間，且基于圖像調(diào)參的方法往往難以準(zhǔn)確描繪氣孔邊緣，更難以準(zhǔn)確計(jì)算氣孔的表型參數(shù)，因此，大群體材料的氣孔表型監(jiān)測(cè)與分析往往令相關(guān)學(xué)者望而生畏。開發(fā)適用于多物種、大群體、可實(shí)現(xiàn)氣孔形態(tài)學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)表型監(jiān)測(cè)與分析的、輕便、靈活和高度集成的系統(tǒng)，已成為植物優(yōu)良品種選育、抗逆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)栽培管理、碳匯及水循環(huán)等領(lǐng)域研究的迫切需求。

2.研發(fā)成效
2.1 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)設(shè)備突破
為攻克上述問題，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組、作物表型組學(xué)交叉研究中心聯(lián)合南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院有限公司（市新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、國家高新技術(shù)企業(yè)），累計(jì)投入10名碩/博研究生，歷經(jīng)6年的潛心鉆研積累，成功研發(fā)出適用于室內(nèi)外多場(chǎng)景的多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如下圖）。

多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)晝夜不間斷的植物葉表氣孔圖像的采集與氣孔表型的實(shí)時(shí)解析，為分析微觀視野下植物氣孔對(duì)光、溫、水、肥、氣等環(huán)境因子變化的形態(tài)學(xué)（靜態(tài)）及運(yùn)動(dòng)學(xué)（動(dòng)態(tài)）表型響應(yīng)提供了一個(gè)低成本、全自動(dòng)、高通量的活體原位無損檢測(cè)方案。該系統(tǒng)由PC端控制站點(diǎn)、無線信號(hào)基站以及多物種氣孔表型監(jiān)測(cè)終端三部分構(gòu)成。系統(tǒng)以現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，基于“無線互聯(lián)”的設(shè)計(jì)理念，首先通過微型信號(hào)基站發(fā)射WIFI信號(hào)覆蓋整個(gè)試驗(yàn)區(qū)，隨后在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)布設(shè)具備WIFI無線通訊功能的氣孔表型監(jiān)測(cè)終端，最后通過信號(hào)基站、監(jiān)測(cè)終端及PC端之間的無線互聯(lián)，耦合多個(gè)氣孔監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)PC端對(duì)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)監(jiān)測(cè)終端的遠(yuǎn)程無線控制、大規(guī)模的氣孔監(jiān)測(cè)終端的集群化部署及氣孔圖像的多終端協(xié)同采集與回傳。其中，系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)氣孔表型監(jiān)測(cè)終端都包含獨(dú)立的太陽能供電系統(tǒng)，能有效避免野外農(nóng)田等應(yīng)用場(chǎng)景中設(shè)備的接電困難、電線拉扯雜亂等難題，極大的增加了設(shè)備使用的便捷性；此外，為應(yīng)對(duì)不同物種間氣孔大小及形態(tài)差異較大的問題，各個(gè)終端可靈活更換顯微物鏡（放大倍率：18-450），可實(shí)現(xiàn)對(duì)絕大多數(shù)植物葉片表皮氣孔圖像的高清動(dòng)態(tài)采集。

2.2 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)算法突破
同時(shí)，我們基于采集的多物種的海量氣孔圖像數(shù)據(jù)集，利用YOLO、U-Net、Mobile-Net等深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)框架（如圖所示），開發(fā)了適用于多物種的氣孔目標(biāo)檢測(cè)、語義分割、單目標(biāo)跟蹤及多目標(biāo)跟蹤等算法，歷經(jīng)三次的迭代升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了氣孔形態(tài)學(xué)（靜態(tài)）及運(yùn)動(dòng)學(xué)（動(dòng)態(tài)）表型參數(shù)的高通量提取，目前正在進(jìn)行多物種通用算法的開發(fā)，屆時(shí)可廣泛應(yīng)用于小/大麥、玉米、大豆、棉花、紅薯、花生、油菜等大田作物以及梨樹、菊花、茶葉等園藝作物的氣孔表型監(jiān)測(cè)。

基于上述氣孔表型提取算法，配套開發(fā)氣孔表型參數(shù)分析軟件，簡化科研，賦能探索，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
一鍵簡易分析：用戶無需復(fù)雜編程知識(shí)，只需簡單點(diǎn)擊，選擇圖片或視頻文件，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)完成參數(shù)分析，讓科研變得更加輕松。
數(shù)據(jù)多維解析：集成交互式圖表、靜態(tài)表格和動(dòng)態(tài)視頻等多種分析方式，幫助用戶從不同維度深入探索表型變化趨勢(shì)。
批量高效分析：支持單次任務(wù)處理多張圖像，提高分析效率。
個(gè)性化定制分析：提供靈活的參數(shù)設(shè)置，用戶可以根據(jù)研究需求重點(diǎn)自定義分析參數(shù)，提高分析效率。
技術(shù)迭代與支持：團(tuán)隊(duì)將持續(xù)更新軟件，優(yōu)化算法精度、分析指標(biāo)與使用體驗(yàn)，并提供專業(yè)的用戶支持服務(wù)。

2.3 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可提取的主要參數(shù)

2.4 多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)
獨(dú)特葉夾設(shè)計(jì)：夾固葉片零損傷，適應(yīng)多物種葉形，滿足長周期原位監(jiān)測(cè)需求。
光源亮度可調(diào)：確保圖像高質(zhì)量采集，有效避免氣孔原有生理規(guī)律受擾。
野外靈活安裝：高功率太陽能充電+鋰電池供電，電力充沛、保障連續(xù)采集；穩(wěn)定集成，無線化部署，簡化安裝過程、避免接線困擾，真正做到插拔即用！
遠(yuǎn)程無線控制：WIFI6.0技術(shù)，超1800Mbps傳輸速率，超5公里信號(hào)覆蓋范圍，鏈路穩(wěn)定、高速暢行、無線互聯(lián)，支持一千套設(shè)備的集群化部署與遠(yuǎn)程協(xié)同操控。
實(shí)時(shí)高清采集：氣孔圖像可實(shí)時(shí)預(yù)覽，可高清晰精準(zhǔn)捕捉氣孔靜動(dòng)態(tài)表型細(xì)節(jié)并實(shí)現(xiàn)多終端協(xié)同采集與回傳，為相關(guān)研究分析提供高質(zhì)量原始圖像。
智能高效提取：整合目標(biāo)檢測(cè)/分類、語義分割、單/多目標(biāo)跟蹤等深度學(xué)習(xí)算法，全自動(dòng)提取氣孔輪廓、追蹤不同氣孔靜動(dòng)態(tài)表型變化，高效解析海量氣孔表型。
適用范圍廣泛：設(shè)備/算法通用性強(qiáng)，大田及室內(nèi)等多種使用場(chǎng)景適用、多物種適用、植物物種差異、生長發(fā)育及環(huán)境響應(yīng)監(jiān)測(cè)等多種需求適用，野生種質(zhì)/人造種質(zhì)/栽培品種等群體監(jiān)測(cè)適用，且支持設(shè)備及模型的定制化開發(fā)和自訓(xùn)練拓展。

3.研發(fā)歷程及應(yīng)用案例
3.1研發(fā)歷程
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組與小麥氣孔的“愛恨情仇”始于團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家姜東教授2007年在丹麥訪學(xué)期間，相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)閱讀《小麥葉片氣孔實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用》。

多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自主研發(fā)之路，則始于2018年初，2017年，時(shí)任南京農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)研究院院長的姜東教授牽頭成立全國首個(gè)作物表型組學(xué)交叉研究中心，中心引進(jìn)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，專業(yè)涵蓋光電傳感、自動(dòng)化、智能制造、數(shù)學(xué)等學(xué)科，吸引了一批機(jī)械與自動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)、光電、圖像分析、人工智能、植物表型組學(xué)、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。隨后，姜東教授聯(lián)合小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理團(tuán)隊(duì)與作物表型組學(xué)交叉研究中心，依托南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院有限公司（市新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、國家高新技術(shù)企業(yè)），正式啟動(dòng)植物氣孔表型監(jiān)測(cè)設(shè)備的研發(fā)，期間累計(jì)投入10余名碩士/博士研究生，歷經(jīng)6年的潛心鉆研積累至今，完成了植物氣孔表型監(jiān)測(cè)與分析設(shè)備及算法的四次升級(jí)優(yōu)化。相關(guān)研發(fā)進(jìn)展如下：

在植物氣孔表型監(jiān)測(cè)設(shè)備的方面，完成植物氣孔表型觀測(cè)設(shè)備的四次迭代升級(jí)。初代設(shè)備實(shí)現(xiàn)了小麥氣孔圖像的原位無損長周期動(dòng)態(tài)采集；第二代設(shè)備在第一代設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和外觀優(yōu)化，從而使其適用于室內(nèi)外多種場(chǎng)景下的小麥氣孔圖像的原位、無損、連續(xù)的采集；第三代設(shè)備在第二代設(shè)備的基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化，能夠靈活更換顯微物鏡，適用于多物種葉表氣孔圖像的高清動(dòng)態(tài)采集，有效解決了不同物種間氣孔大小及形態(tài)差異較大的問題；而最新的第四代設(shè)備，基于“無線互聯(lián)”的設(shè)計(jì)理念，在保留第三代功能的基礎(chǔ)上，整合太陽能供電、無線通訊等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)再次優(yōu)化升級(jí)，突破了電力供應(yīng)、多應(yīng)用場(chǎng)景、多物種適用及遠(yuǎn)程多終端協(xié)同控制等因素限制，真正意義實(shí)現(xiàn)了多物種氣孔表型的原位、無損、高通量的集群式連續(xù)監(jiān)測(cè)，暨本次發(fā)布的多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（四代系統(tǒng)如下圖所示）。

在植物氣孔表型參數(shù)提取算法方面，研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成了小麥氣孔表型分析算法的三次迭代升級(jí)，初步建成了多物種氣孔圖像數(shù)據(jù)集及算法庫。第一代的氣孔表型提取算法利用目標(biāo)檢測(cè)方法完成了開閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)及計(jì)數(shù)等初步的小麥氣孔靜態(tài)指標(biāo)的提取；第二代算法在第一代算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合單目標(biāo)跟蹤以及語義分割等深度學(xué)習(xí)方法，成功捕獲小麥保衛(wèi)細(xì)胞所圍成的小孔，暨氣孔開孔面積的動(dòng)態(tài)變化；第三代算法基于研發(fā)團(tuán)隊(duì)前期采集積累的2000多萬張小麥氣孔圖像，耦合目標(biāo)檢測(cè)、語義分割、多目標(biāo)跟蹤等多種深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了小麥的氣孔形態(tài)學(xué)（靜態(tài)）及運(yùn)動(dòng)學(xué)（動(dòng)態(tài)）表型參數(shù)的高通量提�。ㄈ�次算法迭代如下圖）。最近，第四代，暨多物種氣孔表型提取通用算法即將完成，屆時(shí)可應(yīng)用于小麥、大麥、玉米、大豆、棉花、紅薯、花生、油菜等大田作物及梨樹、菊花、茶葉等園藝作物的氣孔表型監(jiān)測(cè)。

3.2部分應(yīng)用案例
多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，可用于高通量的定性和定量分析單個(gè)或群體氣孔的形態(tài)學(xué)（靜態(tài)）及運(yùn)動(dòng)學(xué)（動(dòng)態(tài)）表型差異，極大地提高了氣孔表型觀測(cè)與分析效率，揭示了一些前人未曾揭示的氣孔生物學(xué)規(guī)律，主要發(fā)現(xiàn)如下：

①氣孔比我們想象的更“勤奮”，氣孔可在黎明前內(nèi)源性地打開，不受外界環(huán)境因素影響（沒有光，氣孔也會(huì)開放）；

②氣孔存在斑駁性，氣孔的開閉狀態(tài)及開孔面積并不統(tǒng)一，且氣孔晝夜節(jié)律與氣孔本身的解剖學(xué)特征密切相關(guān)，小氣孔的夜間休眠時(shí)間（關(guān)閉時(shí)長）更長；

③氣孔存在大小之分，小麥的小氣孔在響應(yīng)非生物脅迫的過程中具有更快地響應(yīng)速度，具有“先鋒”作用；

④氣孔具有“記憶”功能，鍛煉可提高小麥氣孔對(duì)干旱脅迫等非生物脅迫的響應(yīng)能力，即經(jīng)鍛煉后的植株氣孔在脅迫下提早關(guān)閉，在脅迫解除后提早開放。

上述相關(guān)研究成果在發(fā)表在國內(nèi)外知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Integrative Agriculture (2024)、Computers and Electronics in Agriculture (2023)、Frontiers in Plant Science (2023)、Plant Phenomics (2021)及農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)(2019)，授權(quán)國家發(fā)明及實(shí)用新型(CN202210730549.0; CN202011071627.8; CN202022480211.3)等專利3項(xiàng)。

系統(tǒng)目前被南京大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、香港大學(xué)、浙江大學(xué)、石河子大學(xué)及新疆省農(nóng)科院等高校院所的多個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用，應(yīng)用市場(chǎng)表現(xiàn)良好。

4.免費(fèi)試用及經(jīng)銷商招募

始于2018，自主研發(fā)之路走了6年，歷經(jīng)四次迭代升級(jí)，現(xiàn)今，南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院正式推出多物種氣孔表型原位高效群體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)—PheyeStomata，一個(gè)有潛力將植株的光合/蒸騰視像化的氣孔表型監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，現(xiàn)誠邀全國區(qū)域經(jīng)銷商加入，讓我們一起共謀行業(yè)發(fā)展，見證品牌發(fā)展。

4.1客戶免費(fèi)試用報(bào)名條件

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領(lǐng)域相關(guān)的高校在職科研人員；

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領(lǐng)域相關(guān)的院所在職科研人員；

全國范圍內(nèi)與農(nóng)、林、草、園藝等植物領(lǐng)域相關(guān)的公司所屬科研人員。

4.2代理商招募條件

具備一定的行業(yè)客戶基礎(chǔ)，擁有相關(guān)專業(yè)背景知識(shí)。

有意者請(qǐng)聯(lián)系下方微信

          陳佳瑋                             李慶

南農(nóng)作物表型組學(xué)研究中心  南農(nóng)小麥生理生態(tài)生產(chǎn)管理課題組

南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院    農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥技術(shù)創(chuàng)新中心

5.研發(fā)團(tuán)隊(duì)簡介

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理課題組：

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥生理生態(tài)與生產(chǎn)管理團(tuán)隊(duì)以長江中下游麥區(qū)小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)為目標(biāo)，以技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)制及推廣服務(wù)為主要途徑，致力于小麥多維度、多尺度表型高通量獲取與分析平臺(tái)研發(fā)應(yīng)用、品質(zhì)生理生態(tài)與品質(zhì)調(diào)優(yōu)、非生物逆境脅迫記憶與抗逆豐產(chǎn)、小麥資源高效利用機(jī)制與安全清潔生產(chǎn)、營養(yǎng)功能食品開發(fā)和利用等領(lǐng)域的研究。

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有固定人員10名，其中教授5名，副教授2名，鐘山青年研究員2名，實(shí)驗(yàn)師1名。獲“CJ學(xué)者”講座教授榮譽(yù)1人，“杰青”1人，“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才1人，省“333工程”高層次人才2人。依托農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與生產(chǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)有農(nóng)業(yè)農(nóng)村部小麥區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新中心，建成了設(shè)施一流、配備精良、功能齊全的的科研基地和實(shí)驗(yàn)室。

近年來，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家863計(jì)劃、面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科技專項(xiàng)以及部省科研課題等20余項(xiàng)。累計(jì)發(fā)表論文360余篇，其中SCI論文180余篇。授權(quán)國家發(fā)明專利20余項(xiàng)、實(shí)用新型和軟著50余件；發(fā)布《小麥微課》、《圖說小麥》等多個(gè)視頻、專著和教材。團(tuán)隊(duì)成員以主要完成人先后獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，2項(xiàng)技術(shù)入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧油生產(chǎn)主推技術(shù)，制定地方標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物表型組學(xué)交叉研究中心：

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)是中國最早開展表型組學(xué)相關(guān)研究的單位之一，2017年設(shè)立了國內(nèi)首個(gè)“作物表型組學(xué)交叉研究中心”，并于2020年正式納入我校前沿交叉研究院實(shí)體化運(yùn)行，著力打造“人才特區(qū)、學(xué)術(shù)特區(qū)”，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)交叉學(xué)科發(fā)展所需師資、經(jīng)費(fèi)、空間和人才培養(yǎng)等事宜。中心現(xiàn)有科研辦公場(chǎng)地共約25000㎡（含衛(wèi)崗校區(qū)辦公空間約1000㎡，實(shí)驗(yàn)空間約2000㎡，以及位于白馬基地的植物表型研發(fā)大樓，總建筑面積22120㎡）。中心擁有國際一流的植物表型組學(xué)研究平臺(tái)設(shè)施，總價(jià)值近4000萬元。學(xué)校年均投入教學(xué)、科研等運(yùn)行經(jīng)費(fèi)逾500萬元�，F(xiàn)已初步構(gòu)建了一支多學(xué)科交叉融合、國內(nèi)外頂尖專家匯聚的師資團(tuán)隊(duì)，擁有國外兼聘+校內(nèi)專聘PI團(tuán)隊(duì)6個(gè)，專任教師16人。

南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院有限公司：

南京慧瞳作物表型組學(xué)研究院有限公司是一家從事農(nóng)業(yè)科技研發(fā),生物科技研發(fā),軟件科技研發(fā)等業(yè)務(wù)的公司，成立于2019年，企業(yè)的經(jīng)營范圍為:農(nóng)業(yè)科技、生物科技、軟件科技研發(fā)；作物栽培與耕作學(xué)研究、作物遺傳育種研究技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)；植物組織培養(yǎng)、栽培和表型分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)外包；水、氣體、土壤、植物樣品檢測(cè)和研究服務(wù)；開展農(nóng)業(yè)科學(xué)知識(shí)的普及、傳播和推廣農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)；組織農(nóng)業(yè)科技培訓(xùn)和農(nóng)業(yè)科學(xué)教育活動(dòng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓；機(jī)械設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、人工智能系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)研發(fā)、技術(shù)服務(wù)、銷售、數(shù)據(jù)處理；植物表型檢測(cè)儀器設(shè)備研發(fā)、制造、銷售；成像儀器設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售和維修。

入選南京市新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，國家高新技術(shù)企業(yè)，企業(yè)成立至今擁有表型工廠面積約3000㎡，申請(qǐng)專利143項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利23項(xiàng)，實(shí)用新型專利52項(xiàng)，軟件著作權(quán)6個(gè)，申請(qǐng)PCT專利19項(xiàng)，研發(fā)創(chuàng)制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多元傳感器、植物多器官多表型高通量分析系統(tǒng)、扁根盒及圓根盒式植物根系形態(tài)表型原位動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)、種子萌發(fā)表型原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣孔表型原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、籽粒切片表型分析系統(tǒng)、田間龍門及無軌索驅(qū)式表型平臺(tái)等20多款植物室內(nèi)外多維度、多尺度形態(tài)及生理表型高通量獲取與分析平臺(tái)，參與海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室揭榜掛帥，江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥及江蘇省自主創(chuàng)新等多項(xiàng)省市級(jí)科研項(xiàng)目。

6.相關(guān)文章及專利

6.1 涉及論文

[1] Zhuangzhuang Sun#, Yunlin Song#, Qing Li, Jian Cai, Xiao Wang, Qin Zhou, Mei Huang, Dong Jiang* An Integrated Method for Tracking and Monitoring Stomata Dynamics from Microscope Videos. Plant Phenomics, 2021, 2021(23), 1-11.中科院一區(qū)

[2] Zhuangzhuang Sun#, Xiao Wang#, Yunlin Song, Qing Li, Jin Song, Jian Cai, Qin Zhou, Yingxin Zhong, Shichao Jin*, Dong Jiang* StomataTracker: Revealing circadian rhythms of wheat stomata with insitu video and deep learning, Computers and Electronics in Agriculture, 2023, 212, 108-120.中科院一區(qū)

[3] Qing Li, Zhuangzhuang Sun, Xiao Wang*, Chuan Zhong, Wenliang Wan, MagujeMasa Malko, Linfeng Xu, Zhaofeng Li, Zihan Jin, Qin Zhou, Jian Cai, Yingxin Zhong, Mei Huang, Dong Jiang*. Time-course transcriptomic information unravel the mechanisms of improved drought tolerance by drought-priming in wheat, Journal of Integrative Agriculture, 2024.中科院一區(qū)

[4] Mengxiang Yang, Jiawei He, Zhuangzhuang Sun, Qing Li, Jian Cai, Qin Zhou, Bernd Wollenweber, Dong Jiang, Xiao Wang. Drought priming mechanisms in wheat elucidated by in-situ determination of dynamic stomatal behavior. Frontiers in Plant Science, 2023.中科院二區(qū)

[5] K.H. Cheng, Zhuangzhuang Sun*, Wanlu Zhong, Zhihui Wang, Zhengbing Yan, Ruinan Zhang, Jingrong Zang, Yingyi Zhao, Shuwen Liu, Shichao Jin, Jin Wu* Enhancing wheat crop physiology monitoring through spectroscopic analysis of stomatal conductance dynamics, Remote Sensing of Environment, 2024. (Accepted)，中科院一區(qū)TOP

[6] 孫壯壯, 姜東, 蔡劍, 王笑, 周琴, 黃梅, 戴廷波, 曹衛(wèi)星. 單子葉作物葉片氣孔自動(dòng)識(shí)別與計(jì)數(shù)技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2019, 35（23）, 170-176.

6.2授權(quán)專利

[1] 孫壯壯 金時(shí)超 李慶 姜東，植物葉片氣孔個(gè)體行為檢測(cè)分析方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，發(fā)明專利，CN202210730549.0，2023年。

[2] 孫壯壯 李慶 蔡劍 王笑 姜東，一種植物葉片氣孔開閉狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，發(fā)明專利，CN202011071627.8，2024年。

[3] 李慶 孫壯壯 蔡劍 王笑 姜東，一種用于氣孔開閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)的葉片固定裝置及系統(tǒng)，實(shí)用新型，CN2020101269037.3，2021年。