【中國綠色時報】林木表型組學，智慧林業(yè)的前沿探索

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林木表型組學是研究林木表型的一門新興的生物學學科。表型組是指某一生物的全部性狀特征。表型組學是一門在基因水平上系統(tǒng)研究某一生物或細胞在各種不同環(huán)境條件下所有表型的學科。這一學科強調(diào)基因、時間和環(huán)境因素之間的互動，并且關(guān)注表型的多維度和多樣性。

　　林木表型組學，就是研究樹木的所有外在特征的學科。就像人有不同的身高、發(fā)色，樹木也有不同的高度、枝條形狀等特征。這個學科通過觀察樹木在不同環(huán)境下的這些特征，來理解它們是怎樣生長、如何適應環(huán)境的。例如，研究一棵松樹在干旱和濕潤環(huán)境下，冠層和樹形是如何變化的，這對于選擇更適合特定環(huán)境的品種、提高林木的生長質(zhì)量都很有幫助。簡單來說，林木表型組學就像是研究樹木的“體檢報告”，能幫助我們更好地了解和利用森林資源。

　　技術(shù)革新將林業(yè)帶入“精準”行業(yè)

　　隨著林草大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域技術(shù)革新，未來林業(yè)聚焦三大熱點方向，其中新一代林木育種技術(shù)研究和“智慧林業(yè)”應用研究，這兩大方向都離不開表型組學的應用。中國林科院亞熱帶林業(yè)研究所近年來持續(xù)推動新興學科發(fā)展，在“十四五”規(guī)劃中，將智慧林業(yè)發(fā)展列為四大重點工程之一，其中表型組學扮演著關(guān)鍵角色。

　　近日，亞林所林木種質(zhì)資源研究團隊利用高通量遙感無人機，精準估算了濕地松育種群體單株樹高、林冠面積及其葉綠素含量，為林木育種培育領(lǐng)域大樹生長和生理性狀測定提供了機器換人、高效規(guī)范的解決方案。研究成果發(fā)表在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心技術(shù)領(lǐng)域國際期刊《精準農(nóng)業(yè)》上，這標志著林業(yè)也進入“精準”行業(yè)。

　　林木種質(zhì)資源研究團隊負責人欒啟福研究員說，團隊長期從事亞熱帶主要用材和生態(tài)樹種資源收集、評價及其新種質(zhì)創(chuàng)建和良種的推廣工作，幾十年來營建試驗示范林近萬畝。種質(zhì)調(diào)查和評價是最核心的工作，也是最棘手的工作，特別是大量樹高10—20米、漫山遍野的濕地松等重要工業(yè)原料試驗示范林的生長生理評價長期滯后，影響到各項試驗研究、良種選育的進程。團隊研發(fā)了基于無人機的濕地松生長生理評價技術(shù)，為解決這個問題提供了新的途徑。

　　林木表型組學發(fā)展加快林木育種進程

　　為提升數(shù)據(jù)處理的效率和精確度，亞林所林木種質(zhì)資源研究團隊開發(fā)了如林木光譜提取工具(ExtSpecR)和新抽梢智能計算工具(CountShoots)等軟件。通過改進的輕量級實時目標檢測(YOLOX)模型和濕地松抽梢計數(shù)網(wǎng)絡(SPSC-net)模型，突破了單樹形態(tài)及光譜數(shù)據(jù)提取的技術(shù)難題，為林木育種效率的提升和表型—基因型關(guān)聯(lián)分析提供了有力的工具。這些研究成果不僅在《植物表型組學》等表型組學領(lǐng)域的主流期刊上發(fā)表了多篇SCI論文，還受到了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注和肯定。

　　團隊成員李彥杰副研究員表示，植物表型組學在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)顯示出顯著的應用價值。目前，多種室內(nèi)外表型平臺已經(jīng)在農(nóng)業(yè)中得到廣泛應用。這些平臺顯著提高了作物表型特征的測量效率和準確度，為理解植物對特定環(huán)境的適應機制提供了重要的研究工具。然而，專門用于林木的室內(nèi)外表型平臺，尤其是服務于林木遺傳育種的平臺相對較少。林木表型組學是一個充滿潛力的領(lǐng)域，是加快林木育種進程、縮短育種周期的強大工具，團隊在這些前沿科技上的探索和突破充分體現(xiàn)了團隊在林木表型組學領(lǐng)域的領(lǐng)先地位和創(chuàng)新能力。

　　交叉融合推動數(shù)字化林業(yè)轉(zhuǎn)型升級

　　亞林所自1964年成立以來，一直致力于生態(tài)保護、森林資源培育和經(jīng)濟林領(lǐng)域的科學研究。在過去的60年里，亞林所在傳統(tǒng)林業(yè)育種和林木資源管理方面取得了顯著的成效。隨著科技不斷發(fā)展，亞林所正積極推進高新技術(shù)與林業(yè)研究的深度融合，尤其在表型組學領(lǐng)域，以促進林業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

　　近日，隨著亞林所建所60周年系列學術(shù)活動之 “聚焦林木表型組學，共話智慧林業(yè)發(fā)展”首屆林木表型組學前沿論壇的舉辦，亞林所在推動林業(yè)科技創(chuàng)新和智慧林業(yè)管理方面邁出了重要一步。論壇上，來自國內(nèi)多所科研院校的專家學者交流了林木三維表型技術(shù)、氣候變化下的林木表型研究、高光譜遙感檢測、林木病害監(jiān)測等多個領(lǐng)域的最新研究成果，探討了林木經(jīng)營管理與信息技術(shù)的新理論和方法，為林業(yè)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了新思路和動力。

　　未來，亞林所林木種質(zhì)資源研究團隊將繼續(xù)聚焦智慧林業(yè)學科發(fā)展，特別是林木表型組學領(lǐng)域。深化林木種質(zhì)資源研究，通過集成遺傳學、生態(tài)學和信息科學等多學科技術(shù)，提升林木表型特征的測量和分析能力。同時，致力于開發(fā)智能化林業(yè)管理系統(tǒng)，加快林業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐。在生態(tài)保護、森林資源培育和經(jīng)濟林等領(lǐng)域開展更多應用基礎(chǔ)研究，為國內(nèi)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新提供科學支持。

　　(中國綠色時報 作者 李彥杰 楊瑩瑩 2024.02.26 4版)