新研究：使用3D打印甜菜植物模型，改善智能作物育種流程
時間：2024-07-31 10:54 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
本篇論文強調了3D打印用于植物表型分析中的重要性，這對于推進植物育種和提高作物產量至關重要。在過去，植物表型分析的參考數據依賴于侵入性方法，3D 傳感技術的最新進展使得收集手動測量無法獲得的參數成為可能，這項工作的重點是評估 3D 打印的甜菜植物模型。
△ 顯示適合 (A) 葉片 7 和 (B) 葉片 1 的參考模型點云的葉片模型。標記線表示用于測量葉片長度、葉片長度和葉片寬度的部分
面對環境因素造成的日益嚴峻的條件，農民調整作物生產以提高生產水平并確保安全變得越來越重要。眾所周知，植物育種有助于保持穩定的產量和應對氣候變化，但對于新作物品種來說，這樣做是勞動密集型、耗時的，并且需要有關植物基因構成或基因型與環境相互作用的可靠信息。
以植物的幾何或生理特性形式獲取這些信息的過程稱為植物表型分析。傳統上，人們會在表型分析過程中手動記錄有關植物的信息，例如作物的大小、葉子的形狀和大小以及果實的質量等。但如今，更多的表型分析流程正在使用計算機輔助傳感器（通常是人工智能）來自動化實現并更有效地捕獲有關植物的復雜信息。事實上，有關農作物種植的一切都變得更加現代化和自動化，當今的植物育種行業是一個以數據為中心的行業，涉及機器學習算法和復雜的成像技術來選擇理想的性狀。
擬議的 (A) 溫室和 (B) 田間實驗中的甜菜 3D 打印參考模型。
研究團隊在此研究項目中的目標是創建更好的甜菜植物 3D 模型，以表征植物地上部分的主要特征。這可以作為精確的參考材料，獲取更多的遺傳信息來指導智能作物育種，也可以協助人工智能驅動的作物改良流水線。
IFZ 的博士生 Jonas Bömer表示：“在 3D 植物表型分析領域，引用所使用的傳感器系統、計算機算法和捕獲的形態參數是一項具有挑戰性但又極其重要的任務。應用 3D 打印技術來生成可重復的參考模型，用于客觀和精確參考的標準化方法，有利于科學研究和實際植物育種�！�
對于“標準植物”，傳感器需要所有相關特征的數據，甚至是復雜的 3D 特征，例如葉子方向或“植物的陰影投射”。就像在手術計劃或醫療培訓中一樣，真人大小的三維模型比計算機數據和二維表示更有幫助。研究團隊表示，他們開發的 3D 打印甜菜植物模型可以輕松復制以供在田間使用。
創建人造甜菜參考植物的工作流程。中間過程顯示在白框中。進行的生產步驟以橙色突出顯示，而使用的軟件和硬件則以淺紅色顯示。
團隊使用激光雷達 (LiDAR) 技術為其模型收集數據，并使用 Faro Focus 系統掃描甜菜植物，從 12 個角度生成 3D 數據。他們使用 Faro Scene 軟件、Open3D Python 庫、開源 CloudCompare、Blender 和 PrusaSlicer 處理所有數據。然后，研究人員使用 Prusa i3 MK3S+ 3D 打印機用 PETG 制作了一個真實大小的植物模型。
GigaScience 數據科學家 Chris Armit 表示：“可打印 3D 模型的價值在于，農民可以打印多份副本，每塊農作物一份。作為一種低成本表型分析策略，主要成本是激光雷達掃描儀，很高興看到這種方法在需要低成本表型分析解決方案的作物（如水稻或非洲作物）上進行測試。 ”
研究團隊所提出的參考模型可準確再現且在較長時間內保持穩定，這表明 FDM 3D 打印是適合應用的生產技術。為甜菜創建 3D 參考模型的過程可以作為其耕地或園藝作物的模型范例。
(責任編輯：admin)
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