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數(shù)字表型學(xué)，特別是植物三維模型的應(yīng)用，是一種很有前途的高通量植物評(píng)價(jià)方法。盡管近年來已經(jīng)有許多相關(guān)研究發(fā)表，但還需要進(jìn)一步研究以將其應(yīng)用于育種研究和其他相關(guān)領(lǐng)域。在本研究中，我們利用自行開發(fā)的三維模型表型系統(tǒng)，對(duì)包括三個(gè)品種和它們的雜交品種在內(nèi)的20個(gè)結(jié)縷草（Zoysia spp.）種質(zhì)進(jìn)行了為期1年的重建和分析。采用具有三個(gè)隱藏層的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效去除非植物部分，同時(shí)保留使用裁剪方法錯(cuò)誤刪除的植物部分，為三維模型的后處理提供了一種強(qiáng)大而靈活的方法。該系統(tǒng)還展示了使用基于紅綠藍(lán)（RGB）的植被指數(shù)準(zhǔn)確評(píng)估高度、面積和顏色等多個(gè)性狀的能力。結(jié)果顯示，從體素三維模型得到的估計(jì)體積與干重之間存在很高的相關(guān)性，使其成為一種非破壞性測(cè)量植物體積的方法。此外，我們發(fā)現(xiàn)在控制照明條件下，基于RGB的綠紅歸一化差異指數(shù)與常用的歸一化差異植被指數(shù)類似。這些結(jié)果表明，三維模型表型學(xué)有助于促進(jìn)植物育種，特別是在草坪和飼料作物領(lǐng)域。

圖1 數(shù)字表型圖像采集系統(tǒng)：(A)采集箱；(B)進(jìn)出傳送帶；(C)帶有PN532 RFID閱讀器的Arduino，用于花盆識(shí)別；(D)自動(dòng)機(jī)械臂；(E)帶有攝像頭、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和標(biāo)記桿的采集箱內(nèi)視圖。

 圖2 三維模型的后處理方法的比較。(A）重建的三維模型；（B-D）裁剪方法；（E-G）分割方法。(B,E) (D, G)顯示保留的植物部分；(C, F)顯示去除的部分。(B)中的紅色虛線表示裁剪的區(qū)域。

圖3 數(shù)字估計(jì)性狀與人工測(cè)量的比較：（A）高度，（B）面積，（C）顏色，和（D）體積干重（僅第52周）。綠色方塊代表Z. japonica，藍(lán)色三角形代表Z. matrella，紅色星星代表Z. pacifica，黃色圓圈代表雜交品種組。黑線代表擬合的線性線。

 圖4. 使用三維（3D）估計(jì)性狀的生長(zhǎng)分析與傳統(tǒng)方法相比。(A)根據(jù)三維模型估計(jì)的高度。(B) 手工測(cè)量的高度。(C) 從三維模型估計(jì)的面積。(D) 從俯視二維（2D）圖像分析得到的面積。(E) 根據(jù)三維模型計(jì)算的綠-紅歸一化差異指數(shù)（GRNDI）。(F) 手工測(cè)量的歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）。(G) 根據(jù)三維模型估計(jì)的植物體積。綠色虛線代表Z.japonica "Mayer"，藍(lán)色虛線代表Z.matrella "TM9"，紅色虛線代表Z.pacifica "MZC46024"，黃色虛線代表雜交組的 "Emerald"。