雜種優(yōu)勢（heterosis，hybrid vigor）是雜合體在一種或多種性狀上優(yōu)于兩個親本的現(xiàn)象。例如不同品系、不同品種、甚至不同種屬間進(jìn)行雜交所得到的雜種一代往往比它的雙親表現(xiàn)更強(qiáng)大的生長速率和代謝功能，從而導(dǎo)致器官發(fā)達(dá)、體型增大、產(chǎn)量提高，或者表現(xiàn)在抗病、抗蟲、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等的提高。利用雜種優(yōu)勢進(jìn)行雜交育種是作物育種的重要手段之一。

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雜種優(yōu)勢作為作物育種重要表型性狀（traits），對其高通量分析檢測具有特別重要的現(xiàn)實意義，下面我們通過幾個研究案例，推薦出雜交育種表型分析檢測技術(shù)全面解決方案：

案例一、小麥—偃麥草雜交系的抗旱特性

雜種優(yōu)勢：干旱脅迫下盡量保持葉綠素含量，減少葉片變黃，維持植株面積基本不變

小麥的野生近緣種Thinopyrum屬(特別是中間偃麥草Th. intermedium和長穗偃麥草Th. ponticum)具有優(yōu)異的抗逆性。匈牙利農(nóng)業(yè)研究中心的科學(xué)家利用這兩種偃麥草的雜交種Agropyron glel(GLAEL)來開發(fā)新型小麥抗性品種。他們通過小麥品種MV9與GLAEL雜交，經(jīng)多代回交選育出44條染色體的附加系GLA7。

為了評估GLA7的抗旱優(yōu)勢，研究者通過PlantScreen傳送帶式高通量表型成像系統(tǒng)，對GLA7和其親本小麥基因型MV9 和KAR進(jìn)行了干旱培養(yǎng)和RGB形態(tài)表型成像分析。PlantScreen系統(tǒng)利用自帶的氣候控制生長室在小麥的分蘗期、抽穗期和花期分別模擬了不同的晝夜光照（包括光強(qiáng)、光質(zhì)組成、光照周期）、溫度并自動進(jìn)行稱重澆灌。對照組一直維持土壤含水量，處理組則在花期開始前停止?jié)菜?/span>10天。

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結(jié)果表明，干旱明顯造成了MV9 和KAR的衰老，其葉片中黃色部分顯著增加。GLA7則明顯保持了更多的綠色部分，說明干旱造成的其葉綠素降解要比它的母本少得多。同時，MV9 和KAR的植株面積在干旱脅迫處理后顯著降低，而GLA7的植株面積則幾乎沒有降低。這些表型數(shù)據(jù)充分證明了GLA7在干旱脅迫時的雜種優(yōu)勢。

案例二、通過葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)研究二倍體馬鈴薯光合特性

雜種優(yōu)勢：提高光合效率并增加塊莖產(chǎn)量

馬鈴薯作為全球重要糧食作物，其四倍體遺傳復(fù)雜性對育種造成了一定困難，而二倍體馬鈴薯為研究提供了簡化模型。荷蘭瓦格寧根大學(xué)使用二倍體馬鈴薯雜交種（如SOL015-3071和SOL014-7866）及其親本（D1、D16、DS），通過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)分析二倍體馬鈴薯在正常培養(yǎng)條件和逆境（鹽脅迫、低溫、磷缺乏）下的量子產(chǎn)額ΦPSII（也稱為實際光化學(xué)效率）遺傳變異，用于評估其光合效率優(yōu)勢，同時分析光合效率與塊莖產(chǎn)量的相關(guān)性。

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結(jié)果表明，在正常生長狀態(tài)下，雜交種的ΦPSII顯著高于其親本，表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢。同時幼苗期高ΦPSII（>0.6）的植株在成熟期塊莖干重顯著更高（24.3 g vs. 15 g）。

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  而在脅迫條件下，低溫和磷缺乏顯著降低了兩種雜交種的ΦPSII，其中低溫的降幅更大。鹽脅迫未顯著影響ΦPSII，但植株生長受限，FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)可高效篩選馬鈴薯的早期逆境響應(yīng)。

案例三：擬南芥生物量雜種優(yōu)勢的生理機(jī)制

雜種優(yōu)勢：提高萌發(fā)率和葉片早期發(fā)育，維持光合效率不變，從而提高生物量

擬南芥Arabidopsis thaliana雜交種往往會表現(xiàn)出生物量增加的雜種優(yōu)勢。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織與悉尼科技大學(xué)合作，旨在確定擬南芥雜交種生物量增加是由于單位葉面積光合效率提高，還是總體葉面積增加導(dǎo)致總光合產(chǎn)物增多。

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研究人員通過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的light curve光響應(yīng)曲線測量程序，測量了雜交種和親本在不同光強(qiáng)下的量子產(chǎn)額ΦPSII與電子傳遞速率ETR，并進(jìn)一步擬合出最大電子傳遞速率Jmax（即ETRmax）。結(jié)果表明雜交種和親本在光系統(tǒng)II效率方面沒有顯著差異。

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而萌發(fā)與培養(yǎng)實驗表明，雜交種比親本更早萌發(fā)，而且在早期發(fā)育階段葉片比親本要大，進(jìn)而在生長后期獲取了更高的總?cè)~面積。研究得到的最終結(jié)論是擬南芥雜交種的生物量雜種優(yōu)勢主要源于更大的葉面積而非更高的光合效率，萌發(fā)和葉片早期發(fā)育則是關(guān)鍵驅(qū)動因素。光合作用單位葉面積效率不變，但總光合產(chǎn)物增加推動了雜交種的生長優(yōu)勢。

案例四：干旱條件下玉米雜交種的不利因素

雜種優(yōu)勢：在非脅迫條件下有較大的植物體型，但干旱脅迫下光合系統(tǒng)受損也更為嚴(yán)重

這一研究案例探討了兩種玉米自交系及其F1雜交種在干旱條件下的表現(xiàn)差異。研究團(tuán)隊來自捷克的多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，包括查爾斯大學(xué)和捷克科學(xué)院實驗植物學(xué)研究所。

研究中對玉米光合作用的測量使用了LCpro便攜式光合儀和FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x。光合儀測量數(shù)據(jù)包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(gs)、水分利用效率（WUE）等。葉綠素?zé)晒鈨x測量OJIP快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線，并計算了最大量子產(chǎn)額φ_P0、能量耗散量子產(chǎn)額φ_D0、性能指數(shù)PI_ABS和PI_TOTAL等。

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研究結(jié)果表明，玉米雜交種在非脅迫條件下表現(xiàn)出的正雜種優(yōu)勢（較大的植物體型）在水分受限時成為明顯劣勢，包括光系統(tǒng)各方面的性能與效率比親本有更顯著的降低、氣孔導(dǎo)度進(jìn)一步降低從而造成的蒸騰與凈光合速率減低等。這一研究強(qiáng)調(diào)了植物體型大小與抗旱性的關(guān)系，指出了光合系統(tǒng)不同組分功能在干旱響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，為未來玉米抗旱育種策略的制定提供了理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。

LCpro光合儀和FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x都具備小巧輕便、功能全面、堅固耐用等優(yōu)點。FluorPen還可同時進(jìn)行PAM脈沖調(diào)試式葉綠素?zé)晒夂?/span>OJIP快速葉綠素?zé)晒獾臏y量，這在目前所有野外便攜式葉綠素?zé)晒鈨x中都可說是獨樹一幟的。這兩款儀器在國內(nèi)外都有大量的科研案例，這兩款儀器的組合更可以完整測量植物光合作用過程與機(jī)制，是植物光合效率測量、逆境脅迫評估中的科研利器。我們有幾百篇科相關(guān)研論文利用可供有關(guān)科研工作者參考。

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北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供雜交育種表型分析技術(shù)全面解決方案并提供相關(guān)參考文獻(xiàn)：

Ø 國際PlantScreen植物高通量表型成像分析系統(tǒng)，有傳送帶版、XYZ版、PlantScreen SC、根系表型分析等不同功能規(guī)格供選配

Ø PhenoTron®植物表型成像分析系統(tǒng)，易科泰新一代農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)+AI平臺技術(shù)，可根據(jù)國內(nèi)用戶實際需求及安裝場景靈活配置定制，具備高光譜成像、UV-MCF紫外光激發(fā)植物熒光（脅迫誘導(dǎo)次級代謝產(chǎn)物熒光）高光譜成像、葉綠素?zé)晒獬上瘛?/span>Thermo-RGB紅外熱成像與RGB成像融合分析、3D激光掃描成像分析等表型分析技術(shù)，AI平臺技術(shù)包括自動傳送系統(tǒng)、XYZ平臺、懸浮雙規(guī)平臺、機(jī)器人平臺等不同智能平臺供選配

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  Ø FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，有幾千篇國際科研文獻(xiàn)可供參考

  Ø FluorTron®植物光合表型成像分析系統(tǒng)，可根據(jù)客戶需求定制不同成像面積的葉綠素?zé)晒鈩討B(tài)成像、葉綠素?zé)晒夤庾V成像、LEDIF（植物群體）冠層葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)等

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  Ø PhenoTron®智能LED光源培養(yǎng)與表型分析平臺，集多通道智能LED光源與多源表型傳感器技術(shù)于一身，可在對植物進(jìn)行精確光照培訓(xùn)，同時實現(xiàn)葉綠素（含量）與葉綠素?zé)晒獬上瘛?/span>Thermo-RGB成像、多功能高光譜成像等在線晝夜全天候監(jiān)測分析植物表型。

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  Ø PhenoTron®智能LED光源培養(yǎng)與表型分析平臺與西洋參誘變育種葉綠素?zé)晒獬上瘢‥coTech®實驗室）

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Ø FluorPen系列手持式葉綠素?zé)晒鈨x（有探頭式和葉夾式，藻類用AquaPen試管式葉綠素?zé)晒鈨x），可與LCi、LCpro等光合儀組成便攜式大田作物表型分析測量系統(tǒng)

Ø FluorTron系列多光譜葉綠素?zé)晒獬上?多功能高光譜成像分析系統(tǒng)

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Ø 田間智能巡檢機(jī)器人表型分析平臺

Ø ET-LEDIF葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測系統(tǒng)

Ø 模塊式作物表型成像分析系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

1. Kruppa K, Türkösi E, Holušová K, et al. Genotyping-by-sequencing uncovers a Thinopyrum 4StS· 1J^vsS Robertsonian translocation linked to multiple stress tolerances in bread wheat. Theoretical and Applied Genetics, 2025, 138(1): 13.

2. Prinzenberg A E, Víquez‐Zamora M, Harbinson J, et al. Chlorophyll fluorescence imaging reveals genetic variation and loci for a photosynthetic trait in diploid potato[J]. Physiologia Plantarum, 2018, 164(2): 163-175.

3. Liu P C, Peacock W J, Wang L, et al. Leaf growth in early development is key to biomass heterosis in Arabidopsis[J]. Journal of experimental botany, 2020, 71(8): 2439-2450.

4. Holá D, Benešová M, Fischer L, et al. The disadvantages of being a hybrid during drought: A combined analysis of plant morphology, physiology and leaf proteome in maize[J]. PLoS One, 2017, 12(4): e0176121.