科學家利用雷射掃描技術從作物田中產生甜菜植株地上部分的三維模型，在開發人工智慧輔助作物管道改良方面向前邁出了一步。新發表的一項研究結合雷射掃描和三維列印技術，創建了甜菜植物的詳細三維模型，展示了新技術如何用於21 世紀的作物育種。

甜菜的3D 列印參考模型納入田間試驗。圖片來源：哥廷根甜菜研究所

除了利用遺傳資訊指導智慧育種之外，三維植物模型還捕捉了甜菜植物地上部分的基本特徵，可用於人工智慧輔助作物改良管道。甜菜植物模型具有可重複性，適合田間使用。所有研究資訊、數據、方法以及3D 列印文件均可免費取得。作物管理獲得了急需的工具，當然，現在每個人都可以列印自己的三維甜菜植物！ (最低維護要求）。

現代植物育種是一項以數據為中心的事業，涉及機器學習演算法和複雜的成像技術，以選擇理想的性狀。 “植物表型”是一門收集植物精確資訊和測量數據的科學，在過去幾年中取得了巨大進展。

過去，表型分析依賴人類乏味的測量。如今，表型分析管道的自動化程度越來越高，採用了最先進的感測器技術，通常還有人工智慧輔助。測量內容包括大小、果實品質、葉片形狀和大小以及其他生長參數。將測量工作移交給自動化管線不僅能提高效率，電腦輔助感測器通常還能捕捉人類難以大規模收集的植物複雜資訊。

在這個由感測器驅動的作物育種新世界中，一個至關重要的方面是精確參考材料的可用性。

感測器需要獲得包含所有相關特徵的”標準植物”的數據，包括更複雜的三維特徵，如葉子的方向角度。因此，有一個實際的”人造植物”作為真實尺寸的參考物，要比僅有計算機中的數據或平面、二維的表示更可取。例如，也可以將實際模型作為溫室或試驗場中真實植物的參考和內部控制。

新的甜菜植物3D 列印模型就是在考慮到這些應用的情況下產生的，它還有一個額外的優勢，就是列印文件可供免費下載和重複使用。這樣，其他科學家（以及任何甜菜愛好者）就可以重新製作參考甜菜的精確副本，從而使世界各地不同實驗室所做的研究更具可比性。 3D列印技術的可負擔性也意味著這種方法可以在資源匱乏的環境中使用，例如在發展中國家。

為了為他們的現實模型收集精確的數據，作者–約納斯-伯默（Jonas Bömer）及其來自哥廷根甜菜研究所和波恩大學的同事–使用了雷射雷達（光探測和測距）技術。

簡而言之，透過雷射掃描真實的甜菜植物，從12 個不同的視角創建三維資料。經過處理步驟後，這些資料被輸入商業級三維印表機，以建立實際大小的甜菜模型。作者隨後在實驗室和實地測試了該模型的預期用途。

Jonas Bömer 解釋說：”在三維植物表型領域，利用感測器系統、電腦演算法和捕獲的形態參數進行參考是一項具有挑戰性但又非常重要的任務。應用快速成型技術產生可重現的參考模型，為開發客觀、精確的標準化參考方法提供了新的機遇，從而有利於科學研究和實際植物育種。

當然，這種方法並不局限於甜菜，GigaScience的這項新研究展示了人工智慧、3D 列印和感測器技術的結合如何促進未來的植物育種，從而幫助世界人口獲得健康、美味的作物。

GigaScience 資料科學家Chris Armit 補充說：”可列印三維模型的價值在於您可以列印多份，每塊作物田列印一份。作為一種低成本表型策略，其主要成本是雷射雷達掃描儀，如果能在水稻或非洲孤兒作物等其他需要低成本表型解決方案的作物上測試這種方法，那將會非常棒。

編譯自/ scitechdaily