智能手机3D成像结合传统测量优化黑莓和蓝莓微繁殖：继代周期与接种密度效应的创新评估

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Micropropagation of blackberry and blueberry: assessing the effects of subculture duration and explant density through the integration of traditional measurements and smartphone 3D imaging

本研究针对黑莓和蓝莓微繁殖中继代培养周期和接种密度优化问题，通过整合传统测量与智能手机LiDAR和viDoc RTK Rover的3D成像技术，系统评估了不同处理组合对离体生长的影响。研究发现继代周期是影响微繁殖效率的关键因素，在黑莓中45天周期能促进生根，在蓝莓中60天周期有利于芽伸长和生物量积累；而接种密度的影响相对有限。该研究首次将高精度3D表型分析应用于微繁殖体系，为建立非破坏性、快速监测的优化方案提供了新方法。

　　

浆果市场近年来持续扩张，黑莓和蓝莓因其独特风味和富含酚类化合物等保健价值备受青睐。然而，传统的无性繁殖方法如扦插和压条存在生根率低、劳动密集、受季节气候限制等问题，难以满足大规模种苗生产需求。微繁殖技术虽能克服这些局限，实现遗传性状一致、无病原体的快速繁殖，但其效率受到继代培养周期和接种密度等因素的显著影响。优化这些参数对于提高繁殖效率、降低生产成本至关重要。以往的生长监测多依赖破坏性、耗时的手工测量，缺乏快速、客观的评估手段。为此，研究人员在《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》上发表论文，创新性地将智能手机3D成像技术与传统测量方法相结合，系统研究了继代周期和接种密度对黑莓‘Thornfree’和蓝莓‘Brigitta’微繁殖的影响。

研究采用苹果iPhone 15 Pro Max配合viDoc RTK Rover和Pix4Dcatch应用进行数据采集，通过LiDAR和摄影测量技术生成高精度3D点云，结合结构光扫描（SfM）算法重建样本三维形态。样本来源于佩鲁贾大学“树木科学”研究单位的离体培养材料，设置了四种初始接种密度（每容器10、15、20、30个外植体）和两种继代周期（黑莓30/45天；蓝莓45/60天）。传统测量包括芽存活率、数量与长度、愈伤组织形成、鲜/干重、叶绿素含量等；数字分析则通过点云处理提取冠层覆盖面积和芽密度，并评估了地面控制点（GCP）对模型精度的影响。

黑莓结果

继代周期是影响黑莓生长的首要因素。45天周期显著提高了芽数量、总芽长、愈伤组织百分比和生根率（生根仅发生在45天），但平均芽长较低，这是由于芽数量增加所致。芽鲜重在30天较高，而干重无显著差异。接种密度仅显著影响愈伤组织鲜重和总干重（10个外植体时最高），以及叶绿素a和总叶绿素含量（30个外植体时降低）。冠层覆盖面积和芽密度随接种密度和继代周期增加而上升，在30个外植体和45天时达到最大值。

蓝莓结果

继代周期显著影响芽长度、愈伤组织鲜重和生物量积累。60天周期促进了芽伸长、愈伤组织发育和干重增加，但芽鲜重无变化。叶绿素含量未受接种密度或继代周期影响。冠层覆盖面积在10个外植体时最高，30个时最低，且60天周期下增加；芽密度随接种数量增加而下降，但随继代周期延长而上升。

讨论与结论

研究表明，继代周期是微繁殖效率的主要驱动因素，而接种密度的影响因物种而异。在黑莓中，较低密度有利于单芽增殖；在蓝莓中，延长培养时间可促进形态发生和生物量积累。集成3D成像的非破坏性监测方法提供了客观、高精度的表型分析，首次验证了viDoc RTK Rover与iPhone LiDAR系统在微繁殖中的应用价值。该方法具备便携、成本低、自动化程度高等优势，显著减少了主观误差，为优化离体繁殖协议提供了可靠工具。未来，该技术可进一步用于体积和形态参数分析，如芽高度和紧凑度，从而减少对传统测量的依赖，推动微繁殖技术的智能化和标准化发展。