《Frontiers in Plant Science》：Phenological growth stages of Finger millet (Eleusine coracana (L.)) using 3-D phenotyping with relevance to breeding applications
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穇子（Eleusine coracana (L.) Gaertn.）是一种小籽粒谷类作物，以其健康益处及在缺水与盐渍环境中生长的能力而著称。尽管具备健康与适应优势，目前仍缺乏针对穇子的标准化BBCH（Biologische Bundesanstalt, Bun
穇子（Eleusine coracana (L.) Gaertn.）是一种小籽粒谷类作物，以其健康益处及在缺水与盐渍环境中生长的能力而著称。尽管具备健康与适应优势，目前仍缺乏针对穇子的标准化BBCH（Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt and Chemical industry）尺度，阻碍了界定生长与发育的标准化尺度建立。任何育种计划及相关研究的初始步骤，均是对作物生长阶段进行精确、一致且标准化的描述。因此，研究人员提出一种标准化物候尺度，用以描述和比较不同生长与发育阶段。本研究选用来自美国农业部（U.S.D.A.）国家植物种质系统（NPGS）收集的四个穇子种质，以标准化BBCH图表为基线，描述九个主要发育阶段，从而为穇子提供简化且用户友好的物候生长分期尺度。本研究的新颖之处在于使用神经辐射场（Neural Radiance Fields, NeRF）生成三维（3-D）渲染，将生长阶段与三维成像对齐，为未来物候分期研究引入三维可视化作为标准化、研究人员培训及降低跨环境观察者偏倚的工具奠定基础。
研究背景方面，小米类作物（如穇子、稗属、粟、黍等）在半干旱地区种植历史悠久，具备低投入下稳产与气候适应性，但相较于玉米、小麦、水稻等主粮长期被边缘化。穇子（Eleusine coracana (L.) Gaertn.）为自花授粉一年生小籽粒谷物，耐旱耐盐、营养丰富（高钙铁磷、无麸质），基因组已测序，但研究短板明显：多数主栽作物均有标准化生长尺度（如大豆Fehr尺度、玉米Hanway尺度、小麦Feekes尺度），而穇子缺乏基于BBCH（Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt and Chemical industry）框架的标准化物候描述，导致性状分析与表型比较难以跨环境验证；同时传统BBCH 00–99全量代码在实践中有时难以跟踪，且既往依赖文字与二维图像说明。为此，研究人员以BBCH为基线，构建穇子简化、可目视化、面向育种的物候尺度，并首次将NeRF（Neural Radiance Fields）三维重建与虚拟现实（Virtual Reality, VR）嵌入尺度培训体系。该研究发表于《Frontiers in Plant Science》。
关键技术方法上，研究人员于2023与2024年在美国爱荷华州立大学温室开展两年度试验：2023年用NPGS种质PI 462771与PI 462417以随机区组观察萌发与营养期二维影像；2024年增补PI 462441与PI 462765，以完全随机设计、约24℃恒温（基温10℃，日积约14℃·d）追踪至成熟，用iPhone 14 Pro配合Polycam与360°转台采图/视频，经GLOMAP位姿估计与Nerfstudio中Nerfacto配置训练NeRF，点云在CloudCompare去噪着色后导入Unreal Engine，配合Meta Quest 2实现VR巡视。种子发育内部变化以立体显微镜剖检记录。样本队列即上述四个NPGS指定位点种质。
研究结果部分，各小节结论如下：
3.1 萌发（阶段0）：以颖果吸水膨胀（BBCH 03）、胚根突破（05）、胚根伸长（06）、胚芽鞘出土（07）为关键亚阶；胚芽鞘露土累计约43.5℃·d。
3.2 叶发育（阶段1）：主茎叶按可见叶领（collar）计完全展开叶数，首叶展开BBCH 11约播种后5天/73℃·d，类推至Vn记法。
3.3 分蘖（阶段2）：主茎3–4叶时现首分蘖（BBCH 21），二蘖（22）约319℃·d；分蘖数示活力与产量构件。
3.4 茎伸长（阶段3）：节点难触诊且识别偏倚大，故简化尺度剔除茎伸长细分，仅作记录。
3.5 抽穗（阶段5）：旗叶口现穗尖BBCH 51（约71天/1030℃·d），50%抽出55，全抽59。
3.6 开花（阶段6）：自花授粉，花药由穗尖向基（basipetal）现出，61尖部、65中部、69基部，全期5–7天。
3.7 种子发育（阶段7）：BBCH 71清水状液（约84天/1218℃·d），75乳状粘液的淀粉积累期，需剖种判定。
3.8 灌浆成熟（阶段8）：83早面团（软湿）、85软面团（软干）、87硬面团（硬干），颖壳转黄。
3.9 衰老（阶段9）：92生理成熟（黑层、约106天/1537℃·d），95终衰（>50%冠层褐干）。
讨论部分总结：研究人员提出以V1–Vn标记营养叶级、H1/H5标记抽穗、R1–R10覆盖开花至收获成熟（R1–R3花药位置、R4–R5籽液、R6–R8面团三级、R9黑层、R10冠层干枯）的简化尺度，舍去难辨的茎节细分以提升重演性。NeRF点云从苗期240万点增至生殖期7460万点，虽单株采集5–7分钟、全流程含VR搭建需3–4小时清理，但支持多视角同质比对、降低评分者偏倚。该文为首个将NeRF三维成像与物候尺度结合的弃荒谷物研究。
结论部分译文：相较于玉米、小麦、水稻、高粱等谷物，穇子所获资源极少，制约其育种与研究；但其营养、抗逆与经济潜力正吸引全球农户与产业关注。作为研究标准化需求的第一步，研究人员以BBCH图表为基线描述穇子主要发育阶段并做视觉记录；同时给出简化、用户友好的物候生长分期尺度，便于育种者与研究者标准化阶段并比较品种与环境；最后为助理解与培训，展示NeRF生成三维渲染对齐生长阶段的效用，系首次以三维成像呈现生长发育分期的报道。
