#利用激光束和3D打印技术改良农作物#一项最新研究显示，通过结合激光扫描和3D打印技术来创建甜菜植物的详细3D模型，展示了新技术如何在21世纪作物育种中得到应用。

田间试验中包含的 3D 打印甜菜参考模型。图片来源：哥廷根甜菜研究所

　　除了利用遗传信息指导智能育种之外，这里的 3D 植物模型更进了一步，它捕捉了甜菜植物地上部分的基本特征，可用于人工智能辅助作物改良流程。甜菜植物模型可复制，适合田间使用。

　　所有研究信息、数据、方法以及 3D 打印文件均可免费获取。作物管理正在获得急需的工具，当然，现在每个人都可以打印自己的 3D 甜菜植物(只需最低限度的维护)。甜菜植物 3D 模型及其验证在GigaScience杂志的新出版物中介绍。

　　现代植物育种是一项以数据为中心的事业，涉及机器学习算法和复杂的成像技术来选择理想的特性。“植物表型分析”——收集植物精确信息和测量值的科学——在过去几年中取得了巨大的进步。

　　过去，表型分析依赖于人工进行的繁琐测量。如今，表型分析流程正变得越来越自动化，使用最先进的传感器技术，通常由人工智能辅助。测量的内容包括尺寸、果实质量、叶子形状和大小以及其他生长参数。

　　除了将测量工作交给自动化管道来提高效率之外，计算机辅助传感器通常还可以捕获有关植物的复杂信息，而这些信息是人类很难大规模收集的。

　　在这个由传感器驱动的新型作物育种领域，一个关键方面是精确的参考材料的可用性。

通过温室甜菜植株的 LiDAR 扫描生成 3D 可打印参考模型。图片来源：GigaScience (2024)。DOI：10.1093/gigascience/giae035

　　传感器需要提供“标准植物”的数据，这些数据涵盖所有相关特征，也包括更复杂的三维特征，例如叶子的方向。因此，拥有一个真实的“人造植物”作为真实尺寸的参考比仅仅拥有计算机中的数据或平面的 2D 表示更好。例如，实际模型也可以作为温室或试验田中真实植物的参考和内部控制。

　　新的 3D 打印甜菜植株模型就是为这些应用而开发的，其额外优势是打印文件可以免费下载和重复使用。这使得其他科学家(以及任何甜菜爱好者)可以重新制作参考甜菜的精确副本，使世界各地不同实验室的研究更具可比性。3D 打印价格低廉也意味着该方法可以在资源匮乏的环境中应用，例如发展中国家。

　　为了收集真实模型的精确数据，作者 Jonas Bömer 及其来自甜菜研究所 (哥廷根) 和波恩大学的同事使用了 LIDAR(光检测和测距)技术。简而言之，用激光扫描真实的甜菜植株，从 12 个不同的视角创建 3D 数据。

　　经过处理后，这些数据被输入到商用级 3D 打印机中，以创建甜菜的实际真实尺寸模型。然后，作者在实验室和现场测试了该模型作为参考点的预期用途。

　　Jonas Bömer 解释说：“在三维植物表型领域，利用传感器系统、计算机算法和捕获的形态参数的参考是一项具有挑战性但又至关重要的任务。

　　“利用增材制造技术生成可重复的参考模型为开发客观、精确参考的标准化方法提供了新的机会，从而有利于科学研究和实际植物育种。”

　　当然，这种方法并不局限于甜菜，新的研究展示了人工智能、3D 打印和传感器技术的结合如何促进未来的植物育种，从而帮助世界人口获得健康、美味的农作物。

　　数据科学家 Chris Armit 补充道：“可打印 3D 模型的价值在于，你可以打印多份副本，每块农作物田地一份。作为一种低成本的表型分析策略，主要成本是激光雷达扫描仪，如果这种方法在其他农作物(如水稻或非洲孤儿作物)上得到测试，那将是一件非常棒的事情，因为这些作物需要低成本的表型分析解决方案。”

　　更多信息：Jonas Bömer 等人，用于准确可靠的 3D 植物表型分析的 3D 打印植物模型，GigaScience(2024)。