重力蒸腾表型平台 ：助力解析作物干旱/高温复合胁迫响应机制

气候变化背景下，干旱叠加高温的复合胁迫频发，严重威胁小麦等粮食作物稳产。干旱、高温并非简单叠加，其协同伤害远大于单一胁迫，开展多因子互作试验，对控水、数据采集的精度提出极高要求。来自 Frontiers in Plant Science 的小麦经典研究，依托DroughtSpotter 全自动蒸腾速率分析系统，解析小麦应对干旱高温复合胁迫的生理机制，为抗逆育种提供关键表型证据。

一、顶刊研究如何使用 DroughtSpotter？

在 Abdeljalil El Habti 团队 2020 年发表的小麦旱热复合胁迫研究中，选用 8 份遗传背景差异***的面包小麦材料，设置正常供水、单一干旱、干旱高温复合胁迫三组处理，探究蒸腾维持、籽粒水溶性碳水化合物和小麦抗逆能力的关联。

整套试验全部在 DroughtSpotter 重力称量平台上完成：

✅ 24h 连续高频称重记录：逐盆逐小时记录花盆重量变化，自动计算植株小时蒸腾速率、日耗水量，同时设置空白土壤对照，剔除土壤蒸发带来的数据干扰，精细还原植株真实蒸腾动态。

✅ 单盆**精细控水：168 盆试验材料，每盆**维持目标土壤水势，精细复现开花后土壤水势0.6 MPa 的干旱胁迫条件，规避人工浇水带来的组间误差，保证试验重复性。即便是高温胁迫处理阶段，依旧依靠称重法完成精细补水，维持干旱处理条件稳定不变。

✅ 环境耦合分析：结合温室温湿度数据计算水汽压亏缺 VPD，量化不同小麦基因型蒸腾速率对大气蒸发力的响应差异，区分胁迫敏感型和耐受型材料。

依托平台产出的高精度耗水蒸腾时序数据，研究得到关键结论：

干旱高温复合胁迫下，能否维持稳定蒸腾作用，是小麦保障籽粒产量的**性状。部分基因型经历高温后，蒸腾对水汽压亏缺响应发生不可逆下调，日耗水***下降，**终籽粒产量受损；而耐受基因型可以维持蒸腾响应，保持植株水分状态，保障同化物向籽粒转运。同时，籽粒葡萄糖、果糖含量可以解释接近 40%43% 主穗粒重变异，老旧与现代小麦品种碳水分配模式存在巨大差异。

在作物干旱、高温干旱复合胁迫试验中，人工称重浇水长期面临诸多难题：

❌ 人工浇水称重耗费大量人力，夜间、***无法连续监测；

❌ 人为操作误差大，很难维持每盆土壤含水量高度一致；

❌ 难以获取小时级、日尺度连续蒸腾动态，只能得到终点取样数据，丢失胁迫过程的关键生理变化；

❌ 多处理、多基因型并行试验，处理组间水分条件极易发生交叉干扰。

DroughtSpotter 基于重力法，针对性**上述科研痛点：

1. 高精度重力监测，称量精度 0.023%，补水精度可达 1g，24 小时无人值守，分钟级采集每盆重量变化，自动输出蒸腾速率、总耗水量、水分利用效率（bWUE/gWUE）等**参数，可直接对接文章统计分析。

2. 单盆**控制，每个称重单元可设置不同灌溉方案，一套系统同时运行充分供水、梯度干旱、旱热复合胁迫等多种试验范式，多基因型、多处理并行开展，大幅提升试验通量。

3. 适配复合胁迫研究：可和高温温室、气候室无缝联动，在高温处理前后不间断记录水分动态，捕捉高温打击后植株蒸腾的滞后效应，完美适配干旱 + 高温、干旱 + 盐等多因子互作科研。

4. 数据灵活导出，原始 / 聚合数据支持 CSV 导出，可直接对接 R、ASRemlR 等统计软件，适配方差分析、VPD蒸腾响应模型构建等高级统计，助力高分论文产出。

5. 容器兼容广，支持不同规格花盆，从小型禾本科幼苗到大株型小麦、玉米均可适配，温室、人工气候室内均可部署。

DroughtSpotter 是全球植物抗逆表型研究的通用平台，除小麦旱热复合胁迫之外，还适用于：

? 水稻、玉米、大麦等作物抗旱、耐热种质高通量筛选；

? 抗逆基因功能验证，解析蒸腾调控、气孔响应机制；

? 干旱复水恢复能力评估，水分利用效率 WUE 研究；

? 抗逆制剂、调节剂药效筛选；

? 气候变化模拟，评估作物对极端气象事件的响应。

四、国内外高校科研团队真实反馈

1. 澳大利亚 Plant Accelerator（TPA，小麦研究使用单位）

Trevor Garnett 博士“我们评估过自研重力称重系统，但调研发现其他课题组自制设备后期维护麻烦。DroughtSpotter 到货后很快就投入运行，厂商技术响应迅速，售后支持到位。我们已经用这套系统开展小麦、高粱、葡萄的大量干旱胁迫试验。单盆**可编程控制的精度，是手工系统很难实现的，尤其适合旱高温复合胁迫这类复杂多因子试验。我们 168 盆大规模析因试验，不同处理土壤水势可以稳定维持，***、夜间无需人员值守，保证蒸腾小时级时序数据完整。”

实际产出：依托该平台产出包括本篇 Frontiers in Plant Science 小麦旱热复合胁迫在内的多篇论文，实现蒸腾速率对 VPD（水汽压亏缺）响应关系的建模分析。

2. 奥地利 BOKU 大学表型平台（半野外防雨棚应用）

“DroughtSpotter 既可以放在温室，也可在防雨棚半田间条件下使用；每盆**设置灌溉方案，完整记录重力数据，计算植株蒸腾。它只负责控水称重，没有环境舱，环境控制需要搭配外部气候设施，受季节限制，适合生长季开展盆栽干旱、干旱复水试验。”

3. 南京农业大学 小麦逆境课题组（多因子 CO₂× 温度 × 水分交互试验）

“做多因子交互试验，水分是**容易失控的变量。人工浇水很难长期稳定维持 50%、100% 田间持水量，不同重复之间土壤含水量漂移，审稿人经常提出质疑。DroughtSpotter 可以长期锁死每一盆目标重量，24h 不间断输出蒸腾、耗水原始时序数据，数据全程可溯源，直接导出 CSV 对接 R、ASRemlR 做统计建模，非常适合高温干旱复合胁迫这类需要捕捉胁迫后滞后生理效应的试验，不用学生***轮班来温室浇水。”

在气候多变的当下，只测**终产量远远不够，胁迫发生过程中连续动态水分生理表型，是解析抗逆机制、筛选优良材料的钥匙。DroughtSpotter 以重力称重为**，把看不见的蒸腾、耗水过程量化，助力科研人员把表型做扎实，产出更有说服力科研结果。

在中国市场，上海迹亚国际商贸有限公司（Gaia China）作为中国区代理商，为本地科研机构与种植企业提供Phenospex系列产品的落地支持。对于长期受困于人工称重误差、破坏性采样与数据不连续等问题的干旱及抗旱性表型测试场景而言，从DroughtSpotter到FieldScale再到FieldScan与PlantEye的组合方案，为科研人员提供了一套可覆盖盆栽、温室与大田多种尺度的非破坏性、连续化数据获取路径。