玉米叶片在品种、环境和栽培管理等多种因素影响下呈现出显著的3D形态差异。如叶片褶皱、叶片平滑、叶面夹角等一些特征的定性描述，缺乏具体指标和方法来定量刻画叶片在3D空间的形态结构差异，且造成这种差异的原因仍不明确。

2024年8月，Plant Phenomics 在线发表了北京市农林科学院信息技术研究中心、数字植物北京市重点实验室联合开展的题为3D morphological feature quantification and analysis of corn leaves 的研究论文。

该研究获取了478个玉米自交系灌浆期穗位叶的3D数字化数据（这种数据每个点都有明确的语义信息，例如根据其序号明确其是叶尖、叶脉、叶缘点等），创新性地提出了一套包含叶长、3D叶面积、叶倾角、叶面夹角、叶面自扭率、叶面平整度和叶缘振幅等共13个3D叶形指标的计算方法，实现了对叶片整体和叶面局部变化的3D叶形特征的定量描述。

图1 典型OBIA（叶面夹角）和OBST（叶片自扭率）叶片的可视化和参数分布

图2 典型BP（叶面平整度）和MA（叶缘振幅）叶片的可视化和参数分布

图3 各叶型指标相关性分析结果

图4 各指标广义遗传力分析结果

结果表明，3D叶形特征可有效表征叶片间的形态差异，并发现叶片的3D形态受到基因遗传效应和环境的共同作用。遗传力分析表明，84.62%的穗位叶3D表型性状的遗传力超过0.3，证实遗传因素对玉米穗位叶的3D形态形成具有重要影响。然而，由于叶片呈薄片状并充分暴露于环境中，多数3D叶形指标较大程度地受环境影响。

玉米3D叶形的定量化研究不仅为筛选控制玉米叶片形态的基因提供了理论基础，也为指导株型和叶型育种以及深入探索作物基因-表型-环境关系提供了新的视角。

北京市农林科学院信息技术研究中心、数字植物北京市重点实验室温维亮副研究员与王璟璐博士为并列第一作者，实验室郭新宇研究员为通讯作者，北京市农林科学院玉米所赵衍鑫副研究员与段民孝副研究员、实验室王传宇副研究员、研究生刘凯、陈博、王源桥参与了研究工作。本研究得到了国家重点研发计划项目、北京市农林科学院协同创新中心建设和国家自然科学基金等项目资助。

北京市农林科学院信息技术研究中心、数字植物北京市重点实验室拥有先进的系列化作物多生境、多尺度、高通量表型平台，常年招收硕博士研究生到实验室开展客座研究。

论文链接：

https://doi/10.34133/‍plantphenomics.0225‍

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