基于3D激光成像与动态称重的双壳贝类高通量表型分析系统研发及其在育种中的应用

为解决双壳贝类传统表型测量效率低、误差大的问题，研究人员开发了集成3D激光成像、动态称重、分选和条形码识别的自动化表型分析系统。该系统可在1.6秒内完成单样本测量，精度达0.1 mm（尺寸）和99%（重量），每小时处理2000个样本，较人工效率提升11倍，为贝类育种提供高效精准的技术平台。

　　

在水产养殖领域，双壳贝类（如扇贝、牡蛎）是全球重要的经济物种，中国作为最大养殖国，其产量占海水养殖总量的50%以上。然而，传统依赖游标卡尺和电子秤的手工测量方法效率低下（单样本需18.2秒），且误差高达1.76 mm，严重制约育种精度。此外，个体标记依赖人工编号，难以实现表型-基因型数据联动。这些瓶颈问题亟需技术创新以推动贝类育种现代化。

针对这一需求，中国海洋大学海洋生命学院的教育部海洋遗传与育种重点实验室团队在《Aquaculture Reports》发表研究，开发了一套集成3D激光成像、动态称重、自动分选和QR码识别的全自动表型分析系统。该系统通过高精度传感器（分辨率±0.04 mm）和智能算法，首次实现贝类生长性状的快速精准测量与数据管理，为分子育种提供关键技术支撑。

研究采用五大关键技术：1）3D激光成像平台（HIKROBOT MV-DP2240–01H传感器）扫描壳形参数；2）动态称重平台（精度0.01 g）实现移动状态称重；3）基于预设阈值的分选系统；4）PVC材质QR标签（8×8×0.2 mm³）进行个体标记；5）VisionMaster软件整合多源数据。实验样本涵盖虾夷扇贝（Patinopecten yessoensis）、栉孔扇贝（Chlamys farreri）等5种经济贝类。

研究结果分为四部分：

1. 3D激光尺寸测量：扫描速度1.2秒/样本，壳高（SH）测量误差0.01-0.30 mm（R²>0.98），较人工误差降低85%。

2. 动态称重性能：1.0 m/s传送速度下称重精度达99.51%，60样本/分钟的通量满足工业化需求。

3. 自动分选准确性：按重量分级（如>40 g、20-40 g、<20 g）的准确率达100%。

4. 标记技术耐久性：QR标签海上保留率6个月后仍达98.33%，扫码识别成功率100%。

该系统通过模块化设计实现功能扩展，如独立使用3D成像模块测量壳宽（SW）或联合称重模块获取综合数据。智能软件支持CSV格式导出，实现生长曲线动态监测。效率测试显示，全流程耗时1.6±0.2秒/样本，较人工提速11倍，年检测量超500万样本。

讨论部分指出，该研究首次将工业级3D激光技术应用于贝类表型组学，突破传统2D成像的维度限制，新增壳横截面积（SA）、周长（SC）等新性状参数。分选精度较既往研究提升12%，成本控制在1.5-2万美元，投资回报率高。未来可结合基因组选择（GS）技术，加速生长相关QTL定位。

结论强调，该系统为贝类育种提供了首个集“测量-分选-溯源”于一体的解决方案，其高通量、高精度特性将显著提升育种效率，推动水产养殖向智能化转型。研究团队建议进一步适配淡水贝类，并探索深度学习算法优化异形壳（如牡蛎）的表型解析。