金时超，男，汉族，中共党员。1993年11月出生于安徽安庆；2016年本科毕业于华中农业大学园艺林学学院，保送至中国科学院植物研究所；2020年博士毕业后以高层次人才引进至南京农业大学，任前沿交叉研究院副教授，植物表型教育部工程研究中心副主任。围绕国家粮食安全和种业振兴对作物高通量表型获取的迫切需求，长期从事作物三维复杂表型组研究，在作物三维复杂表型的目标对象检测，表型性状提取、表型时空变化特征解析与作物栽培育种应用方向，积累了关键技术与方法，为作物栽培育种提供了复杂表型获取的新技术和新性状利用的创新源泉。主持了国家自然学科学基金、“十四五”国家重点研发子课题等10余个项目。已发表学术论文40余篇，发明专利2项，其中以第一或通讯作者在Plant Communications、ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing、IEEE TGRS等期刊发表论文13篇（全部为JCR-1区论文，其中影响因子>10的论文2篇、封面论文1篇、ESI高被引论文2篇），以及中文核心论文2篇。研究结果受到科学网和美国科学促进会等知名媒体的广泛报道。担任南京市计算机学会理事、Plant Phenomics副主编，受邀在Frontiers in Plant Science等4本主流SCI杂志组织三维复杂表型专刊，在第五届全国定量遥感学术论坛等做特邀报告。2021年入选江苏省双创博士。
面向国家重大需求
种子是农业的“芯片”，既是保障国家粮食安全的战略性资源，又是农业科技原始创新与现代种业发展的基础。开展优质种质资源的鉴定、保护、利用是种业强大的战略需求。作物表型是基因及环境因素相互作用共同形成的生物体综合表现，反映了植物基因图谱的时序三维表达。因此，高通量、多维度、长时序的表型测量需求日益迫切。
“作物表型数据的人工调查不仅存在取样代表性难以保障的问题，而且是传统作物育种最费时费力的环节之一。千余个试验材料、每个材料3个小区、每个小区取3个以上样本……即使是最简单的株高测量，在田间测上一轮也需要大半天的时间”。作物表型的高通量精准鉴定是当前限制突破性新品种培育的关键技术瓶颈。
用激光雷达等三维表型组技术，半个小时就能实现以上数据的自动化采集。采集数据可覆盖到田间每一株作物，是生物统计中从抽样估计到总体分析的研究范式的飞越，将有效提高田间试验统计的准确度、精确度以及效率。更重要的是，数字化的三维表达有效保存了田间真实场景，为可重复的新性状发掘提供了新视角。
金时超（右一）在田间调查水稻量质协同生产的需求
坚持关键技术创新
在解决实际应用需求过程中，团队连续攻克了作物表型组学交叉学科中的一系列关键技术难题，诸如作物表型研究的目标定位、性状提取、变化监测和交叉应用。五年多来，团队实现了单株检测、器官分割和多尺度三维表型提取。在此过程中，“机器需要像人一样知道作物的器官在哪里，才有可能像人一样分析各种性状是什么，这离不开人工智能算法的训练。为了更好的促进学科发展，我们也构建了大量即将开放共享的数据集”。这些关键算法和技术的创新，一定程度上提高了传统人工调查的精度和效率，也为新性状的发掘提供了关键技术支撑。
除了更高效、更精确的提取已知性状，三维表型组的新技术还有力支撑了新性状的发掘。例如，“我们最新的研究发现，激光雷达测量的小麦冠层高度比人工测量的精度一致性和遗传力更高，也反映了人工测量的不确定性”。同时，“激光雷达等主动遥感技术具备夜间观测能力，这使得我们成功揭示了玉米表型昼夜变化的节律及其对环境变化的响应”。得益于机器能不分昼夜的工作，作物夜间表型鉴定成为可能，为田间作物新性状发掘和加速作物育种提供了新契机。
金时超（左一）给南京大学和南京师范大学的同行介绍自主研发的高通量表型设施
赋能现代农业高质量发展
目前，三维表型组技术已经被应用于小麦、水稻、玉米和大豆团队的育种科研工作中。在小麦合作上，“团队研发了融合激光雷达和光谱等技术的量质协同预测模型，实现了提前2个月左右的产量预测，在此P2P预测模型基础上，团队正在合作开展500份种质资源的动态表型鉴定和优异种质资源发掘利用工作”。在与水稻栽培团队合作中，“团队开发的三维光截获模拟算法，揭示了直射光和散射光在冠层垂直分布的质变规律及其对作物生产的潜在贡献，为揭示理想株型水稻品种提供了定量的评价方法”。在大豆育种工作中，“采用激光雷达等表型技术对千余份大豆种质的田间表型进行了精准评价，构建了大豆叶柄和冠层轮廓提取的新算法”。来自合作团队盖钧镒院士课题组的张焦平副教授评价说“这项新技术就像记录人的胖瘦一样，给我们记录每一株大豆的株型紧凑程度提供了可能性，为耐密植大豆优异种质资源鉴定提供了新手段，目前正用于相关基因的定位”。此外，团队以激光雷达技术为核心，同步结合其他表型组技术，正在为玉米茎腐病的遗传分析提供核心技术支撑。
团队研发的多平台/多元传感器的表型组学技术被广泛应用于多种作物的表型高通量精准鉴定与栽培育种研究
结语
纵观世界科学发展历史，技术进步和学科交叉发挥了革命性作用。望远镜的发明，打开了人类认识宇宙的另一扇窗；显微镜的发明，促进了DNA双螺旋等一系列细胞生物学的重大科学发现；冷冻电镜的发明，加速了结构生物学领域一个又一个突破的诞生。激光雷达等三维表型技术，正在推动农业4.0和育种4.0的高速发展。研究团队始终围绕国家战略需求，长期耕耘于“三维表型组”关键技术创新，研究成果得到了国内外同行的高度认可，被美国乔治亚大学Changying “Charlie” Li教授团队评论为是识别作物器官的有效方法，被康奈尔大学著名植物遗传学家 Edward Buckler教授团队评论为是提取三维表型性状的有效方法，受到科学网和美国科学促进会EurekAlert等广泛报道。
