Methodische Quellen

Langan, P.et al.Beurteilung der Stressreaktion und der Erholung bei Gerste (Hordeum vulgare L.): Ein bildbasierter Phänotypiensatz.Pflanzenmethoden20, 146 (2024).

Forschungseinheiten

1. Universität Dublin, Irland

2. Universität von Amman, Frankreich

Schlüsselinstrumente

PlantScreenHochdurchsatzpflanzenphänotypische Bildgebungssystem für Gewächshaus

PlantScreenDas Treibhaushochdurchflussanalysesystem für phänotypische Pflanzen istUmfassende, automatisierte und hohe Durchsatzforschung in PflanzenwissenschaftenTabellenlösungEntscheidung，Langfristige und unbeschädigte Überwachung und Analyse der phänotypischen Eigenschaften von Musterpflanzen bis hin zu Weizen und Mais.

SystemVerteilt inFührende Forschungseinrichtungen, Universitäten und Agrarunternehmen auf allen Kontinenten der Welt.wieNiederländisches Zentrum für Pflanzenökologie/Universität Wageningen, Niederlande(Hinweis: Link zum Thema, unten)Institut für Pflanzengenetik und Pflanzenforschung Leibniz (IPKUniversität von Helsinki, Australien、Institut für Biotechnologie der chinesischen Akademie für Agrarwissenschaften、Chinesisches Reisinstitutandere landwirtschaftliche Institutionen und Spitzenforschungsinstitute,undDuPont Pioneer, Monsanto, BASF und andere landwirtschaftliche Unternehmen.

Forschungshintergrund

Mit dem Klimawandel steigt die Häufigkeit der Niederschläge in vielen Gebieten und Überschwemmungen sind zu einem wichtigen Einschränkungsfaktor für die Erzeugung von Gerste geworden.Die Auswirkungen von Überschwemmungen auf die Ernteertrag variieren je nach Pflanzenart, Bewirtschaftungsmaßnahmen, genetischer Vielfalt und Zwangsbedingungen. Überschwemmungen führen zu Sauerstoffmangel im Boden, was das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen beeinträchtigt.Gerstenpflanzen sind empfindlicher gegen Überschwemmungen.In früheren Studien variierten die Behandlungsmethoden und die Dauer von Überschwemmungsstress, was es schwierig machte, die Ergebnisse zwischen verschiedenen Studien zu vergleichen. Daher zielt diese Studie darauf ab, die Dauer und die Einstellung einer optimalen Simulation der Überschwemmungsbelastung durch Methoden der Bildphänotypanalyse zu bestimmen, um die Überschwemmungstoleranz von Gerste unter Kontrollbedingungen zu bewerten.

Forschungsziele

Das Hauptziel dieser Studie istBestimmung eines optimalen Überflutungs-Stress-Experiments-ProgrammsUm unter kontrollierten BedingungenBeurteilung der Überschwemmungstoleranz von Gerste，Zur Quantifizierung der Auswirkungen von Überschwemmungen auf das Wachstum und die Grünung von Gerste.

Forschungsmethoden

1. Experimentales Design

Das Experiment wurde in zwei Teile an der Universität Dublin in Irland und der Universität Amman in Frankreich durchgeführt. Es wurden vier zwei Reihen Frühjahrs-Gerste Sorten ausgewählt, darunter zwei kommerzielle Sorten (RGT PlanetundKonzert(und zwei traditionelle Arten)Glasnevin Nr. 5undDas goldene Versprechen). Experimente1An der Universität Dublin, getestet.Zwei Arten (RGT PlanetundGlasnevin Nr. 5Sechs verschiedene Kombinationen von Überschwemmungsdauer und Erholungszeit, darunter5Tag,10Himmel und14Der Zwang des Tages, und ob es7Tag ErholungszeitExperimente.2Durchgeführt an der Universität von Amman in Frankreich,Experimente verifiziert1Das beste Programm ausgewählt (14Gott Zwang Plus7Day Recovery) wiederholbar und erhöht die Anzahl der beiden Sorten und Proben(wiederholte Anzahl von5erhöht auf10einer).

2. Zwangsbehandlung

In der Dreibettszeit (d.h.Zadoks 13(1) Überflutungsdruck auf Gerste ausüben, um den Wasserstand über der Bodenoberfläche zu halten, indem Sie den Blumenbecken in einen äußeren Becken mit einem versiegelten Abwasserloch setzen.1Zentimeter entspricht etwa120%Wassergehalt auf dem Feld. Die Blumentöpfe Abwasserlöcher der Kontrollgruppe sind nicht versiegelt und bleiben bei ca.60%Wassergehalt auf dem Feld. Im Experiment2Der Wasserstand bleibt bei etwa140%Das Feld Wassergehalt, die Kontrollgruppe hält bei etwa100%Wassergehalt auf dem Feld.Verschiedene WasserbehandlungPlantScreen™Automatisches tägliches Bewässerungssystem mit hoher Präzision08:30Überwacht und reguliert, erreicht das System eine quantitative Wasserauffüllung auf Basis des Zielgewichts.

3. Bildphänotypanalyse

verwendenPlantScreen™Bildplattform für tägliche Aufnahmen von oben und von der SeiteRGBBilder zur Quantifizierung der physiologischen Auswirkungen von Überschwemmungen auf Wachstum und Gründurch Bildanalyse-SoftwarePlantScreen™ AnalyzerBerechnenOberfläche des Bodens (PSASumme der Pixel, die seitlich und nach oben gesehen werden)zur Beurteilung des Wachstums der Pflanzen. Außerdem im Experiment2mitten, auch durchgeführt.FluorCamDynamische Chlorophyl-Fluoreszenz-Bildgebung zur Beurteilung der Photosynthese-Eigenschaften von Pflanzen.

4. Wurzelbildgebung und destruktive Phänotypanalyse

Im Experiment1Am Ende jeder Behandlung wird das Wurzelsystem manuell gereinigt und die Wurzellänge und die Trockenmasse aufgezeichnet. verwendenEPSONFlachbildscanner undRhizoVision ExplorerDie Software erfasst die Parameter des Wurzelsystems, einschließlich Länge, Volumen, Durchmesser und Oberfläche. Am letzten Tag der Aufnahme wurde die Länge, das Gewicht und das Trockengewicht des Bodenstammels gemessen. Experimente2Am letzten Tag der Aufnahme wurde das Trockengewicht des Oberbodens ermittelt.

Forschungsergebnisse

1. Bestimmung des besten Zwangsprogramms

Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Verlangsamung des Pflanzenwachstums deutlicher war, wenn sich die Zeit der Überschwemmung verlängerte, und dass diese Auswirkungen während der Erholungsphase anhielten. Im Experiment1Mittel, nur14Der Zwang des Tages (P5undP6Zeigt einen signifikanten Unterschied in der tatsächlichen Trockenqualität zwischen der Kontrollgruppe und der Überflutungsgruppe (Abbildung)3rechtsEundF). Insbesondere enthalten7Die längste Behandlungszeit (P6die Änderung der Trockengüte während der Ernte am stärksten ist undProjektionsfläche durch den oberen BodenPSA(Indiziert die obere Bodenbiomasse) am klarsten Unterschiede in der Toleranz zwischen den Genotypen zu unterscheiden(Bild)3linksFDaher wurde als optimales Behandlungsprogramm für nachfolgende Experimente gewählt.

2. Auswirkungen von Überschwemmungen auf die Biomasse und die Photosynthese von Gerste

Im Experiment2Die Biomasse der vier Gerstensorten wurde unter Überschwemmungsdruck erheblich reduziert und die Trockenmasse der Überschwemmungsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe um ca.73%bis81%durch Bildanalyse,Beobachtung von Pflanzen unter ÜberschwemmungPSASignifikant reduziert, was darauf hindeutet, dass das Wachstum unterdrückt wurde(Bild)4A).

Chlorophyl fluoreszierende Bildgebung zeigt, dass während der Zwangsphase alle SortenFv / FmDie Werte (die maximale photochemische Effizienz) haben sich verringert, sind aber während der Erholungsphase gestiegen. Besonders...Das goldene VersprechenSorten während des gesamten ExperimentsFv / FmDer Wert verringert sich minimal, was seine Toleranz gegenüber Überschwemmungsbelastung zeigt(Bild)4B).

3. Analyse grüner Veränderungen

Durch die Analyse des Grüngrades in den Bildern wurde festgestellt, dass die Überschwemmungsbelastung eine Änderung der Anzahl der Pixel in bestimmten Farbtönen verursacht. Insbesondere grüner (Farbton 2、3und4(wird weniger offensichtlich in überfluteten Pflanzen, und hellere grüne Töne)Farbton 7、8、9und10(und die tiefsten Farben)Farbton 1Zunahme unter Überschwemmungsdruck. Diese Veränderungen sind während der Zwangsphase am stärksten und kehren allmählich zur Normalität zurück (Abbildung).5). Daher,Es gibt erhebliche Unterschiede in der Zusammensetzung und der dynamischen Veränderung des Blattgrünfarbes unter Überschwemmungsdruck zwischen verschiedenen genotypischen Gersten, die als schneller, unverzüglicher Diagnoseindikator für Überschwemmungsbeständigkeit dienen.

Schlussfolgerungen

Diese Studie identifizierte durch eine Methode der Bildphänotypanalyse ein optimales Versuchsschema für Überschwemmungen (14Gott Zwang Plus7Day Recovery), ist das Programm in der Lage, die Reaktion verschiedener Gerstensorten auf Überschwemmungsstress deutlich zu unterscheiden. Die Ergebnisse zeigen, dass Überschwemmungsstress die Biomasse- und Photosyntheseigenschaften der Gerste signifikant verringerte und die Anpassung und Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Stress durch eine Grünanalyse beobachtet wurde. Darüber hinaus unterstreicht die Studie die Bedeutung der Einbeziehung einer Erholungsphase nach Stress, da dies hilft, die Erholung des Wachstums der Pflanzen nach Stress zu beobachten.Durch die phänotypische Analyse von Bildern mit hohem Durchfluss bietet diese Studie eine neue, wiederholbare Methode zur Bewertung der Erste-Toleranz gegenüber frühen Überschwemmungen, die dazu beiträgt, die mit Überschwemmungsbelastung verbundenen Marker wie Grüngrad undFv / FmundPSA.

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