مقالة منهجية

مناهج التنميط الظاهري متعددة الجوانب لتوصيف أنظمة جذر قصب السكر

DOI:

10.3791/63596

⸱

أغسطس 17, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Crop Production, Indian Council of Agricultural Research-Sugarcane Breeding Institute (ICAR-SBI), 2Division of Crop Improvement, ICAR-SBI, 3ICAR-SBI Research Centre, 4ICAR-SBI Regional Centre

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد توصيف سمات نظام الجذر أحد مجالات البحث التي لا تزال في مهدها ، لا سيما في قصب السكر. يؤدي دمج مناهج متعددة لجذور قصب السكر ذات النمط الظاهري بدقة إلى نتائج شاملة وشاملة ، مما يتيح استخدام السمات والآليات المحددة للتربية التقليدية والجزيئية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الجذور هي الموصلات الأساسية للمياه والمواد المغذية وتلعب دورا حيويا في الحفاظ على النمو والمحصول في ظل البيئات العصيبة. تطرح دراسة جذور النباتات صعوبات منهجية في التقييم وأخذ العينات في الموقع ، وهو ما ينطبق بشكل خاص على قصب السكر (Saccharum spp.). وثقت الطرق التقليدية خلال عشرينيات القرن العشرين التباين الجيني في أنظمة جذر قصب السكر ، وبعد ذلك تم الإبلاغ عن دراسات قليلة حول سمات جذر قصب السكر في حد ذاتها حتى وقت قريب. بالإضافة إلى التشكل ، تحدد خصائص الجذور ، بما في ذلك التأثيرات الأليلوباتشيكية و / أو التقارب مع التعايش الميكروبي ، تكوين النبات وبقائه.

في النهاية ، تحدد أنظمة الجذر إنتاجية قصب السكر فوق الأرض. مع الزخم للأصناف المقاومة للمناخ ، أصبح من الأكثر أهمية استكشاف واستخدام التباين في سمات نظام جذر قصب السكر. تصف هذه الورقة الأساليب متعددة الجوانب للتنميط الظاهري لجذر قصب السكر ، بما في ذلك التنقيب الميداني عن طريق أخذ عينات الخنادق ، واستخدام جهاز أخذ عينات قلب الجذر ، والمنصات المرتفعة لأخذ عينات الجذور ، وتربية النباتات تحت الزراعة المائية ، التي يستخدمها فريق من العلماء في المجلس الهندي للبحوث الزراعية - معهد تربية قصب السكر (ICAR-SBI).

يعد التنقيب الميداني عن طريق أخذ عينات الخنادق أمرا ضروريا لتقييم جذور النباتات في بيئة نموها الطبيعية. يعد استخدام المنصات المرتفعة التي تحاكي الظروف الميدانية وجهاز أخذ العينات الأساسي الجذري طرقا بديلة ، مع تقليل كبير في الوقت ، وحجم عينة موحد ، وفقدان أقل للمواد الجذرية. تسمح زراعة النباتات المائية بدراسة التشكل والسمات التشريحية وبيولوجيا الجذور ، بما في ذلك نضح المركبات العضوية والتفاعلات الميكروبية. تضيف البيانات التي تم إنشاؤها من تجارب مختلفة باستخدام طرق أخذ العينات المتنوعة إلى ثروة المعلومات حول سمات نظام جذر قصب السكر.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قصب السكر (Saccharum spp.) ، وهو مصدر مهم للغذاء والطاقة الحيوية ، هو محصول صناعي مهم مناسب للزراعة في العديد من البلدان ذات الظروف المناخية الاستوائية وشبه الاستوائية. نظرا لمسار التمثيل الضوئي C4 لامتصاص الكربون ، فإن قصب السكر عالي الإنتاجية ، ويستخدم بكفاءة المدخلات الزراعية مثل المياه والأسمدة. تنتج معالجة قصب السكر بعد الحصاد منتجات ذات قيمة اقتصادية مثل السكر والجاجري ، جنبا إلى جنب مع منتجاته الثانوية - دبس السكر والإيثانول والطاقة. يتم إنتاج قصب السكر من قبل ما يقرب من 100 دولة على مساحة 25.97 مليون هكتار ، وهو ما يمثل حوالي 1.5٪ من إجمالي الأراضي الصالحة للزراعة. تساهم الهند وحدها في 16٪ من إنتاج قصب السكر العالمي (حوالي 306 طن متري) ، بمتوسط إنتاجية يبلغ 70 طن هكتار - 1 1. تشمل الضغوط اللاأحيائية الرئيسية التي تؤثر بشكل كبير على إنتاج قصب السكر نقص المياه ، والتشبع بالمياه ، ودرجات الحرارة القصوى ، وخصائص التربة مثل نقص المغذيات والملوحة والصودية والقلوية. يتمثل التحدي الأكبر لتطوير محاصيل غير أحيائية تتحمل الإجهاد في تحديد سمات محددة تمنح ميزة كبيرة في الغلة في ظل ظروف الإجهاد.

العديد من جوانب فسيولوجيا قصب السكر غير مفهومة جيدا ، بما في ذلك العلاقة بين الجذر والبراعم ، والتي تؤثر بشكل كبير على إنتاجية قصب السكر. لم تتم دراسة جذر قصب السكر جيدا مثل البراعم ، على الرغم من أن الأنواع المختلفة ، مثل جذور المجموعات وجذور البراعم والجذور البالغة ، قد تكون متميزة من الناحية التنموية بوظائف مختلفة. لوحظت اختلافات وراثية فيما يتعلق بعدد وطول جذور sett الناشئة أثناء الإنبات2. تتورط جذور Sett في إنبات براعم قصب السكر ، مما يضمن إنشاء المحاصيل المبكرة ، ويتم استبدالها لاحقا بجذور البراعم ، وهي قوية ، تخرج من قاعدة اللقطة النامية3. تساعد الفروع الدقيقة التي لوحظت في جذور sett في تثبيت النباتات الصغيرة وتساعد في امتصاص الماء والمواد المغذية حتى يتم استبدالها بجذور البراعم. على غرار جذور sett ، تنشأ جذور البراعم أيضا من جذر البدائية الموجودة في السلاسل الداخلية السفلية غير الموسعة للقصب.

نظرا لاستمرار جذور البراعم في النبات لفترة أطول ، فإنها تكون أكثر سمكا بمقدار 4 × -10 مرات من جذور sett. تشكل جذور البراعم نظام الجذر الوحيد لقصب السكر ، ولها دور مهم في زيادة النمو والتطور. ترتبط قوة جذور النبتة بشكل إيجابي بالقوة الخضرية الإجمالية للنبات. يؤدي التطور المستمر للجذور الناتجة عن دوران جذور الجذور وجذور البراعم إلى ظهور "نظام الجذر البالغ" لقصب السكر ، والذي يتكيف باستمرار مع الظروف البيئية السائدة. بشكل عام ، يوفر نظام الجذر الأعمق والأكثر إنتاجا المزيد من المياه والمواد المغذية للمحصول أكثر من التوزيع الضحل للجذور. كشفت عمليات التشريح الدورية أنه عندما كان محتوى رطوبة التربة مرتفعا ، لوحظت أنظمة جذر ضحلة ، في حين تطور نظام جذر أعمق بكثير مع انخفاض منسوب المياهالجوفية 2. يظل نظام الجذر في قصب السكر نشطا حتى بعد حصاد المحصول ، مما يساهم في نمو محصول الراتون حتى تظهر جذور براعم جديدة من البراعم تحت الأرض4. زاوية الجذر ومستوى تفرع الجذر عاملان مهمان يحددان حجم التربة التي تستكشفها جذور النباتات. يمكن تغيير زاوية الجذر ، وهي سمة وراثية ، من خلال التربية التقليدية أو الأساليب الجزيئية لتحسين تحمل الضغوط الحيوية وغير الحيوية. على العكس من ذلك ، يتأثر مستوى تفرع الجذور في الغالب بالبيئة ، مما يستلزم المراقبة الدورية لتطور الجذور واستجابتها لظروف التربة المحلية.

تم فحص السمات التشريحية لجذور قصب السكر للتأكد من الاختلافات فيما يتعلق بالنمط الجيني والبيئة. يشبه تشريح الجذور الثابتة في قصب السكر تشريح الجذور الناضجة في الأعشاب الأخرى مثل الذرة ، حيث تتكون القشرة من طبقات خلايا متمايزة جيدا في نمط منتظم. يتم تشويه الأدمة الباطنة ، تليها دراجة هوائية أحادية الطبقة. عناصر Metaxylem هي الموصلات الرئيسية أو أيونات الماء والمغذيات ، مرتبة شعاعيا وتتخللها مجموعات من اللحاء ، والأخيرة تتكون من عنصر غربال مع خليتين مصاحبتين. تشكل الكتلة المركزية الكبيرة للخلايا غير المتمايزة لب الجذر. تتوافق السمات التشريحية المميزة لأصناف قصب السكر مع الخصائص الهيدروليكية للجذر ، وبالتالي تؤثر على حركة الماء. كشفت الدراسات المبكرة حول الاختلافات في الصفات التشريحية الجذرية لقصب السكر أنه في ظل ظروف إجهاد الرطوبة المنخفضة ، لوحظ سماكة واضحة لجدار الخلية في الطبقات الموجودة داخل الأدمة الداخلية مباشرة ، بين اللب ومنطقة الأوعية الدموية ، وحول الأوعيةالدموية 5. قد تكون هذه الخلايا السميكة تكيفا لمنع التدفق العكسي للنسغ وللقوة الميكانيكية أثناء الإجهاد.

تشمل بعض السمات المهمة المتورطة في مقاومة قصب السكر للجفاف السماكة النسبية وعدد طبقات الأديم الخارجية ، ونسبة القشرة إلى الشاهدة ، والفراغات بين الخلايا في القشرة ، وأطراف شعر الجذور السميكة. تختلف نسب المساحة التي تشغلها الخلايا القشرية إلى المنطقة التي تشغلها الأنسجة النجمية لجذور البراعم اختلافا كبيرا بين أصناف قصب السكر ، مع تباين كبير فيما يتعلق بمساحة الشاهدة6. ترتبط الموصلية الهيدروليكية لجذور قصب السكر بحجم وعدد عناصر الميتاكسيليم في جذور البراعم. من المرجح أن تحدد طبقات الخلايا الكارهة للماء داخل الجذر مناطق حركة الماء الخارسة. تم العثور على العصابات الكاسبارية المصابة في الأدمة الباطنة وفي تحت الجلد (يطلق عليها اسم الجلد الخارجي) ، والتي تعمل كحواجز كارهة للماء. يؤدي تفكك الخلايا القشرية إلى تكوين اللحمة القشرية في الجذور القديمة وفي النباتات المعرضة لظروف نقص الأكسجين ، بغض النظر عن عمر النمو. يرتبط تكوين الحبيضة أثناء إجهاد التشبع بالمياه بالحفاظ على النمو في الأصناف المقاومة7.

مورفولوجيا وتشريح Erianthus arundinaceus [Retzius] Jeswiet (الأجناس المتعلقة بجذور Saccharum spp.) متورطة في تحملها القوي للضغوط البيئية8. تظهر جذور Erianthus arundinaceus جذورا عقدية موزعة بزوايا شديدة الانحدار ، مع جذور كثيفة الشعر لتسهيل امتصاص الماء وأيونات المغذيات من مناطق التربة العميقة. يتكون نظام الجذر العميق من العديد من الجذور العقدية التي تنمو بزوايا نمو حادة. يرتبط قطر الجذور العقدية بحجم وعدد أوعية نسيج الخشب الكبيرة ، حيث يتراوح الأول بشكل كبير من 0.5 مم إلى 5.0 مم. تشكل هذه الجذور العقدية أيضا غمدا جذريا ، مع ظهور تحت الجلد على تصلب خشبي في القشرة الخارجية (الجلد الخارجي) ، واللحمة الليسيجية في الجزء الأوسط من القشرة ، وحبيبات النشا في الشاهدة. بالإضافة إلى الهندسة المعمارية والسمات المورفولوجية ، تلعب المركبات العضوية المنضحة من الجذور دورا مهما في تحديد إنبات النبات وإنشائه وبقائه ، مع تأثيرات أليلوباتشي معقولة و / أو تقارب مع التعايش الميكروبي.

تم توثيق النشاط الأنزيمي للجذور والتفاصيل الدقيقة للتشكل ، بما في ذلك تصبغ غطاء الجذر وإمكانية التجديد عند الإصابة ، في أصناف قصب السكر المزروعة تحت زراعة الزراعةالمائية 9. يظهر نمو الجذور استجابة بلاستيكية للغاية للتغيرات في بيئة التربة ، سواء من حيث شكل وحجم نظام الجذر. سيكون أكثر أنواع قصب السكر كفاءة هو النوع الذي يحتوي على عدد قليل أو مثالي من البراعم ، مع عدد أقل من الجذور ، مما يساعد على البقاء على قيد الحياة بشكل أفضل أثناء الظروف العصيبة. وبالتالي ، يجب أن تشكل الدراسة المنهجية لنظام الجذر مكونا مهما في أي برنامج لتحسينالمحاصيل 10. تعتمد غالبية التجارب التي تركز على الجذور في الغالب على الجوانب التنموية ، بينما غالبا ما يفتقر التركيز على اللدونة الوظيفيةإلى 11. بصرف النظر عن التوزيع الهيكلي ، تلعب مرونة الجذر الوظيفية دورا مهما في البقاء تحت الضغط ، وبالتالي ، من شأنها دعم المربين في جهودهم لتضمين سمات نظام الجذر في خط أنابيب الاختيار لتحمل الإجهاد اللاأحيائي وتحسين متانة قصب السكر.

بالنظر إلى أهميته في الحفاظ على النمو والمحصول في ظل البيئات المجهدة ، من الضروري استكشاف واستخدام التباين المتأصل في سمات نظام جذر قصب السكر. إن التركيز على اختيار السمات والآليات المكونة التي تنقل أنظمة جذر متفوقة هو الطريق إلى الأمام لتحسين أداء المحاصيل في ظل الظروف المناخية المتغيرة. التقييم الظاهري هو عملية طويلة ومكلفة. ومع ذلك، فإن إدماج النهج المتعددة الجوانب من شأنه أن يضيف قيمة هائلة إلى فائدته في تحسين المحاصيل. في هذه المخطوطة ، تم وصف أربعة طرق مختلفة للتنميط الظاهري للجذور في قصب السكر ، ولكل منها مجموعة من المزايا والعيوب الخاصة بها ، مما يعني أن هناك حاجة إلى جهد متضافر للوصول إلى نتائج شاملة وشاملة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. التنقيب الميداني عن طريق أخذ عينات الخنادق

  1. قم بتربية أنواع هجينة من قصب السكر التجارية (تسمى فيما يلي "الأصناف") في الحقل من مجموعات ذات برعمين مزروعة على مسافة صفية 120 سم ، مع 90 سم داخل الصفوف ، باتباع حزمة الممارسات الموصى بها (POP) لضمان إنشاء المحاصيل ونموها بشكل جيد.
  2. في نهاية مرحلة نضج المحصول ، استخدم حفارة لحفر خندق (بعمق 1.5 متر وعرض 1.0 متر) في الحقل. من خلال النفث المستمر للمياه ، تأكد من تطهير التربة من مناطق الجذر دون الإضرار بالجذور (الشكل 1).
  3. عندما ترتخي التربة الملتصقة ، اقتلع القصب مع نظام الجذر واصطحبه إلى المختبر للقياس اليدوي لعدد الجذور وطول الجذر والحجم والوزن.

figure-protocol-1
الشكل 1: طريقة أخذ عينات الخندق للتنقيب الميداني عن الجذور. (أ) خندق جانبي محفور على طول الحقل ، (ب) نفث المياه ، و (ج) منظر داخلي يوضح عمق الخندق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. جهاز أخذ العينات الأساسي الجذر لتقليل أخطاء أخذ العينات

  1. استخدم جهاز أخذ عينات أسطواني من قلب الجذر بارتفاع 61 سم وقطر 16 سم يزن 8 كجم ، مصنوع باستخدام مادة فولاذية خفيفة (MS) لأخذ عينات من جذر قصب السكر في الحقل. قم بتوفير حافة حادة في الحافة السفلية لجهاز أخذ العينات لتسهيل الاختراق السهل أثناء إدخالها في التربة. قم بتزويد الجزء العلوي بأطواق بقطر 3 سم لرفع جهاز أخذ العينات (الشكل 2).
  2. قم بتربية أصناف قصب السكر في الحقل من مجموعات ذات برعمين مزروعة على مسافة صفية 120 سم ، مع 90 سم داخل الصفوف ، باتباع الملوثات العضوية الثابتة الموصى بها لضمان إنشاء المحاصيل ونموها بشكل جيد.
  3. في مرحلة نضج المحصول ، اربط الحافة العلوية لجهاز أخذ العينات باللقطة / القصب الأساسي والمطرقة باستمرار للوصول إلى عمق التربة المطلوب (45 سم). ارفع كتلة التربة بالكامل في جهاز أخذ العينات واغسلها بعناية تحت الماء الجاري لفصل الجذور الملتصقة.
  4. بعد الغسيل الشامل للجذور ، قم بتسجيل الحجم ومساحة السطح والطول والوزن عن طريق القياس اليدوي ، وكذلك عن طريق نشر الجذور على صواني شفافة لمسح الصور الرقمية المقابلة وتحليلها باستخدام البرنامج المشار إليه (انظر جدول المواد).

figure-protocol-2
الشكل 2: جهاز أخذ العينات الأساسي الجذر. (أ) الأبعاد، (ب) المنظر العلوي، (ج) موقع أخذ العينات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. هيكل التنميط الظاهري للجذر لتسهيل أخذ العينات في المراحل الظاهرية المختلفة

  1. قم ببناء هيكل تنمط ظاهري للجذر يتكون من ثلاث مقصورات متجاورة بأبعاد 4.5 م × 10.1 م لأخذ عينات من جذور قصب السكر ، مع أحكام لتفكيك الجدران الجانبية يدويا للكشف عن نظام الجذر تحت الأرض (حتى عمق 80-100 سم) (الشكل 3). قم ببناء الجدران الجانبية بألواح مسبقة الصب بأبعاد 1.8 متر وعرضها 30 سم وسماكة 4 سم.
  2. املأ الهيكل وضغطه بتربة الحقل ، مع ترك مسافة رأس ~ 20 سم ، مع فتحات تصريف كافية لتسهيل تهوية التربة.
  3. زرع رقائق البراعم من استنساخ الأصول الوراثية التي تتكون من Saccharum officinarum L. و Saccharum spontaneum L. و Saccharum barberi Jesw. و Saccharum sinense Roxb. و Saccharum robustum Brandes و Jeswiet ex Grassl. (يشار إليها فيما يلي ب "Saccharum spp. استنساخ") والسماح لها بالإنبات لمدة 30 يوما في protrays التي تشتمل على وسائط التجذير (التربة الحمراء: روث ساحة المزرعة: الرمل = 2: 2: 1). زرع مجموعات موحدة وصحية في الهيكل على تباعد صف 90 سم ، مع 60 سم داخل الصفوف ، باتباع الملوثات العضوية الثابتة الموصى بها لضمان إنشاء المحاصيل ونموها بشكل جيد.
  4. خلال المراحل التكوينية (60-120 يوما بعد الزراعة [DAP]) والنمو الكبير (120-150 DAP) ، قم بإزالة الجدران الجانبية المصنوعة من الألواح مسبقة الصب يدويا ، متبوعا بالرش المستمر لنفاثة الماء لكشف الجذور.
  5. اقتلع نظام الجذر بالكامل ونقله إلى المختبر للقياس اليدوي للطول والحجم والوزن ، وانشر الجذور على صواني شفافة لمسح وتحليل الصور الرقمية المقابلة في البرنامج المشار إليه (انظر جدول المواد).
  6. فرض إجهاد الجفاف عن طريق حجب الري في إحدى المقصورات ، وسد فتحات التصريف في المقصورة الثانية للحفاظ على تشبع التربة لمحاكاة إجهاد التشبع بالمياه. ري المقصورة الثالثة وفقا للملوثات العضوية الثابتة الموصى بها للحفاظ على السعة الميدانية والعمل كعنصر تحكم.

figure-protocol-3
الشكل 3: هيكل التنميط الظاهري للجذر. (أ) الأبعاد ، (ب) نظرة عامة على المقصورات الثلاث ، و (ج) عرض مقصورة واحدة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. الزراعة المائية للنباتات لدراسة بيولوجيا الجذور

  1. قم بتصنيع نظام الزراعة المائية الداخلي في بيت زجاجي يتم التحكم فيه بالبيئة يفضي إلى زراعة قصب السكر لدراسة التفاصيل الدقيقة لبيولوجيا الجذر. أضف ~ 15 لترا من محلول المغذيات المعدل في Hoagland (الجدول 1) إلى خزانات زجاجية بأبعاد 20 سم × 20 سم × 50 سم ، مع التهوية التي توفرها مضخات أحواض السمك (الشكل 4).
  2. زرع رقائق البراعم من أصناف قصب السكر و Saccharum spp. استنساخ واسمح لها بالإنبات لمدة 30 يوما في نباتات تشتمل على لب جوز الهند السماد. زرع مجموعات موحدة وصحية في خزانات الزراعة المائية بتردد ثلاثة مجموعات لكل خزان ، مع الحرص على وضع الجذر بالكامل في محلول المغذيات. قم بتغطية الخزانات بقطعة قماش سوداء لضمان عدم تعرض الجذور للضوء. استخدم شبكة بلاستيكية (20 سم × 20 سم) على حافة الخزانات الزجاجية لدعم النباتات في وضع مستقيم.
  3. في نهاية مرحلة الإنبات (60 يوما) ، اجمع إفرازات الجذر عن طريق غمر جذور النباتات السليمة في 50 مل من محلول المصيدة (الماء المقطر المزدوج المعقم) لمدة 4 ساعات (0800 ساعة إلى 1200 ساعة) خلال وقت ذروة نشاط التمثيل الضوئي. قم بتصفية المحلول الذي تم جمعه من خلال ورق ترشيح Whatman ، ثم قم بتمريره عبر أعمدة زجاجية مملوءة بتبادل الأنيون متبوعا براتنجات التبادل الكاتيوني12. تبخر الأجزاء المملوءة حتى تجف وخزنها عند -20 درجة مئوية حتى مزيد من المعالجة.
  4. تحليل عينات إفرازات الجذر المعالجة بواسطة HPLC لتقدير الأحماض العضوية12 وقياس الطيف الضوئي لتقدير الفينولات الكلية13 والبروتينات14 والسكريات15 والأحماض الأمينية16 وفقا للبروتوكول القياسي.
  5. راقب نمو الجذور على فترات أسبوعية لتسجيل تصبغ طرف الجذر وكثافة شعر الجذور. تقييم نشاط الإنزيمات ، بيروكسيداز17 وسوبر أكسيدديسموتاز 18 ، والمحتوى الفينوليالكلي 19 في الشهر الثالث وفقا للبروتوكول القياسي.
  6. قم بتقييم الاستجابة لإصابة الجذر عن طريق إحداث شريحة طولية في الجذر الأولي حتى طرف الجذر باستخدام شفرة جراحية معقمة ، ومراقبة التغييرات بشكل دوري.
كيميائيالتركيز النهائي
نترات البوتاسيوم0.608 غ· L-1
نترات الكالسيوم1.415 غ· L-1
فوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيوم0.164 غ· L-1
كبريتات المغنيسيوم0.560 غ· L-1
ملح أحادي الصوديوم EDTA-الحديديك6.00 جم · 250 لتر -1
حمض البوريك1.43 جم · 250 لتر -1
رباعي هيدرات كلوريد المنغنيز0.91 جم · 250 لتر -1
كبريتات الزنك0.11 جم · 250 لتر -1
النحاسية سوفات0.04 جم · 250 لتر -1
حمض الموليبديك0.01 جم 250 لتر -1

الجدول 1: تكوين محلول المغذيات المعدل للزراعة المائية لقصب السكر.

figure-protocol-4
الشكل 4: إعداد الزراعة المائية. الإعداد (أ) مخصص لزراعة قصب السكر و (ب) محصول عمره 5 أشهر (تمت إزالة القماش الأسود لغرض التصوير الفوتوغرافي فقط). تم تعديل هذا الرقم من Hari et al.9. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الاختلاف في السمات المورفولوجية الجذرية لأصناف قصب السكر
يتم عرض الصور التمثيلية لنظام الجذر في Co 62175 ، التي تم التنقيب عنها من الحقل عن طريق أخذ عينات الخنادق وزراعتها في إعداد الزراعة المائية ، في الشكل 5 أ ، ب. لوحظت جذور طويلة (~ 100 سم) في أصناف Co 62175 و Co 99006 ، بينما سجل Co 99006 أعلى وزن جذر (127 جم · كتلة −1). تم تسجيل سمات الجذر باستخدام جهاز أخذ عينات قلب الجذر ، والذي كشف أن Co 62175 لديه نظام جذر متفوق مقارنة ب Co 99006 فيما...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تحدد أنظمة الجذر إنتاجية قصب السكر فوق سطح الأرض ، مما يستلزم استكشاف جميع جوانبه وفهمها بدقة لتطوير أصناف مقاومة للمناخ. استخدم فريق من العلماء في ICAR-SBI يتألف من علماء فسيولوجيا النبات ، وعالم الأحياء الدقيقة ، ومهندس زراعي ، وعالم كيمياء حيوية ، ومربي النباتات مناهج متعددة الجوانب للتنميط الظاهري لجذور قصب السكر ، بما في ذلك التنقيب الميداني عن طريق أخذ عينات الخنادق ، واستخدام أخذ عينات قلب الجذر ، والمنصات المرتفعة لأخذ عينات الجذور ، وتربية النباتات تحت الزراعة المائية. بالنظر إل...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن جميع المؤلفين أنه لا يوجد تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقر المؤلفون بالبنية التحتية والدعم المقدم من قبل مدير معهد ICAR-Sugare Breeding ، كويمباتور ، لإنشاء مرافق التنميط الظاهري للجذور لقصب السكر. يتم الاعتراف على النحو الواجب بالتمويل المقدم من مجلس أبحاث العلوم والهندسة ، وزارة العلوم والتكنولوجيا ، حكومة الهند ، في شكل جائزة أبحاث الحياة المهنية المبكرة ل KV (ECR / 2017 / 000738). يقر المؤلفون ب Brindha و Karpagam و Rajesh و Sivaraj و Amburose لمساعدتهم في توليد البيانات بطريقة دقيقة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مضخة تهوية مع ملحقات خطوط الأنابيبتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم للزراعة المائية لقصب السكر
حمض البوريكمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند80266تحضير محلول Hoagland المعدل
نترات الكالسيومبيت الأدوية المركزي ، الهند27606تحضير محلول Hoagland المعدل
لب جوز الهند السمادتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم لإنبات قصب السكر
كبريتات النحاسيةمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند38869تحضير محلول Hoagland المعدل
DEAE-السليلوزمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند10529راتنج تبادل الأنيون لمعالجة إفرازات الجذر
ملح أحادي الصوديوم EDTAمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند59389تحضير محلول Hoagland المعدل
روث ساحة المزرعةتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم لإنبات قصب السكر
خزانات زجاجيةملفقة داخلياNAتستخدم للزراعة المائية لقصب السكر
HPLCأجيلينت تكنولوجيز1200 إنفينيتيالقياس الكمي للأحماض العضوية في إفرازات الجذور
كبريتات المغنيسيوممختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند29117تحضير محلول Hoagland المعدل
كلوريد المنغنيزمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند75113تحضير محلول Hoagland المعدل
حمض الموليبيكمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند49664تحضير محلول Hoagland المعدل
فوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيومبيت الأدوية المركزي ، الهند29608تحضير محلول Hoagland المعدل
نترات البوتاسيومبيت الأدوية المركزي ، الهند29638تحضير محلول Hoagland المعدل
Protraysملفقة داخلياNAتستخدم لإنبات قصب السكر
تربة حمراءتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم لإنبات قصب السكر
أخذ عينات الجذر الأساسيةملفقة داخلياNAتستخدم لأخذ عينات من الجذور في الموقع
رملتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم لإنبات قصب السكر
سيراليت -120مختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند14891راتنج التبادل الكاتيوني لمعالجة إفرازات الجذر
إطار داعمتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم للزراعة المائية لقصب السكر
مضخة محرك المياهتم شراؤها من مصادر محليةNAتستخدم للزراعة المائية لقصب السكر
ورق الترشيح Whatman الصف 1عالمية علمية1001090معالجة إفرازات الجذر
WinRhizo PRO (برنامج)شركة ريجنت إنسترومنتس ، كنداSTD4800ماسح جذر ثنائي الأبعاد مع برنامج لتحليل الجذور
كبريتات الزنكمختبرات سيسكو للأبحاث ، الهند76455تحضير محلول Hoagland المعدل

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Crops and livestock products. FAOSTAT. , Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (2019).
  2. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
  3. Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J. Growth and function of the sugarcane root system. Field Crops Research. 92 (2-3), 169-183 (2005).
  4. Glover, J. The behaviour of the root-system of sugarcane at and after harvest. Proceedings of the South African Sugar Technologists Association. 42, 133-135 (1968).
  5. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Sugarcane root systems: Studies in development and anatomy. Agricultural Journal of India. 17 (4), 416-418 (1922).
  6. Saliendra, N. Z., Meinzer, F. C. Genotypic, developmental and drought-induced differences in root hydraulic conductance of contrasting sugarcane cultivars. Journal of Experimental Botany. 43 (9), 1209-1217 (1992).
  7. Gilbert, R. A., Rainbolt, C. R., Morris, D. R., Bennet, A. C. Morphological responses of sugarcane to long-term flooding. Agronomy Journal. 99 (6), 1622-1628 (2007).
  8. Shiotsu, F., Abe, J., Doi, T., Gau, M., Morita, S. Root morphology and anatomy of field-grown Erianthus arundinaceus. American Journal of Plant Sciences. 6 (1), 103-112 (2015).
  9. Hari, K., Vasantha, S., Anna Durai, A., Brindha, C., Shruthi, P. Sugarcane root growth and development in hydroponics system. Journal of Sugarcane Research. 7 (2), 71-82 (2017).
  10. Matsuoka, S., Garcia, A. A. F. Sugarcane underground organs: Going deep for sustainable production. Tropical Plant Biology. 4, 22-30 (2011).
  11. Koevoets, I. T., Venema, J. H., Elzenga, J. T. M., Testerink, C. Roots withstanding their environment: Exploiting root system architecture responses to abiotic stress to improve crop tolerance. Frontiers in Plant Science. 7, 1335(2016).
  12. Vengavasi, K., Pandey, R. Root exudation index: Screening organic acid exudation and phosphorus acquisition efficiency in soybean genotypes. Crop and Pasture Science. 67 (10), 1096-1109 (2017).
  13. Bray, H. G., Thorpe, W. V. Analysis of phenolic compounds of interest in metabolism. Methods of Biochemical Analysis. 1, 27-52 (1954).
  14. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., Randall, R. J. Protein measurement with the folin phenol reagent. The Journal of Biological Chemistry. 193 (1), 265-275 (1951).
  15. Hedge, J. E., Hofreiter, B. T. Determination of total carbohydrate by anthrone method. Carbohydrate Chemistry: Volume 17. , Academic Press. New York. (1962).
  16. Moore, S., Stein, W. H. Polyphenol oxidase. Methods in Enzymology. Vol 468. , Academic Press. New York. (1948).
  17. Malik, C. P., Singh, M. B. Plant Enzymology and Histo-enzymology: A text manual. , Kalyani Publications. New Delhi. (1980).
  18. Beauchamp, C., Fridovich, I. Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry. 44, 276-287 (1971).
  19. Singleton, V. L., Rossi, J. A. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture. 16, 144-158 (1965).
  20. Rege, R. D., Wagle, P. V. Problems of sugarcane physiology in the Deccan canal tract. III. The root-system. The Indian Journal of Agricultural Science. 2 (3), 356-373 (1940).
  21. Ryker, T. C., Edgerton, C. W. Studies on sugar cane roots. LSU Agricultural Experiment Station Reports. 223, (1931).
  22. Jensen, J. H. Some studies of root habits of sugar cane in Cuba. The Tropical Plant Research Foundation. , New York. (1931).
  23. Kücke, M., Schmid, H., Spiess, A. A comparison of four methods for measuring roots of field crops in three contrasting soils. Plant and Soil. 172 (1), 63-71 (1995).
  24. Noordwijk, M., et al. Trench Profile Techniques and Core Break Methods. Root Methods: A handbook. , Springer. Berlin, Heidelberg. (2001).
  25. De Azevedo, M. C. B., Chopart, J. L., Medina, C. C. Sugarcane root length density and distribution from root intersection counting on a trench-profile. Scientia Agricola. 68 (1), 94-101 (2011).
  26. Nissen, T., Rodriguez, V., Wander, M. Sampling soybean roots: A comparison of excavation and coring methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 39 (11-12), 1875-1883 (2008).
  27. Burridge, J. D., et al. An analysis of soil coring strategies to estimate root depth in maize (Zea mays) and common bean (Phaseolus vulgaris). Plant Phenomics. 2020, 3252703(2020).
  28. Schroth, G., Kolbe, D. A method of processing soil core samples for root studies by subsampling. Biology and Fertility of Soils. 18, 60-62 (1994).
  29. Chandran, K., Nisha, M., Arun Kumar, R., Krishnapriya, V. Breeding varieties resistant to waterlogging. ICAR-SBI Annual Report 2016-17. , 128(2016).
  30. Wu, Q., Wu, J., Zheng, B., Guo, Y. Optimizing soil-coring strategies to quantify root-length-density distribution in field-grown maize: Virtual coring trials using 3-D root architecture models. Annals of Botany. 121 (5), 809-819 (2018).
  31. Joshi, D. C., et al. Development of a phenotyping platform for high throughput screening of nodal root angle in sorghum. Plant Methods. 13, 56(2017).
  32. Koyama, T., Murakami, S., Karasawa, T., Ejiri, M., Shiono, K. Complete root specimen of plants grown in soil-filled root box: Sampling, measuring, and staining method. Plant Methods. 17, 97(2021).
  33. Gomathi, R., Gururaja Rao, P. N., Chandran, K., Selvi, A. Adaptive responses of sugarcane to waterlogging stress: An overview. Sugar Tech. 17, 325-338 (2014).
  34. Misra, V., et al. Morphological assessment of water stressed sugarcane: a comparison of waterlogged and drought affected crop. Saudi Journal of Biological Sciences. 27 (5), 1228-1236 (2020).
  35. Robinson, N., et al. Sugarcane genotypes differ in internal nitrogen use efficiency. Functional Plant Biology. 34 (12), 1122-1129 (2007).
  36. Arruda, B., et al. Biological and morphological traits of sugarcane roots in relation to phosphorus uptake. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 16 (4), 901-915 (2016).
  37. Sharma, S., Borah, P., Meena, M. K., Bindraban, P., Pandey, R. Evaluation of genotypic variation for growth of rice seedlings under optimized hydroponics medium. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 78 (3), 292-301 (2018).
  38. Soumya, P. R., Singh, D., Sharma, S., Singh, A. M., Pandey, R. Evaluation of diverse wheat (Triticum aestivum) and triticale (× Triticosecale) genotypes for low phosphorus stress tolerance in soil and hydroponic conditions. Journal of Soil Science. 21, 1236-1251 (2021).
  39. Ganie, A. H., et al. Metabolite profiling and network analysis reveal coordinated changes in low-N tolerant and low-N sensitive maize genotypes under nitrogen deficiency and restoration conditions. Plants. 9 (11), 1459(2020).
  40. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Simple contrivances for studying root development in agricultural crops. Agricultural Journal of India. 18, 509-514 (1923).
  41. Clark, R. T., et al. High-throughput two-dimensional root system phenotyping platform facilitates genetic analysis of root growth and development. Plant, Cell and Environment. 36 (2), 454-466 (2013).
  42. Chopart, J. L., Rodrigues, S. R., Azevedo, M. C. B., Medina, C. C. Estimating sugarcane root length density through root mapping and orientation modelling. Plant and Soil. 313, 101-112 (2008).
  43. Chopart, J. L., Azevedo, M. C. B., Le Mezo, L., Marion, D. Functional relationship between sugarcane root biomass and length for cropping system applications. Sugar Tech. 12 (3-4), 317-321 (2010).
  44. De Silva, A. L. C., De Costa, W. A. J. M., Bandara, D. M. U. S. Growth of root system and the patterns of soil moisture utilization in sugarcane under rain-fed and irrigated conditions in Sri Lanka. Sugar Tech. 13 (3), 198-205 (2011).
  45. Otto, R., Silva, A. P., Franco, H. C. J., Oliveira, E. C. A., Trivelin, P. C. O. High soil penetration resistance reduces sugarcane root system development. Soil and Tillage Research. 117, 201-210 (2011).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة