Name: التصوير والتحليل لقياس الأنماط الظاهرية للإجهاد اللاأحيائي للذرة (Zea mays) (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-28T13:35:00.000+00:00
Duration: 6 min 41 s
Description: اكتشف طريقة تصوير منخفضة التكلفة لتحليل الأنماط الظاهرية للذرة Zea mays تحت الإجهاد اللاأحيائي. يتيح هذا البروتوكول قياس السمات النباتية بدقة وسرعة دون معدات مكلفة.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

<ol><li>Xiao, Q., Bai, X., Zhang, C., He, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+high-throughput+plant+phenotyping+techniques+for+genome-wide+association+studies%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Adv+Res%22%5BJournal%5D)">Advanced high-throughput plant phenotyping techniques for genome-wide association studies: A review.</a> J Adv Res. 35, 215-230 (2022).</li>
<li>Mutka, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((image-based+phenotyping+methods+provide+insight+into+spatial+and+temporal+dimensions+of+plant+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">image-based phenotyping methods provide insight into spatial and temporal dimensions of plant disease.</a> Plant Physiol. 172 (2), 650-660 (2016).</li>
<li>Mutka, A. M., Bart, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-based+phenotyping+of+plant+disease+symptoms%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Image-based phenotyping of plant disease symptoms.</a> Front Plant Sci. 5, 734(2014).</li>
<li>Fahlgren, N., Gehan, M. A., Baxter, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lights%2C+camera%2C+action%3A+High-throughput+plant+phenotyping+is+ready+for+a+close-up%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Lights, camera, action: High-throughput plant phenotyping is ready for a close-up.</a> Curr Opin Plant Biol. 24 (2), 93-99 (2015).</li>
<li>Das Choudhury, S., Samal, A., Awada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+image+analysis+for+high-throughput+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Leveraging image analysis for high-throughput plant phenotyping.</a> Front Plant Sci. 10, 508(2019).</li>
<li>Yang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crop+phenomics+and+high-throughput+phenotyping%3A+Past+decades%2C+current+challenges%2C+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Plant%22%5BJournal%5D)">Crop phenomics and high-throughput phenotyping: Past decades, current challenges, and future perspectives.</a> Mol Plant. 13 (2), 187-214 (2020).</li>
<li>Omari, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+image-based+plant+phenotyping%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Korean+J+Agric+Sci%22%5BJournal%5D)">Digital image-based plant phenotyping: A review.</a> Korean J Agric Sci. 47 (1), 119-130 (2020).</li>
<li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+An+open-source+platform+for+biolFiogical-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: An open-source platform for biolFiogical-image analysis.</a> Nat Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>Gehan, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PlantCV+v2%3A+Image+analysis+software+for+high-throughput+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">PlantCV v2: Image analysis software for high-throughput plant phenotyping.</a> PeerJ. 5, e4088(2017).</li>
<li>Murphy, K. M., Ludwig, E., Gutierrez, J., Gehan, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+learning+in+image-based+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Deep learning in image-based plant phenotyping.</a> Annu Rev Plant Biol. 75 (1), 771-795 (2024).</li>
<li>Fahlgren, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+phenotyping+system+and+analytics+platform+reveals+diverse+temporal+responses+to+water+availability+in+Setaria%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Plant%22%5BJournal%5D)">A versatile phenotyping system and analytics platform reveals diverse temporal responses to water availability in Setaria.</a> Mol Plant. 8 (3), 1520-1535 (2015).</li>
<li>Yu, L., et al. Development of a mobile, high-throughput, and low-cost image-based plant growth phenotyping system. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYu%2C+L+%22bioRxiv%22">bioRxiv</a>. , (2023).</li>
<li>Atefi, A., Ge, Y., Pitla, S., Schnable, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+technologies+for+high-throughput+plant+phenotyping%3A+Contemporary+reviews+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Robotic technologies for high-throughput plant phenotyping: Contemporary reviews and future perspectives.</a> Front Plant Sci. 12, 611940(2021).</li>
<li>Berry, J. C., Fahlgren, N., Pokorny, A. A., Bart, R. S., Veley, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated%2C+high-throughput+method+for+standardizing+image+color+profiles+to+improve+image-based+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">An automated, high-throughput method for standardizing image color profiles to improve image-based plant phenotyping.</a> PeerJ. 6, e5727(2018).</li>
<li>Tovar, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raspberry+Pi-powered+imaging+for+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Raspberry Pi-powered imaging for plant phenotyping.</a> Appl Plant Sci. 6, e1031(2018).</li>
<li>Jolles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broad-scale+applications+of+the+Raspberry+Pi%3A+A+review+and+guide+for+biologists%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Ecol+Evol%22%5BJournal%5D)">Broad-scale applications of the Raspberry Pi: A review and guide for biologists.</a> Methods Ecol Evol. 12 (5), 1562-1579 (2021).</li>
<li>Watt, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotyping%3A+New+windows+into+the+plant+for+breeders%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Phenotyping: New windows into the plant for breeders.</a> Annu Rev Plant Biol. 71 (1), 689-712 (2020).</li>
<li>Xie, C., Yang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+plant+high-throughput+phenotyping+traits+using+UAV-based+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Electron+Agric%22%5BJournal%5D)">A review on plant high-throughput phenotyping traits using UAV-based sensors.</a> Comput Electron Agric. 178, 105731(2020).</li>
<li>Czedik-Eysenberg, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%26%2334%3BPhenoBox%26%2334%3B%2C+a+flexible%2C+automated%2C+open-source+plant+phenotyping+solution%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytol%22%5BJournal%5D)">The &#34;PhenoBox&#34;, a flexible, automated, open-source plant phenotyping solution.</a> New Phytol. 219 (4), 808-823 (2018).</li>
<li>Sumner, J., Fahlgren, N., Murphy, K. M. PCVR: An R package and tutorials for guided statistical analysis of plant phenotyping data. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSumner%2C+J+%22Authorea+Preprints%22">Authorea Preprints</a>. , (2023).</li>
<li>Schnable, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+B73+maize+genome%3A+complexity%2C+diversity%2C+and+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics.</a> Science. 326 (5956), 1112-1115 (2009).</li>
<li>Segment Anything. Kirillov, A., et al. 2023 IEEE/CVF Int Conf Comput Vision, , 3992-4003 (2023).</li>
<li>Gabaldón-Leal, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+the+impact+of+heat+stress+on+maize+yield+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Field+Crops+Res%22%5BJournal%5D)">Modelling the impact of heat stress on maize yield formation.</a> Field Crops Res. 198 (3), 226-237 (2016).</li>
<li>Intergovernmental Panel on Climate Change. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22SYNTHESIS+REPORT+OF+THE+IPCC+SIXTH+ASSESSMENT+REPORT+%28AR6%29%22">SYNTHESIS REPORT OF THE IPCC SIXTH ASSESSMENT REPORT (AR6)</a>. , https://report.ipcc.ch/ar6syr/pdf/IPCC_AR6_SYR_LongerReport.pdf (2023).</li>
<li>Quiñones, A., et al. Optimized methods for applying and assessing heat, drought, and nutrient stress of maize seedlings in controlled environment experiments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aQui%C3%B1ones%2C+A+%22Cold+Spring+Harb+Protoc%22">Cold Spring Harb Protoc</a>. , (2024).</li>
<li>Murphy, K. M., et al. Maize abiotic stress treatments in controlled environments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMurphy%2C+KM+%22Cold+Spring+Harb+Protoc%22">Cold Spring Harb Protoc</a>. , (2024).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>مزود طاقة USB-C بقوة 15 واط</td><td>CanaKit</td><td>DCAR-RSP-3A5-C</td><td></td></tr><tr><td>25604 UC-E6 كابل USB</td><td>نيكون</td><td>18208256044</td><td></td></tr><tr><td>3.5 بوصة هامرت</td><td>انترناشيونال</td><td>13006000</td><td></td></tr><tr><td>بيرجر BM7 35٪ بارك إتش بي</td><td>هامرت إنترناشيونال</td><td>10121500</td><td></td></tr><tr><td>بيودوك 2024</td><td></td><td>الذكاء الاصطناعي منصة برمجيات</td><td>www.biodock.ai.</td></tr><tr><td>برنامج تحرير التعليمات البرمجية</td><td>Jupyter</td><td></td><td>https://jupyter.org/install</td></tr><tr><td>برنامج تحرير التعليمات البرمجية</td><td>Visual Studio Code</td><td></td><td>https://code.visualstudio.com/download</td></tr><tr><td>Color Card ColorChecker Classic</td><td>Calibrite</td><td>CCC</td><td></td></tr><tr><td>Color Checker Passport</td><td>Calibrite</td><td>CCPP2</td><td></td></tr><tr><td>Conviron Growth Chamber</td><td>Conviron</td><td>BDW80 نموذج</td><td></td></tr><tr><td>Dell 22 Monitor Dell</td><td></td><td>SE2222H</td><td></td></tr><tr><td>EH-67 محول التيار المتردد</td><td>نيكون</td><td>AZ185</td><td></td></tr><tr><td>برنامج تحليل الصور</td><td>PlantCV</td><td></td><td>https://plantcv.readthedocs.io/en/latest/installation/</td></tr> <tr><td>Jack's Liquid Hydros Seal 15-5-15</td><td>Hummert International</td><td>7590200</td><td>سماد سائل</td></tr><tr><td>لوحة مفاتيح وماوس</td><td>لوحة مفاتيح وماوس لاسلكي Logitech</td><td>1440638</td><td>MK270</td></tr> بذور <tr><td>الذرة</td> شبكة <td>معلومات موارد الأصول الوراثية USDA-ARS (GRIN)</td> <td>B73</td><td>https://www.ars-grin.gov/</td></tr> <tr><td>Micro HDMI إلى كابل HDMI</td><td>كاميرا Amazon</td><td>B07KSDB25X</td><td></td></tr><tr><td>Nikon Coolpix B500</td> كاميرا <td>نيكون</td><td></td><td></td></tr><tr><td>نيكون D7200</td><td>نيكون</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Osmocote 14-14-14</td><td>Hummert International</td><td>7630000</td><td></td></tr><tr><td>نسيج التصوير الفوتوغرافي</td><td>Yayoya</td><td></td><td>البوليستر نسيج أسود خلفية الصورة لاستوديو الفيديو للصور Televison</td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4 Case مع غرفة التبريد</td><td>iUniker</td> <td>& lrm; B07ZVKN262</td><td></td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4 موديل B Rev 1.1</td><td>Raspberry Pi Foundation</td><td>RP4B4GB_BP</td><td></td></tr><tr><td>Raspberry Pi 4 PiSwitch (USB-C)</td> <td>CanaKit</td><td>RSP-PISWITCH-USBC</td><td></td></tr><tr><td>Raspberry Pi</td><td>Imager</td><td></td><td>https://www.raspberrypi.com/software/</td></tr> <tr><td>برنامج التحليل الإحصائي</td><td>Rstudio</td><td></td><td>https://posit.co/downloads/</td></tr><tr><td>ترايبود</td><td>K & F Concept</td><td>T255A3 + BH-28L</td><td></td></tr><tr><td>Turface MVP</td><td>Hummert International</td><td>10240000</td><td></td></tr><tr><td>ماسح الباركود اللاسلكي</td><td>Netumscan</td><td>B08X4NMX2M</td><td>ماسح الباركود 1D و 2D</td></tr></tbody></table>

التصوير والتحليل لقياس الأنماط الظاهرية للإجهاد اللاأحيائي للذرة (zea mays)

Imaging and Analysis for Quantifying Maize (Zea mays) Abiotic Stress Phenotypes

لتطوير هذه الطريقة ، تم تقييم نباتات الذرة B73 من حيث الأنماط الظاهرية الكمية تحت درجات حرارة التحكم ، ودرجات الحرارة ، وظروف الري الجيد ، والجفاف ، بالإضافة إلى مجموعاتها ، ليصبح المجموع أربع معالجات. B73 هو نوع معروف من الذرة الفطرية مع ثروة من البيانات الجينية21.
نجح تحليل الصور في PlantCV في تصحيح الصور بالألوان ، وتصنيف النتائج الكمية بالبيانات الوصفية للمصنع ، وتقسيم (بمعنى آخر ، فصل) النبات عن الخلفية ، كما هو موضح في الشكل 3. سيوفر التحليل غير الناجح صورا ناتجة لا تظهر المخطط الأزرق أو الشكل الوردي حول الجزء الخارجي من النبات ، ولكنها تتضمن ضوضاء إضافية أو قطعا مفقودة من النبات (الشكل 3 ، مثال منخفض الجودة). كانت عتبة القناة المزدوجة ضرورية لتضمين أكبر قدر ممكن من النبات في القناع (انظر الاستراتيجيات البديلة أحادية القناة في "photo-studio-SV-notebook.ipynb"). ومع ذلك ، فإن بعض النباتات ، خاصة تلك ذات السيقان ذات اللون الأرجواني ، لم يكن لديها تجزئة مثالية ، ولكنها كانت كافية لتحليل المصب (الشكل 3).
قدم تحليل PlantCV 16 سمة كمية أحادية القيمة ، ملخصة في الشكل 4. توفر السمة أحادية القيمة قيمة واحدة لكل نبات - على سبيل المثال ، مساحة الورقة والارتفاع والعرض والمتوسط الدائري لتدرج اللون. تم النظر في مساحة الورقة باستخدام وظيفة "تحليل.الشكل" (الشكل 4) واعتبرت النبات بأكمله. ومع ذلك ، تم النظر في الارتفاع والعرض باستخدام "الوظيفة analyze.bound_horizontal" ، مع رسم حد عند خط تربة النبات. وذلك لأن النباتات التي تتدلى على جانب الإناء سيكون لها ارتفاع أكبر مع الأخذ في الاعتبار النبات ككائن كامل ، وبدلا من ذلك يجب أن يتم قياسها فقط من قاعدة النبات حيث يلتقي بالتربة. بالإضافة إلى السمات أحادية القيمة ، ينتج PlantCV سمات متعددة القيم ، وهي رسوم بيانية ، خاصة لقيم اللون ، تمثل كل بكسل من النبات. المتوسط الدائري لتدرج اللون هو سمة أحادية القيمة وهي متوسط قيمة تدرج اللون للنبات بأكمله.
لتحديد السمات الأكثر إثارة للاهتمام ، تم حساب التباين الذي تم تفسيره من خلال العلاج لكل سمة ، بالإضافة إلى الارتباط بين السمات المختلفة باستخدام وظيفة "frem" في حزمة pcvr RStudio 20 (الشكل 5 أ). تم اختيار مساحة الورقة وارتفاعها وعرضها ومتوسط دائري اللون لتحليل المصب لأنها أوضحت أكثر من 50٪ من التباين الناتج عن المعالجة ، وهي مقاييس ذات صلة لنمو النبات (المساحة والارتفاع والعرض) والصحة (اللون). توضح الصور التمثيلية للنبات الذي يحتوي على أكبر وأصغر مساحة للأوراق التباين في الأنماط الظاهرية التي تم جمعها في هذه التجربة (الشكل 5 ب ، ج ، على التوالي). كان للنبات الذي يحتوي على أكبر مساحة أوراق أيضا أعلى متوسط لون وكان نباتا B73 ، مرقى جيدا ، ويعاني من الإجهاد الحراري (الشكل 5 ب). كان لأصغر مساحة للأوراق أصغر متوسط لون (الشكل 5 ج) ، وكانت نباتا B73 ، مصابا بالجفاف ، والإجهاد الحراري.
كان لمعالجة المياه تأثير كبير في تحديد مساحة الأوراق (F (1،13) = 226.5 ، ص = 1.32 × 10-9) ، الارتفاع (F (1،13) = 21.1 ، p = 0.0005) ، العرض (F (1،13) = 75.5 ، p = 8.92 × 10-7) ، والمتوسط الدائري لدرجة اللون (F (1،13) = 27.8 ، ص = 0.0002) ، تم تحديده باستخدام نموذج الانحدار الخطي لتأثير العلاج و ANOVA ثنائي الاتجاه في R Studio (النتائج الكاملة في الجدول 1). كان لمعالجة درجة الحرارة تأثير كبير على الارتفاع (F (1،13) = 5.94 ، p = 0.03) ، ولكن ليس مساحة الورقة أو عرضها أو متوسط دائري اللون (ص &gt; 0.05 ، الجدول 1). لم يكن التفاعل بين درجة الحرارة وحالة الماء عاملا مهما في أي من السمات المقاسة (ص &gt; 0.05 ، الجدول 1).
بعد ذلك ، تمت مقارنة العلاجات الفردية مع الضابط وبعضها البعض باستخدام الانحدار الخطي والاختبار اللاحق (الوسائل الهامشية المقدرة) مع تصحيح Sidak للمقارنات المتعددة (الشكل 6). انخفضت مساحة الأوراق وارتفاع النبات وعرض النبات والمتوسط الدائري لدرجة اللون بشكل كبير في النباتات المجهدة بالجفاف مقارنة بالري الجيد في كل من ظروف درجة الحرارة (ص &lt; 0.05 ، الشكل 6). الإجهاد الحراري أثناء الري الجيد يقلل فقط من ارتفاع النبات (ص &lt; 0.05 ، الشكل 6) ، لكنه لم يقلل بشكل كبير من مساحة الورقة أو عرض النبات أو المتوسط الدائري لتدرج اللون. يمكن التحقيق في هذا الاختلاف في تدرج اللون بشكل أكبر من خلال تقييم تدرج سمة اللون متعدد القيم ، المرسوم كرسم بياني في الشكل 7 ، بدلا من مجرد متوسط. كان الانخفاض في متوسط تدرج اللون بسبب الجفاف بسبب التحول من البكسل الأخضر إلى الأصفر ، المعروف باسم داء الاخضرار (الشكل 7). في حين أن الحرارة لم تظهر اختلافا كبيرا في متوسط درجة اللون ، إلا أنها أظهرت انخفاضا وزيادة بسبب كل من الاصفرار (داء الاخضرار) وتغميق اللون الأخضر (الشكل 7).
بعد التصوير ، تم قطع النباتات عند تقاطع جذر الجذر ، وتم تسجيل وزن الأنسجة الموجودة فوق سطح الأرض. تم غسل الجذور وتجفيفها برفق بمنشفة ، ثم وزنها ، لحساب إجمالي الكتلة الحيوية للنبات (المعروف أيضا باسم الوزن) للمقارنة مع طريقة التنميط الظاهري القائمة على الصور الموصوفة. ترتبط مساحة الورقة المقاسة عن طريق تحليل الصور ارتباطا وثيقا بالكتلة الحيوية للنبات (R2 = 0.84 ، الشكل 8).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig01.jpg"> 
الشكل 1: صورة لإعداد استوديو الصور مع مكونات مصنفة لجمع صور النباتات. (أ) قماش من فئة التصوير الفوتوغرافي ، (ب) بطاقة ملونة ، (ج) خط شريط لوضع الأواني بشكل موحد ، (د) كاميرا رقمية ، (ه) كمبيوتر أحادي اللوحة ، (و) شاشة تعرض عملية التقاط الصور. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig01large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig02.jpg"> 
الشكل 2: نظرة عامة على سير عمل التصوير. يتم توفير صورة تمثيلية "عالية الجودة" و "منخفضة الجودة". <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig02large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig3v2.jpg"> 
الشكل 3: نظرة عامة على سير عمل تحليل الصور في PlantCV. يتم تقديم صور تمثيلية للتجزئة ذات الجودة "العالية" و "المقبولة" و "المنخفضة" ؛ يتم تمثيل سمات PlantCV باستخدام مخطط وردي لشكل النبات بالكامل ، ومخطط أزرق لمنطقة النبات. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig3v2large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig04.jpg"> 
الشكل 4: ملخص وتمثيل مرئي لسمات الشكل التي تم التقاطها من التحليل. وظيفة الشكل في PlantCV. تمثل الصناديق الأرجوانية سمات لا تستخدم سمة أخرى في حسابها. تمثل الصناديق البرتقالية السمات التي تستخدم سمات أخرى في حسابها. تشير الأسهم إلى السمات المستخدمة في هذه العمليات الحسابية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig04large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig05.jpg"> 
الشكل 5: التنميط الظاهري المستند إلى الصور يلتقط تباين النمط الظاهري والسمات المترابطة. (أ) تباين السمات المفسرة بالعلاج (يمين) ، وارتباط السمات ببعضها البعض (يسار). يتم تسمية كل سمة ، متبوعة بوحدة القياس الخاصة بها. "NA" تعني أنه قياس بدون وحدات. (ب) صورة للنبات الذي يحتوي على أعلى مساحة للأوراق وأعلى متوسط دائري للصبغة (درجات). (ج) صورة للنبات الذي يحتوي على أصغر مساحة للأوراق وأدنى متوسط دائري للصبغة (درجات). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig05large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig06.jpg"> 
الشكل 6: مقارنة Boxplot لتأثيرات العلاج على الأنماط الظاهرية للنبات. تتم مقارنة مساحة الورقة (A) والارتفاع (B) والعرض (C) والمتوسط الدائري لتدرج اللون (D) لتأثير الجفاف والحرارة والضغوط المجمعة. ن = 4. تمثل الحروف اختلافات ذات دلالة إحصائية بين العلاجات (ص &lt; 0.05). تمت مقارنة المعالجات باستخدام الانحدار الخطي والاختبار اللاحق (الوسائل الهامشية المقدرة) مع تصحيح Sidak للمقارنات المتعددة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig06large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig07.jpg"> 
الشكل 7: الرسوم البيانية للون (تدرج اللون) المجمعة لجميع وحدات البكسل لكل مجموعة علاجية ، مع تطبيعها من خلال العدد الإجمالي للبكسل في مجموعة العلاج. يتم تلوين الرسوم البيانية بقيمة اللون لدرجة اللون. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig07large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67619/67619fig08.jpg"> 
الشكل 8: ارتباط مساحة الورقة المقاسة من الصور بالكتلة الحيوية للنبات بالكامل. تمثل كل نقطة سوداء نباتا واحدا. يمثل الخط الوردي الارتباط الخطي بين مساحة الورقة (X) والكتلة الحيوية (Y). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67619/67619fig08large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>سمه</td>
			<td>عامل</td>
			<td>درجات الحرية</td>
			<td>قيمة F</td>
			<td>قيمة p</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>مساحة الورقة (سم ^ 2)</td>
			<td>درجة الحرارة</td>
			<td>1</td>
			<td>0.5372</td>
			<td>0.4766</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>مساحة الورقة (سم ^ 2)</td>
			<td>الماء</td>
			<td>1</td>
			<td>226.5318</td>
			<td>1.32E-09</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>مساحة الورقة (سم ^ 2)</td>
			<td>درجة الحرارة: ماء</td>
			<td>1</td>
			<td>2.1526</td>
			<td>0.1661</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>مساحة الورقة (سم ^ 2)</td>
			<td>مخلفات</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>الارتفاع (سم)</td>
			<td>درجة الحرارة</td>
			<td>1</td>
			<td>5.9426</td>
			<td>0.0298935</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>الارتفاع (سم)</td>
			<td>الماء</td>
			<td>1</td>
			<td>21.107</td>
			<td>0.0005029</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>الارتفاع (سم)</td>
			<td>درجة الحرارة: ماء</td>
			<td>1</td>
			<td>2.1752</td>
			<td>0.1640545</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>الارتفاع (سم)</td>
			<td>مخلفات</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>العرض (سم)</td>
			<td>درجة الحرارة</td>
			<td>1</td>
			<td>2.2495</td>
			<td>0.1575</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>العرض (سم)</td>
			<td>الماء</td>
			<td>1</td>
			<td>75.5474</td>
			<td>8.92E-07</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>العرض (سم)</td>
			<td>درجة الحرارة: ماء</td>
			<td>1</td>
			<td>0.0839</td>
			<td>0.7766</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>العرض (سم)</td>
			<td>مخلفات</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>متوسط دائري اللون (درجات)</td>
			<td>درجة الحرارة</td>
			<td>1</td>
			<td>0.9154</td>
			<td>0.3561432</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>متوسط دائري اللون (درجات)</td>
			<td>الماء</td>
			<td>1</td>
			<td>27.7988</td>
			<td>0.0001509</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>متوسط دائري اللون (درجات)</td>
			<td>درجة الحرارة: ماء</td>
			<td>1</td>
			<td>3.4792</td>
			<td>0.0848724</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>متوسط دائري اللون (درجات)</td>
			<td>مخلفات</td>
			<td>13</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
الجدول 1: نتائج نموذج الانحدار الخطي وتحليلات ANOVA ثنائية الاتجاه التي تدرس آثار معالجة المياه ومعالجة درجة الحرارة وتفاعلها على الصفات النباتية.

التصوير والتحليل لقياس الأنماط الظاهرية للإجهاد اللاأحيائي للذرة (Zea mays)

Measuring quantitative plant phenotypes, or traits, is essential for understanding plant responses to environmental factors, including biotic and abiotic ...

يركز بحثنا على تطوير وتطبيق أدوات التنميط الظاهري للنباتات عالية الإنتاجية. هدفنا هو إجراء القياسات بسرعة وبأسعار معقولة ودون قتل النباتات. أدت التطورات الأخيرة في مجال التنميط الظاهري للنباتات إلى توسيع تحليل الصور ليشمل أنواعا مختلفة من الكاميرات ، مثل الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار وطبقت تقنيات جديدة في التعلم الآلي.تشمل التحديات التجريبية الحالية النطاق الكبير والعمل الكبير المطلوب لالتقاط القياسات في العديد من النقاط الزمنية ، والمعالجات البيئية ، والأنماط الجينية لإحراز تقدم كبير في الأسئلة البيولوجية. يوفر بروتوكولنا طريقة بسيطة لالتقاط صور المصنع وتحليلها بسرعة ومرونة دون الحاجة إلى معدات باهظة الثمن. للبدء ، قم بتشغيل شريط الطاقة باستخدام المفتاح واضغط على الزر لتشغيل الشاشة.قم بتشغيل المفتاح الموجود على الكمبيوتر أحادي اللوحة أو سلك طاقة SBC إلى تشغيل.ضع الكاميرا على حامل ثلاثي القوائم أو طاولة وقم بتوفير الطاقة للكاميرا عبر سلك الطاقة أو البطاريات. قم بتشغيل الكاميرا باستخدام زر طاقة الكاميرا. قم بتوصيل الكاميرا بمنفذ USB على SBC باستخدام كابل نقل البيانات المرفق وبالكاميرا.بعد ذلك ، ضع قطعة من الشريط اللاصق الملون الداكن على قماش التصوير الفوتوغرافي حيث سيتم وضع القدر. الآن ضع الوعاء على الشريط المحدد. بالنسبة للنباتات التي تنمو في مستوى ، مثل الذرة والذرة الرفيعة ، ضع أوسع زاوية للنبات باتجاه الكاميرا.اضبط بطاقة الألوان لتكون متماشية مع الأصيص ، ولكن افصلها عن النبات دون تداخل. انقر فوق الزر Terminal لفتح الجهاز على SBC. أدخل سطر التعليمات البرمجية لفتح نافذة التقاط الصورة.ثم اكتب اسم الصورة يدويا أو امسح الرمز الشريطي أو رمز الاستجابة السريعة للمصنع باستخدام ماسح الباركود. بعد التقاط الصورة، حدد خيارا لحفظ الصورة محليا أو على خادم محمل أو تخزين سحابي. انقر فوق الزر انقر هنا لالتقاط صورة لالتقاط الصورة.إذا تم اختيار التخزين المحلي، فافتح مجلد الصور على سطح المكتب لمراجعة الصورة. إذا تم استخدام خادم أو تخزين سحابي، فافتح الصورة في هذا الموقع. بعد التقاط جميع الصور ، استخدم الطريقة المفضلة ، مثل تخزين USB أو متصفح الإنترنت أو نقل SSH لنسخ جميع الصور من SBC إلى جهاز كمبيوتر محلي أو تخزين سحابي.قم بتنزيل الملفات المطلوبة على جهاز كمبيوتر محلي أو خادم. قم بتثبيت plantcv باستخدام سطر الأوامر أو مدير الحزمة. افتح دفتر ملاحظات استوديو الصور SV.ipynb باستخدام محرر التعليمات البرمجية المفضل مثل JupyterLab أو Visual Studio Code. قم بتشغيل كل كتلة من التعليمات البرمجية ، وقم بإجراء التعديلات اللازمة بناء على المعلمات الموضحة في الكود للحصول على قناع نظيف للمصنع. عندما تكون راضيا عن تحليل نموذج الصورة، افتح سير العمل.py في محرر التعليمات البرمجية المفضل. تحرير سير العمل. py لتضمين أي تغييرات في المعلمات يتم إجراؤها في photo-studio-SV-notebook.IPynb وحفظ الملف. افتح photo-studio-SV-config. json لتحديث مسارات الملفات.قم بتعديل المسارات إلى مجلد الإدخال الذي يحتوي على صور نباتية ومجلد إخراج حيث سيتم تخزين الصور والنتائج المعالجة. افتح محطة طرفية وقم بتنشيط plantcv باستخدام الأمر conda activate plantcv واضغط على Enter على لوحة المفاتيح. قم بتغيير سطر التعليمات البرمجية المحدد للإشارة إلى photo-studio-SV-config المحدث.ملف JSON. في الجهاز ، اكتب الرمز المعدل واضغط على Enter على لوحة المفاتيح. تأكد من تنشيط plantcv في المحطة.ثم قم بتشغيل الأمر لتحويل results-photo-studio. json إلى csv ، وتحديث مسار الملف وفقا لذلك. نجح تحليل الصور في plantcv في تقسيم نباتات الذرة من الخلفية باستخدام عتبة مزدوجة القناة.قدم تحليل plantcv 16 سمة أحادية القيمة ، بما في ذلك مساحة الورقة والارتفاع والعرض والمتوسط الدائري لتدرج اللون مع سمات متعددة القيم مرسومة كرسوم بيانية. شرح المتوسط الدائري لمساحة الورقة وارتفاعها وعرضها وتدرج اللون أكثر من 50٪ من المتغيرات بسبب العلاج ، مما يجعلها مقاييس رئيسية لتحليل المصب. كان للنبات الذي يحتوي على أكبر مساحة أوراق أعلى متوسط لون وكان من النمط الجيني B73 ، وهو نبات جيد الري والضغط الحراري.كان لأصغر مساحة للأوراق أيضا أصغر متوسط لون وكانت نبتة وراثية B73 ، وهي نبات مجهد للجفاف ومجهد حراري. أثرت معالجة المياه بشكل كبير على مساحة الأوراق وارتفاعها وعرضها ومتوسطها الدائري ، بينما أثرت معالجة درجة الحرارة بشكل كبير على الارتفاع. أدى إجهاد الجفاف إلى تقليل مساحة الأوراق بشكل كبير وارتفاع النبات وعرض النبات والمتوسط الدائري لتدرج اللون في كلا ظروف درجة الحرارة.كان الانخفاض في متوسط درجة اللون بسبب الجفاف بسبب التحول من وحدات البكسل الخضراء إلى الصفراء. تسبب الإجهاد الحراري في اصفرار اللون الأخضر وتغميقه. ترتبط مساحة الورقة المقاسة عن طريق تحليل الصور ارتباطا وثيقا بالكتلة الحيوية للنبات ، مما يتحقق من صحة طريقة التنميط الظاهري المستندة إلى الصورة.

imaging-analysis-for-quantifying-maize-zea-mays-abiotic-stress

Research

JoVE Journal

Biology

علم الأحياء

يعد تحديد انقسام الخلايا وتوسعها أمرا ذا أهمية حاسمة لفهم نمو النبات بالكامل. هنا ، نقدم بروتوكولا لحساب المعلمات الخلوية التي تحدد معدلات نمو أوراق الذرة وتسليط الضوء على استخدام هذه البيانات للتحقيق في الآليات التنظيمية للنمو الجزيئي من خلال توجيه استراتيجيات أخذ العينات الخاصة بمرحلة النمو.

تحليل الحركية من انقسام الخلايا والتوسع: تحديد مقدار الأساس الخلوي للمناطق التنموية النمو وأخذ العينات في<em&gt; ذرة شامية</em&gt; أوراق

ويرد بروتوكولا تجريبية لتقييم التربة نمت نظم جذور النباتات مع RGB والتصوير الطيفي. مزيج من الوقت صورة RGB سلسلة مع معلومات تشيموميتريك من الطيفي بالأشعة يحسن ثاقبة ديناميات جذر النبات.

RGB والتصوير الطيفي الجذر فينوتيبينج النباتية والبحوث الفسيولوجية: الإعداد التجريبية والتصوير البروتوكولات

نحن نقدم طريقة جديدة لتحسين تباين امتصاص الأشعة السينية الذرة الأنسجة مناسبة لفحص التصوير المقطعي ميكروكومبوتيد العادية. استناداً إلى صور الأشعة المقطعية، نقدم مجموعة من مهام سير العمل في تجهيز الصور لمختلف المواد الذرة لاستخراج فعالة تعمل مجهرية من حزم وعائية من الذرة.

تقنيات Phenotyping ميكرون-مقياس الذرة حزم وعائية استناداً إلى التصوير المقطعي بالأشعة السينية ميكروكومبوتيد

لقد صممنا بروتوكول التنميط الظاهري القائم على الصور لتحديد الاستجابات المورفولوجية والفسيولوجية للحرارة الفردية والمشتركة والجفاف وعلاجات التشبع بالمياه. مكن هذا النهج من تحديد الاستجابات المبكرة والمتأخرة والتعافي على مستوى المصنع بأكمله ، وخاصة الأجزاء الموجودة فوق سطح الأرض ، وسلط الضوء على ضرورة استخدام مستشعرات تصوير متعددة.

التنميط الظاهري القائم على الصور عالي الإنتاجية لتحديد الاستجابات المورفولوجية والفسيولوجية للإجهادات المفردة والمركبة في البطاطس

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) يوفر أداة قوية لتقييم فعالية عملية المعدات خلال العملية. نناقش استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لتصور خلط في خلاط ثابت. التطبيق ذات الصلة لمنتجات العناية الشخصية ، ولكن يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من السوائل الغذائية والكيميائية ، والكتلة الحيوية والبيولوجية.

خلط الكمي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي

نحن هنا وصف سير العمل بسرعة لتحليل واستكشاف مجموعات من الصور مضان المجهري باستخدام PhenoRipper، منصة تحليل الصورة وضعت مؤخرا.

التحليل السريع واستكشاف الإسفار الميكروسكوب الصور

هنا نبلغ عن بروتوكول لقياس الإجهاد التأكسدي في أجنة أسماك الزرد الحية. يسمح هذا الإجراء بالكشف عن أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في كل من أنسجة الجنين الكاملة ومجموعات الخلايا الواحدة. سيقوم هذا البروتوكول بإجراء تحليلات نوعية وكمية.

تحليل الاكسدة في الزرد الأجنة

يسمح النظام المحفز للجذر الجانبي (LRIS) بالحث المتزامن للجذور الجانبية ويتم تقديمه ل نبات الأرابيدوبسيس الثاليانا والذرة.

الجانبي جذر النظام محرض في<em&gt; نبات الأرابيدوبسيس</em&gt; والذرة

تنظم الساعة اليومية عن ثلث Transcriptome على نبات الأرابيدوبسيس، لكن نسبة الجينات التي تغذي مرة أخرى إلى ضبط الوقت ما زال مجهولا. نحن هنا تصور طريقة لتقييم بسرعة الظواهر الإيقاعية في أي خط متحولة من نبات الأرابيدوبسيس باستخدام التصوير الانارة مراسل الإيقاعية أعرب عابر في جبلة مجردة.

تحليل سريع من الظواهر الإيقاعية في نبات الأرابيدوبسيس جبلة مجردة Transfected مع ساعة مراسل الفلورسنت

بعد تلف الحمض النووي، تقوم الخلايا البشرية بتنشيط مسارات الإصلاح الأساسية لاستعادة سلامة جينومها. هنا، نحن وصف طريقة من المناعة غير المباشرةflufluorescence كوسيلة للكشف عن البروتينات إصلاح الحمض النووي، وتحليل توظيفها المكانية والزمانية، والمساعدة في استجواب التفاعل البروتين البروتيني في مواقع الضرر الحمض النووي.

التصور من الحمض النووي إصلاح البروتينات التفاعل من قبل immunofluorescence

اكتشف طريقة تصوير منخفضة التكلفة لتحليل الأنماط الظاهرية للذرة Zea mays تحت الإجهاد اللاأحيائي. يتيح هذا البروتوكول قياس السمات النباتية بدقة وسرعة دون معدات مكلفة.

التصوير والتحليل لقياس الأنماط الظاهرية للإجهاد اللاأحيائي للذرة (Zea mays)

استكشف المزيد من الفيديوهات