一种用于植物–环境互作实时生理表型分析的遥测式称重平台

植物以非常复杂的方式响应环境。生理特征是响应速度最快的性状之一，通常远早于形态差异的出现。

这种高分辨率功能表型分析方法能够连续且无损伤地量化植物在多种处理条件下的环境互作。该系统可在控制区域内每株植物生长条件的同时，对大量植物进行多种生理特征的实时测量，且无需复杂的后期分析。本文展示了最为详尽的实验方案。

然而，我们建议初次使用者从简化的实验方案开始，这有助于更轻松地熟悉最重要的实验步骤、硬件和软件。演示该操作流程的是来自MyLab的硕士生Itamar Shenhar。首先将土壤滤器插入盆中。将尼龙网均匀铺在整个盆的顶部，然后将网架放在网上。

然后缓慢将网架推入整个花盆内壁约一半深度，确保在将网架推入两盆之间的过程中，网始终保持均匀展开。将玻璃纤维棒插入两个花盆之间，并一直推到底部。注意确保玻璃纤维棒位于网的外侧，不要触碰或推动网。

在将网架完全推到底部之前，用手从盆内将网向下按压，并调整使其均匀、紧密地铺在盆底，以确保良好的排水效果。将垫圈环从盆的底部向上滑动至盆壁约三分之一高度处，并确保该环的开口朝向盆的底部。根据盆在温室中排列的位置，对盆进行标记。

种植植物时，将种子在含有适宜栽培基质的穴盘中萌发。当植物蒸腾量达到最大 pot 水容量的约 10% 时，开始实验。在穴盘中留出几个空穴不播种幼苗，用于土壤重量测量；具体细节请参见文本稿件。

开始新实验之前，使用水准仪和标准砝码对蒸渗仪进行调平和校准。进行重量校准时，需将绿色容器（包括其中的所有塞子）放置在称重传感器上，并按照文稿中的步骤操作。要开始新实验，请打开操作软件，然后在屏幕左侧的菜单中点击“实验”选项卡。

单击“创建新的”。为实验命名，然后单击“确定”。打开新实验，接着打开植物列表，再单击“创建新的”。

在窗口中更改植物名称、位置、撕裂重量和土壤类型，然后点击应用。再次点击植物，表格将显示在屏幕上。

单击表格左下角的“导出植物”以导出表格，然后打开保存的 Excel 文件。根据需要修改参数并保存。

单击表格左下角的“导入植物”按钮。当弹出一个小窗口显示“植物已成功导入”时，单击“确定”。并检查您在 Excel 文件中所做的更改是否已成功导入。单击“新建实验”，然后在出现的窗口中单击“开始实验”。

最后点击“确定”以开始记录本实验的数据。称量预先准备好的空盆。若使用的是彼此相似的部件，称量其中10个的平均重量即可。

将盆栽基质与大量水充分混合，除非使用沙子或其他均质土壤基质。然后将所有预先准备好的空盆均匀填满。将盆底在地面上轻敲数次，以确保盆栽基质分布均匀。

将一个与幼苗根部土坨形状和大小相似的空腔模具铸型插入盆栽基质的中央，并完全推入。充分浇水，并冲洗盆体外壁。

然后静置排水30分钟，再进行下一步操作。根据实验设计，将所有田间花盆按要求放置在绿盒中的渗漏计装置上。确保绿盒的塞子处于正确位置，并且绿盒在凹槽中摆放到位。

在操作软件中，打开实验选项卡，然后在新实验下点击“测量组分”选项卡。根据屏幕顶部显示的上一个样品的时间，确认新的测量。点击“测量对象”。

当记录重量和 Delta 标签窗口弹出时，点击“下一步”。在“记录标签”窗口中，将新的元标签命名为“第一次测量”，然后点击“完成”。当出现重量记录成功窗口时，点击“确定”。将多出口灌溉滴头和花盆盖分别放置在称重式蒸渗仪的每个花盆上。

确认新的测量结果，然后再次点击“测量对象”。当记录重量弹出时，点击“下一步”。在 Delta 标签窗口中，于元标签的“相减”部分选择第一次测量，然后点击“下一步”。

在标签记录窗口中，将新的元标签命名为静态组件，然后点击“完成”。当弹出重量已成功记录的窗口时，点击“确定”。点击左侧的“植物”选项，并确保数值已更新。然后在新实验下，打开处理情景选项卡并点击“创建新的”。

在计划中，单击“新建步骤”。在屏幕中央，为处理选择指定的测试名称，然后单击“确定”进行确认。终止条件选择“从不”，然后单击“应用”。在所选测试名称的左侧，打开灌溉处理设置。

单击“新建步骤”。在屏幕中央，根据实验要求，将阀门开启时间调整至当前时间之前的几分钟，并设置其他参数，然后单击“应用”。打开新实验下的植物，然后单击新的植物名称。

在屏幕中央，将治疗方案更改为计划。此时将弹出一个窗口，单击“确定”以确认。检查该步骤的名称是否与冲洗测试名称相同。

然后点击应用。目视检查所有花盆是否均已灌溉，并确认多余的灌溉液正从绿色容器的带孔排水塞中滴出。取下绿色容器中的无孔塞，让水分完全排尽。

然后重新插上插头。打开实验选项卡，点击新实验下的“测量组件”。确认测量后，点击“测量植物参数”下的“测量对象”。

依次点击记录重量和 Delta 标签窗口后，将新的元标签命名为 cast-pre，然后点击完成。当弹出重量已成功记录的窗口时，点击确定。轻轻地将铸模从容器中取出。

单击“测量组件”，然后像之前一样确认测量结果。在测量方案参数下，单击“测量对象”。当出现记录重量窗口时，单击“下一步”。

在元标签的减法部分选择 cast-pre，然后单击下一步。在标签记录窗口中，将新的元标签命名为 cast-post，然后单击完成。单击左侧的植物，确保数值已更新。

在植物信息表中，手动将撕重更新为人工称量的预先准备好的空盆重量。点击“测量组件”并确认测量结果。在测量方案参数下，点击“测量土壤湿重”。

当弹出一个小窗口进行确认时，点击“确定”。点击“植物”并确认数值已更新。手动测量5到10个已充分灌溉且排水良好但无幼苗的穴孔中填装土壤的平均重量。

再次点击“测量组分”并确认测量结果。点击“设置幼苗原土重量”，当小窗口弹出时，输入原土的平均重量，然后点击“确定”。点击“植物”并确认数值已更新。

返回以测量植物参数，然后点击“测量植物初始净重”。在标签记录窗口中，选择“将新记录设为植物净重参考点”，然后点击“完成”。当弹出“重量已成功记录”窗口时，点击“确定”，然后点击“植物”并确认数值已更新。

确保穴盘中的幼苗充分灌溉，轻轻将带根部土团的幼苗从穴孔中拔出，注意不要损伤植株。然后小心地将其放入花盆中由模具压出的穴孔内。重复进行植株鲜重的测定，测定方法同前述元标签测量中的描述。

若需考虑绿色容器中的储备水，请参照文稿中的说明，确保谷物容器已装满。返回测量方案参数，然后点击“测量储备水重量”。当储备水重量和成功提示窗口弹出时，点击“确定”。

单击“植物”，然后单击表格左下角的“导出植物”以导出表格。打开 Excel 文件，从保留的水重测量值中减去测得的植物净重和播种用散装土壤重量，并保存。单击表格左下角的“更新植物”。

选择 Excel 文件，然后单击“打开”以更新。当弹出“更新植物”窗口时，单击“确定”。检查数值是否已更新。在“测量植物参数”下方，单击“计算土壤干重”。

当窗口弹出时，输入土壤湿重和土壤干重，或手动输入已计算的土壤含水量。单击“应用”，然后单击“完成”。当弹出窗口时，单击“确定”以确认。

根据文本手稿计算这些土壤含水量值。打开灌溉处理设置，点击“新建”并输入名称，然后点击“确定”。打开新建的灌溉名称，再次点击“新建”。然后打开默认处理方案，按要求设置阀门开启时间及其他参数，最后点击“应用”。

这展示了根据用户偏好在整个实验期间进行动态调节的灌溉处理方案。打开处理方案，打开方案并点击默认方案名称。从列表中选择一个处理名称，然后点击“确定”以确认。

选择合适的终止条件并点击应用。所有选项均包含超时设置，即使未达到设定条件，超时后也将自动关闭采样。最后，根据手稿说明完成方案表格的填写。

打开数据分析软件，使用您的用户名和密码登录。点击“选择实验”，然后依次选择控制系统和实验。在屏幕左侧栏中，点击“实验”，在搜索部分的名称栏中输入实验名称。

实验名称将显示在实验部分的搜索区域下方。单击实验名称以打开信息和植株部分。在信息部分，编辑水分利用效率（WUE）的开始日期和结束日期，该时间段应至少包含干旱处理开始前的三天。

然后点击“更新”。每个盆的水分利用效率（WUE）和决定系数（R²）值将在植物部分显示或更新。在植物部分，选择或排除任何WUE值为负或R²值小于0.5的植物或盆。

通过点击活动列下方的眼睛图标（该图标随后会变为红色）。在植物部分点击“导出数据”即可将水分利用效率（WUE）数据导出为 Excel 文件。实验过程中，环境条件由大气探头持续监测。

收集的数据展示了不同日期以及每天不同时段的光合有效辐射和蒸气压亏缺。在实验期间，通过土壤探针测量了干旱处理组花盆的体积含水量。

此处展示了一株经干旱处理的籼稻植株所采集的数据。在实验第一阶段，所有植株接受相似的灌溉条件，卡拉对照组和卡拉干旱处理组的植株平均增重均较为稳定。当对卡拉植株施加干旱处理后，这些植株停止增重，直至恢复阶段才重新开始增重。

在此之后，植株重量的增加速度较对照组更为缓慢。相比之下，karla 对照组植株的重量在整个实验期间持续增加。在本实验中，还可结合植株行为和环境条件的精确记录，开展基因表达、矿质含量和光合活性等样品的采集与分析。

功能表型分析是一种实用的植物-环境互作表征方法，为用户提供了在不同环境条件下比较植物响应特征的有力工具。每种特定的响应特征均可被选作深入研究的对象，或作为育种项目中优良生理性状的来源。