Messen, Stolonen und Rhizome der Turfgrasses eine digitale Bild-Analyse-System
19. Februar 2019
Ein Software-basiertes Abbild-Analyse-System bietet eine alternative Methode, um die Morphologie der Ausläufer und Seerosengewächse Arten zu studieren. Dieses Protokoll ermöglicht die Messung von Länge und Durchmesser der Stolonen und Rhizome und kann angewendet werden, um Proben mit einer großen Menge an Biomasse und eine Vielzahl von Arten.
Diese Methode kann Schlüsselfragen in der Wachstum und Morphologie von Stolonen und Rhizome verschiedener Kulturen wie Rasengräser, Wiesen und Weiden beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Länge von Stolon und Rhizom in Proben mit einer großen Menge Biomasse gemessen werden kann, für die das Gewicht der einzige Parameter ist, der derzeit verwendet wird. Sammeln Sie Proben mit einem Bodenkern-Sampler.
Fügen Sie die oberirdische Biomasse und eine Bodenschicht mit einer geeigneten Tiefe ein, je nach Art, um die Sammlung von Stolonen und Rhizomen zu gewährleisten. Alternativ können Sie die Zuspielfläche mit einem Rahmen definieren und die Proben mit einem Spaten sammeln. Beschriften Sie jede Probe mit Laborband.
Um die Biomasseproben zu reinigen, legen Sie die Probe in ein großes Sieb mit 0,5 bis 1,5 Millimeter Öffnungen, je nach Stolon- oder Rhizomgröße. Die Öffnungen sollten klein genug sein, um alle Stolons und Rhizome zu behalten, aber groß genug, um die Bodenpartikel entfernen zu lassen. Reinigen Sie die Proben mit einem Wasserstrom mit genügend Kraft, um Bodenpartikel zu entfernen, ohne die Pflanzen zu beschädigen.
Holen Sie sich die sauberen Proben und legen Sie sie in ein Fach mit Papiertüchern, wobei Sie darauf achten, die Schalen entsprechend zu beschriften. Reinigen Sie die Proben weiter, indem Sie Wurzeln und Blätter mit einer Schere entfernen. Trennen Sie dabei bei Bedarf die Stolons und Rhizome und erfassen Sie zusätzliche Informationen, wie z. B. die Anzahl der Pflanzen, Ackerfräsen und Stolons pro Pflanze.
Legen Sie die Stolons und Rhizome in papierbeschriftete Beutel. Legen Sie die Probe auf ein transparentes Kunststofffach des WinRHIZO-Standard-Scangeräts. Legen Sie die Stolons und Rhizome manuell mit Laborzangen, um Überlappungen zu minimieren.
Große Proben müssen möglicherweise in Unterproben aufgeteilt werden. Legen Sie das Fach auf die Scanneroberfläche, schalten Sie dann den Scanner ein, und starten Sie das Programm. Um weitere Kontrolle in einem gespeicherten Bild zu erhalten, überprüfen Sie das Bild-dpi im Bildmenü, indem Sie den Befehl Bildaufnahmeparameter auswählen.
Überprüfen Sie den Schwellenwert und die Analyse, indem Sie den Befehl Hintergrundunterschied verlesen auswählen, um eine gute Klassifizierung der Pixel der gescannten Organe zu erhalten. Überprüfen Sie, ob die gesamte Trayoberfläche im Menü Bild gescannt wird, indem Sie den Befehl Bildaufnahmeparameter auswählen. Überprüfen Sie nun die Durchmesserklasse, die für die Organverteilung pro Durchmesser im grafiken Bereich über dem gescannten Bild angezeigt wird.
Wählen Sie 20 Gleiche Breitenklassen mit 0,1 Millimeter-Intervallen aus, indem Sie auf den horizontalen Zugriff auf das Diagramm klicken. Diese Funktion ermöglicht den Ausschluss von Daten, die zu Wurzeln oder kleinen Organen gehören, wenn Stolons oder Rhizome nicht perfekt gereinigt wurden. Die Literatur berichtet, dass die meisten Wurzeln von Rasenarten einen Durchmesser von weniger als 0,2 Millimetern haben.
Führen Sie den ersten Beispielscan aus, und überprüfen Sie, ob die Bearbeitung eine gute Analyse ermöglicht. Befolgen Sie die Softwareanweisungen zum Speichern des Bildes. Schließlich verarbeiten Sie die Analyse nach der Softwareoption und beschriften Sie das Bild und die Analyse mit dem Beispieletikett.
Fahren Sie mit dem Scannen aller Proben fort. Um die Messung des Trockengewichts durchzuführen, legen Sie die gescannten Proben in einem geteerten Aluminiumfach auf eine präzise elektronische Waage und zeichnen sie auf. Wiederholen Sie diesen Schritt für alle gescannten Proben.
Fügen Sie alle Proben in eine oft auf 105 Grad Celsius eingestellte und trocknen Sie sie für 24 Stunden. Am nächsten Tag entfernen Sie die Proben und warten Sie, bis sich das Gewebegewicht stabilisiert hat. Dann wiegen Sie alle Proben mit ihrem Tare.
Subtrahieren Sie das Gewicht von dem aufgezeichneten Gewicht, um das Nettogewicht jeder Probe zu erhalten. Gezeigt werden Beispielergebnisse aus einem Feldversuch, in dem die Stolon- und Rhizomlängendichte von vier Bermudagrassorten vom Typ Rasen verglichen wird. Die Stolonlängendichte zwischen den vegetativen Sorten Patriot und Tifway und den Samensorten La Paloma und Yukon in Proben, die im Juli 2014 gesammelt wurden, unterscheidet sich signifikant.
Für die Rhizome weist Patriot die höchste Längendichte auf, gefolgt von Tifway und den gesäten Sorten. Die Entwicklung der Stolonlängendichte der Sorte Patriot während des gesamten Studienzeitraums zeigt einen Anstieg von März 2014 bis Juli 2014 und schwankte nicht von Juli 2014 bis Juli 2015. In Proben, die im Oktober 2013 und März 2014 entnommen wurden, wurden nur wenige Rhizome gefunden.
Die Rhizomlängendichte nimmt im Juli 2014 zu und erreicht die höchsten Werte. Aber sie nimmt im Oktober 2014 wieder ab. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, repräsentative Proben auszuwählen, Stolons und Rhizome vor der Analyse sorgfältig zu reinigen und die Breite der Durchmesserklassen mithilfe von Softwareoptionen auszuwählen, die nur Stolons und Rhizome in die Analyse einbeziehen.
Übersicht
In diesem Artikel wird ein softwarebasiertes Bildanalysesystem vorgestellt, das zur Untersuchung der Morphologie stolontragender und rhizomatischer Arten entwickelt wurde. Das Protokoll ermöglicht die Messung von Stolon- und Rhizomlänge sowie -durchmesser und ist auf Proben mit signifikanter Biomasse anwendbar.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Pflanzenmorphologie
- Bildanalyseverfahren
- Kulturpflanzenwissenschaft
Hintergrund
- Das Verständnis von Wachstum und Morphologie von Stolonen und Rhizomen ist entscheidend für verschiedene Kulturpflanzen.
- Aktuelle Methoden stützen sich hauptsächlich auf Gewichtsmessungen, was die Analyse einschränkt.
- Diese Studie stellt eine Methode vor, die die Messgenauigkeit verbessert.
- Sie konzentriert sich auf Arten wie Rasengräser, Wiesen und Weiden.
Zweck der Studie
- Eine alternative Methode zur Messung der Morphologie von Stolonen und Rhizomen bereitzustellen.
- Die Analyse von Proben mit großer Biomasse zu erleichtern.
- Das Verständnis der Pflanzenwachstumsdynamik zu verbessern.
Verwendete Methoden
- Probenentnahme mit Hilfe von Bodenbohrern oder Rahmen.
- Reinigung der Proben mittels Siebe und Wasserströmen.
- Durchführung der Scans mit der WinRHIZO-Standardausrüstung.
- Bestimmung der Trockenmasse nach dem Trocknen der Proben bei 105 Grad Celsius.
Hauptergebnisse
- Signifikante Unterschiede in der Stolondichtung zwischen verschiedenen Bermudagrass-Sorten.
- Die Sorte Patriot wies die höchste Rhizomdichtung auf.
- Die Stolondichtung nahm im Verlauf der Studie bei der Sorte Patriot zu.
- Die Rhizomdichte variierte saisonal mit Spitzenwerten im Juli.
Schlussfolgerungen
- Die Methode ermöglicht eine präzise Messung von Stolonen und Rhizomen.
- Sie verbessert das Verständnis der Pflanzenmorphologie in Bezug auf die Biomasse.
- Sorgfältige Probenwahl und -reinigung sind entscheidend für eine genaue Analyse.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Eine genaue morphologische Charakterisierung pflanzlicher Strukturen wie Stolonen und Rhizome unterstützt die Zielvalidierung in der Agrarforschung und bei der Entdeckung natürlicher Produkte. Die digitale Bildanalyse ermöglicht die hochdurchsatzfähige Messung struktureller Merkmale und verbessert so die Vorhersagesicherheit in phänotypischen Screening-Verfahren. Dieser Ansatz verringert die Abhängigkeit von manuellen Methoden mit geringem Durchsatz und erhöht die Skalierbarkeit für Studien mit großer Probenanzahl in der frühen Entdeckungsphase.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung von Wachstumsphänotypen, die mit der Produktion bioaktiver Verbindungen in Rasengräsern und Futterpflanzenarten verbunden sind.
- Operativer Wert: Unterstützt die schnelle Quantifizierung von Stolon- und Rhizomlänge sowie -durchmesser in großen Probensätzen.
- Predictiver Wert: Ermöglicht die Korrelation morphologischer Merkmale mit biochemischen Wegen zur Identifizierung von Leitverbindungen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt quantitative Längen- und Durchmesserdaten, die für die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Assays geeignet sind.
- Operativer Wert: Ermöglicht den Ausschluss überflüssiger Pflanzenteile durch Durchmesser-Schwellenwertanalyse und verbessert so die Messspezifität.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Verarbeitung zahlreicher Proben mittels automatisierter Bildanalyse und erhöht dadurch den Probendurchsatz.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Bietet krankheitsrelevante Systemdaten für Gräser, die in Weide- und Futterbausystemen verwendet werden.
- Mechanistische Entlastung: Verbindet strukturelle Entwicklung mit saisonalen Wachstumsmustern und unterstützt dadurch die prädiktive Modellierung.
- Biomarker-Ausrichtung: Ermöglicht die Verfolgung der Ausläufer- und Rhizomdichte als potenzielle phänotypische Indikatoren.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode passt in den Bereich der frühen Entdeckung bis hin zu präklinischen Workflows, da sie quantifizierbare morphologische Ergebnisse liefert, die zur Beurteilung der Zielmolekülverlässlichkeit und zur Analyse von Signalwegen herangezogen werden können.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung bezüglich Wachstumsdynamik und struktureller Entwicklung in pflanzlichen Systemen.
- Screening: Ermöglicht reproduzierbare, quantitative Messungen zur verlässlichen Bewertung von Verbindungen oder Bedingungen.
- Analytik: Liefert Gesamtlänge, mittlere Durchmesser und Trockenmasse, wodurch multivariate Analysen ermöglicht werden.
- Translationale Forschung: Verknüpft morphologische Daten mit saisonalen Schwankungen und Sortenunterschieden für prädiktive Modellierung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Etabliert ein standardisiertes Bildgebungsprotokoll, das auf verschiedene Grasarten und Probentypen anwendbar ist.
Operationelle und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei Assoziationen von Merkmalen und Phänotypen durch präzise Morphometrie.
- Operativer Wert: Verringert den Arbeitsaufwand und menschliche Fehler bei manuellen Längen- und Durchmesserbestimmungen.
- Strategischer Wert: Ermöglicht datengestützte Go/No-Go-Entscheidungen in frühen Phasen von Naturstoffprogrammen.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung basierend auf der Konsistenz struktureller Merkmale über verschiedene Kultivare hinweg.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Pflanzenprobenpräparation und im Umgang mit Bildanalyse-Software.
- Setzt Zugang zu Scanausrüstung wie WinRHIZO und kontrollierten Beleuchtungsbedingungen voraus.
- Erfordert standardisierte Reinigungsprotokolle, um Wurzeln und Blätter zu entfernen, die die Analyse beeinträchtigen könnten.
- Erfordert die Optimierung der Durchmesserklasseinstellungen, um Artefakte mit kleinem Durchmesser auszuschließen.
- Auf Proben beschränkt, die ohne Überlappung auf transparenten Schalen ausgebreitet werden können, um eine genaue Erfassung zu gewährleisten.
