Mehrgleisige Phänotypisierungsansätze zur Charakterisierung von Zuckerrohrwurzelsystemen

Als primärer Wasser- und Nährstoffleiter sind Wurzeln unverzichtbar für Wachstum und Entwicklung. Ein gründliches Verständnis des Wurzelsystems ist für Zuckerrohr wichtig, da es ein Jahr dauert, bis sein Lebenszyklus abgeschlossen ist. Der ganzheitliche Ansatz integriert hier die praktikablen Plattformen für die Phänotypisierung, was dazu beitragen wird, das Wissen über Zuckerrohrwurzelsysteme und ihre Reaktionen auf die Arbeitsbedingungen zu erweitern.

Diese Methode ist spezifisch für die Zuckerrohrkultur, da sie ein einzigartiges Wurzelsystem als eine lange Pflanze hat. Mit geringfügigen Modifikationen kann diese Methode jedoch auch auf andere Kulturen übertragen werden. Ziehen Sie zunächst die kommerziellen Zuckerrohrhybriden oder -sorten auf dem Feld auf, indem Sie zwei konifizierte Sets verwenden, die in einem Reihenabstand von 120 Zentimetern und 90 Zentimetern innerhalb der Reihen gepflanzt werden.

Befolgen Sie das empfohlene Maßnahmenpaket, um eine gute Etablierung und ein gutes Wachstum der Pflanzen zu gewährleisten. Am Ende der Reifephase setzen Sie einen Bagger ein, um einen Graben von 1,5 Metern Tiefe und 1,0 Metern Breite auf dem Feld auszuheben. Befreien Sie die Wurzelzonen von der Erde, ohne die Wurzeln durch kontinuierliches Wasserstrahlen zu beschädigen.

Sobald sich der anhaftende Boden durch das Spritzen lockert, entwurzeln Sie das Rohr zusammen mit dem Wurzelsystem und bringen Sie es ins Labor, um die Wachstumsparameter manuell zu messen, nämlich die Anzahl der Wurzeln, die Wurzellänge, das Volumen und das Gewicht. Verwenden Sie einen zylindrischen Wurzelkernprobenehmer mit einer Höhe von 61 Zentimetern, einem Durchmesser von 16 Zentimetern, einem Gewicht von acht Kilogramm, der aus Baustahl oder MS-Material hergestellt wurde, für die Probenahme von Zuckerrohrwurzeln im Feld. Er ist mit einer scharfen Kante an der Unterseite für ein leichtes Eindringen versehen und hat oben Manschetten mit einem Durchmesser von drei Zentimetern, um den Probenehmer anzuheben.

In der Reifephase der kommerziellen Zuckerrohrernte befestigen Sie die Oberkante des Probenehmers an der Primärrutsche oder dem Zuckerrohr und hämmern Sie kontinuierlich, um die gewünschte Bodentiefe von 45 Zentimetern zu erreichen. Heben Sie dann die gesamte Erdmasse in den Probenehmer und waschen Sie sie vorsichtig unter fließendem Wasser, um die anhaftenden Wurzeln zu trennen. Messen Sie die physikalischen Parameter der Pflanze, wie z.B. Pflanzenhöhe und Blattfläche, im Labor.

Verteilen Sie dann die Wurzeln auf transparenten Schalen, um die entsprechenden digitalisierten Bilder mit der Software zu scannen und zu analysieren. Konstruktion einer Wurzelphänotypisierungsstruktur, die aus drei benachbarten Kompartimenten von 4,5 mal 10,1 Metern besteht, um die Zuckerrohrwurzeln zu beproben. Vorkehrungen für eine manuelle Demontage der Seitenwände, um das unterirdische Wurzelsystem bis zu einer Tiefe von 80 bis 100 Zentimetern freizulegen.

Füllen und verdichten Sie die Struktur mit Felderde, lassen Sie einen Kopfabstand von etwa 20 Zentimetern und verfügen Sie über ausreichende Drainagelöcher, um die Bodenbelüftung zu erleichtern. Salbe die Knospenchips von Keimplasma-Klonen, die aus Saccharum officinarum, Saccharum spontaneum, Saccharum barberri, Saccharum sinense und Saccharum robustum bestehen. Lassen Sie sie 30 Tage lang in einer Schale keimen, die aus Bewurzelungsmedien besteht.

Nach 30 Tagen Keimung verpflanzen Sie die gleichmäßigen und gesunden Setzungen in die Struktur in den Reihen mit einem Abstand von 90 Zentimetern und 60 Zentimetern Abstand innerhalb der Reihen. Befolgen Sie die empfohlenen POP-Werte, um eine gute Etablierung und ein gutes Wachstum der Pflanzen zu gewährleisten. Während der Entstehungsphase von 60 bis 120 Tagen nach der Pflanzung und der großen Wachstumsphase von 120 bis 150 Tagen nach der Pflanzung entfernen Sie manuell die Seitenwände aus den Fertigteilplatten, bevor Sie den Wasserstrahl kontinuierlich besprühen, um die Wurzeln freizulegen.

Entwurzeln Sie das gesamte Wurzelsystem und bringen Sie es ins Labor, um die physikalischen Parameter zu messen. Verteilen Sie dann die Wurzeln auf durchsichtige Schalen, um die entsprechenden digitalisierten Bilder in Software zu scannen und zu analysieren. Um die Biologie der Rhizosphäre und die feineren Details der Wurzelbiologie zu untersuchen, stellen Sie ein hauseigenes Hydrokultursystem in einem umweltkontrollierten Gewächshaus her, das das Wachstum von Zuckerrohr fördert.

In den 20 x 20 x 50 Zentimeter großen Becken mit Aquarienpumpen zur Belüftung fügen Sie etwa 15 Liter modifizierte Hoagland's Nährlösung hinzu. Verkaufen Sie die Knospenchips von Zuckerrohrsorten und Saccharum-Klonen und lassen Sie sie 30 Tage lang in den pro Schale keimen, die aus kompostiertem Kernmark bestehen, bevor Sie die gleichmäßigen und gesunden Setzungen in hydroponischen Tanks mit der Häufigkeit von drei Absetzvorgängen pro Tank umpflanzen. Nach 60 Tagen, wenn die Keimphase endet, tauchen Sie die Wurzeln intakter Pflanzen vier Stunden lang in 50 Milliliter steriles doppelt destilliertes Wasser oder Fallenlösung und sammeln Sie die Wurzelausscheidungen während der maximalen photosynthetischen Aktivität.

Beurteilen Sie die Aktivität der Enzyme, der Peroxidase und der Superoxiddismutase sowie den Gesamtphenolgehalt im dritten Monat gemäß dem Standardprotokoll. Beurteilen Sie schließlich die Reaktion auf eine Wurzelverletzung, indem Sie mit einer sterilen chirurgischen Klinge einen Längsschnitt in die Primärwurzel bis zur Wurzelspitze einfügen und die Veränderungen regelmäßig überwachen. In der Wurzelphänotypisierung zeigten die längeren Wurzeln von CO 62175 ein überlegenes Wurzelsystem in Bezug auf die kumulative Wurzellänge, die Wurzeloberfläche, das Wurzelvolumen und den durchschnittlichen Wurzeldurchmesser.

Saccharum-Arten zeigten während der Entstehungsphase signifikante Variationen in den morphologischen Merkmalen. Saccharum spontaneous hatte die höchste kumulative Wurzellänge pro Büschel, während Saccharum sinense die niedrigste aufwies. Saccharum spontaneum wies die höchste Wurzeloberfläche, das Trockengewicht der Wurzel, das Wurzelvolumen und das Verhältnis von Wurzel zu Spross auf.

Saccharum robustum wies das höchste Wurzelvolumen und den größten Wurzeldurchmesser auf. Anatomische Studien zeigten, dass lange Wurzelhaare schlerenchymidis exodermis reduzierte kortikale Zellschichten, erhöhte kortikale Oerinchma und eine erhöhte Stahlfläche und Xylemgefäßzahl mit großem Durchmesser unter Dürrebedingungen von Vorteil waren, während unter Staunässe ein erhöhter Wurzeldurchmesser und eine größere kortikale Zellfläche mit vermehrten Aerenchymidiszellen beobachtet wurden. Saccharum robustum zeigte die höchste Gesamtcarboxylat-Exsudation, während die niedrigste Exsudation in Saccharum spontaneum verzeichnet wurde.

Bei Zuckerrohrsorten wurde ein signifikanter Unterschied in der Dichte der Wurzelhaare mit Variationen in Form und Pigmentierung der Wurzelkappe beobachtet. Die höchste Peroxidaseaktivität und der höchste Gesamtphenolgehalt waren in C086032 vorhanden, die niedrigsten in C062175. Während der Verjüngungsstudien zeigte Cox 671 das Auftreten von Sekundärwurzeln nach drei Tagen und Co-06022 10 Tage mit Symptomen der Seneszenz am dritten Tag.

Wir müssen Vorsicht walten lassen, wenn wir die Ergebnisse des individuellen Protokolls unterbrechen. Eine Institutsuntersuchung des Wurzelsystems ist ideal für Zuckerrohr, aber Kontrollplattformen können für spezielle Zwecke nützlich sein. Das Verständnis verschiedener Aspekte des Wurzelphänotyps ist für die Freisetzung der Zuckerrohrsorten unerlässlich.

Die Automatisierung der Techniken und die Integration von Big-Data-Analysen oder künstlicher Intelligenz zur Interpretation der Ergebnisse würde unsere Expertise in diesem Bereich erweitern. Die Ergebnisse bei der Charakterisierung von Wurzelsystemmerkmalen unter normalen und periodischen Stresssituationen haben den Weg für explorative Forschungsbereiche wie Wurzelplastizität, Strahlungsnährstoffe und miotische Stressfaktoren geebnet.