La caracterización de los rasgos del sistema radicular es una de las áreas de investigación que aún está en pañales, particularmente en la caña de azúcar. La integración de múltiples enfoques para el fenotipo preciso de las raíces de la caña de azúcar conduce a resultados integrales y holísticos, lo que permite la utilización de rasgos y mecanismos identificados para el mejoramiento convencional y molecular.
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Artículo de método
Enfoques de fenotipado múltiple para caracterizar los sistemas radiculares de la caña de azúcar
En este artículo
Resumen
Resumen
Las raíces son los principales conductores de agua y nutrientes y desempeñan un papel vital en el mantenimiento del crecimiento y el rendimiento en entornos estresantes. El estudio de las raíces de las plantas plantea dificultades metodológicas en la evaluación y el muestreo in situ , lo que es especialmente cierto para la caña de azúcar (Saccharum spp.). Los métodos tradicionales durante la década de 1920 documentaron la variación genotípica en los sistemas de raíces de la caña de azúcar, después de lo cual se informaron pocos estudios sobre los rasgos de la raíz de la caña de azúcar per se hasta hace poco. Además de la morfología, las características de la rizosfera, incluidos los efectos alelopáticos y/o la afinidad por la simbiosis microbiana, determinan el establecimiento y la supervivencia de las plantas.
En última instancia, los sistemas radiculares definen la productividad aérea de la caña de azúcar. Con el ímpetu de las variedades resistentes al clima, se está volviendo más relevante explorar y utilizar la variabilidad en los rasgos del sistema radicular de la caña de azúcar. Este artículo describe enfoques múltiples para el fenotipado de raíces de caña de azúcar, incluida la excavación de campo mediante muestreo en zanjas, el uso de un muestreador de núcleos de raíces, plataformas elevadas para el muestreo de raíces y el cultivo de plantas bajo cultivo hidropónico, empleados por un equipo de científicos del Consejo Indio de Investigación Agrícola-Instituto de Mejoramiento de Caña de Azúcar (ICAR-SBI).
La excavación de campo mediante muestreo de zanjas es imprescindible para evaluar las raíces de las plantas en su entorno de crecimiento natural. El uso de plataformas elevadas que simulan las condiciones del campo y un muestreador de núcleos de raíces son enfoques alternativos, con una reducción considerable del tiempo, un tamaño de muestra uniforme y una menor pérdida de material radicular. El cultivo hidropónico de plantas permite el estudio de la morfología, las características anatómicas y la biología de la rizosfera, incluida la exudación de compuestos orgánicos y las interacciones microbianas. Los datos generados a partir de diferentes experimentos utilizando diversos métodos de muestreo se suman a la gran cantidad de información sobre las características del sistema radicular de la caña de azúcar.
Introducción
La caña de azúcar (Saccharum spp.), una importante fuente de alimento y bioenergía, es un importante cultivo industrial adecuado para el cultivo en muchos países con condiciones climáticas tropicales y subtropicales. Debido a la vía fotosintética C4 para la asimilación de carbono, la caña de azúcar es altamente productiva y utiliza eficientemente insumos agrícolas como el agua y los fertilizantes. El procesamiento poscosecha de la caña de azúcar produce productos económicamente valiosos como el azúcar y el azúcar moreno, junto con sus subproductos: melaza, etanol y energía. La caña de azúcar es producida por casi 1....
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Protocolo
1. Excavación de campo por muestreo de zanjas
- Cultivar híbridos comerciales de caña de azúcar (en lo sucesivo denominados "variedades") en el campo a partir de esquejes de dos yemas plantados con una separación entre hileras de 120 cm, con 90 cm dentro de las hileras, siguiendo el paquete de prácticas recomendadas (COP) para asegurar un buen establecimiento y crecimiento de los cultivos.
- Al final de la fase de madurez del cultivo, emplee una excavadora para cavar una zanja (1,5 m de profundidad y 1,0 m de ancho) en el campo. A través de un chorro de agua continuo, asegúrese de que los suelos de las zonas de raíces se limpien sin ....
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Resultados
Variación en los rasgos morfológicos de la raíz de las variedades de caña de azúcar
En la Figura 5A, B se presentan imágenes representativas del sistema radicular en Co 62175, excavadas en el campo mediante muestreo en zanjas y cultivadas en una configuración hidropónica. Se observaron raíces largas (~100 cm) en las variedades Co 62175 y Co 99006, mientras que Co 99006 registró el mayor peso de raíz (127 g·chug-1). Los rasgos de la raíz se regi.......
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Discusión
Los sistemas radiculares definen la productividad aérea de la caña de azúcar, por lo que es necesario explorar y comprender a fondo todas sus facetas para el desarrollo de variedades resistentes al clima. Un equipo de científicos del ICAR-SBI, compuesto por fisiólogos de plantas, un microbiólogo, un ingeniero agrónomo, un bioquímico y fitomejoradores, empleó enfoques múltiples para el fenotipado de las raíces de la caña de azúcar, incluida la excavación de campo mediante muestreo de zanj.......
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Divulgaciones
Todos los autores declaran que no existen conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores reconocen la infraestructura y el apoyo brindados por el Director del Instituto de Mejoramiento de la Caña de Azúcar del ICAR, Coimbatore, para establecer instalaciones de fenotipado de raíces para la caña de azúcar. Se reconoce debidamente la financiación proporcionada por la Junta de Investigación en Ciencia e Ingeniería, Departamento de Ciencia y Tecnología del Gobierno de la India, en forma de Premio a la Investigación Temprana de la Carrera Profesional a KV (ECR/2017/000738). Los autores agradecen a Brindha, Karpagam, Rajesh, Sivaraj y Amburose por su ayuda en la generación de datos de manera meticulosa.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Bomba de aireación con accesorios para tuberías | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para el cultivo hidropónico de caña de azúcar |
| Ácido bórico | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 80266 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Nitrato de calcio | Central Drug House, India | 27606 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Médula de coco compostada | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para germinar los asentamientos de caña de azúcar |
| Sulfato cúprico | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 38869 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| DEAE-celulosa | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 10529 | resina de intercambio aniónico para el procesamiento de exudados radiculares |
| EDTA-sal monosódica férrica | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 59389 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Estiércol de granja | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para germinar los asentamientos de caña de azúcar |
| Tanques de vidrio | Fabricado internamente | NA | Utilizado para el cultivo hidropónico de caña de azúcar |
| HPLC | Tecnologías Agilent | 1200 Infinito | Cuantificación de ácidos orgánicos en exudados radiculares |
| Sulfato de magnesio | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 29117 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Cloruro de manganeso | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 75113 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Ácido molibdico | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 49664 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Dihidrogenofosfato de potasio | Central Drug House, India | 29608 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Nitrato de potasio | Central Drug House, India | 29638 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
| Protrays | Fabricado internamente | NA | Utilizado para germinar los asentamientos de caña de azúcar |
| Suelo rojo | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para germinar los asentamientos de caña de azúcar |
| Muestreador de núcleo raíz | Fabricado internamente | NA | Se utiliza para el muestreo de raíces in situ |
| Arena | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para germinar los asentamientos de caña de azúcar |
| Seralita-120 | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 14891 | Resina de intercambio catiónico para el procesamiento de exudados radiculares |
| Marco de soporte | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para el cultivo hidropónico de caña de azúcar |
| Motobomba de agua | Comprado de fuentes locales | NA | Utilizado para el cultivo hidropónico de caña de azúcar |
| Papel de filtro Whatman grado 1 | Científico universal | 1001090 | Procesamiento de exudados radiculares |
| WinRhizo PRO (software) | Regent Instruments Inc., Canadá | STD4800 | Escáner de raíces bidimensional con software para el análisis de raíces |
| Sulfato de zinc | Laboratorios de Investigación Sisco, India | 76455 | Preparación de la solución de Hoagland modificada |
Referencias
- 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).
- Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
- Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J.
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Reimpresiones y permisos
