Medición de estolones y rizomas de céspedes mediante un sistema de análisis de imagen Digital
19 de febrero de 2019
Un sistema de análisis de imágenes basada en software proporciona un método alternativo para estudiar la morfología de la especie estolonífera y rizomatosa. Este protocolo permite la medición de la longitud y diámetro de estolones y rizomas y puede aplicarse a muestras con una gran cantidad de biomasa y una gran variedad de especies.
Este método puede responder preguntas clave en el crecimiento y morfología de estolones y rizomas de diferentes cultivos como pastos de césped, prados y pastos. La principal ventaja de esta técnica es que la longitud del estolón y del rizoma se puede medir en muestras con una gran cantidad de biomasa para las que el peso es el único parámetro utilizado actualmente. Recoger muestras utilizando un tomamuestras de núcleo de suelo.
Incluya la biomasa del suelo y una capa de suelo con una profundidad adecuada, dependiendo de las especies para asegurar la recolección de estolones y rizomas. Alternativamente, defina el área de superficie para recoger con un marco y recoja las muestras con una pala. Etiquete cada muestra con cinta de laboratorio.
Para limpiar las muestras de biomasa, coloque la muestra en un tamiz grande con aberturas de 0,5 a 1,5 milímetros, dependiendo del tamaño de estolón o rizoma. Las aberturas deben ser lo suficientemente pequeñas como para retener todos los estolones y rizomas, pero lo suficientemente grandes como para permitir que las partículas del suelo sean eliminadas. Limpie las muestras con una corriente de agua con suficiente potencia para eliminar las partículas del suelo sin dañar las plantas.
Recuperar las muestras limpias y colocarlas en una bandeja con toallas de papel, teniendo cuidado de etiquetar las bandejas adecuadamente. Limpie aún más las muestras eliminando raíces y hojas con tijeras. Durante este proceso, separe los estolones y rizomas si es necesario y registre información adicional, como el número de plantas, labradores y estolones por planta.
Coloque los estolones y rizomas en bolsas con etiquetas en papel. Coloque la muestra en una bandeja de plástico transparente del equipo de escaneo estándar WinRHIZO. Coloque manualmente los estolones y rizomas utilizando fórceps de laboratorio para minimizar la superposición.
Es posible que sea necesario dividir muestras grandes en subsondas. Coloque la bandeja en la superficie del escáner, luego encienda el escáner y comience a ejecutar el programa. Para un mayor control en una imagen guardada, compruebe el ppp de la imagen en el menú Imagen selección del comando Parámetro de adquisición de imagen.
Para una buena clasificación de los píxeles que pertenecen a los órganos escaneados, compruebe el umbral y el análisis seleccionando el comando Distinción de fondo raíz. Compruebe que toda la superficie de la bandeja se escaneará en el menú Imagen seleccionando el comando Parámetro de adquisición de imagen. Ahora, compruebe la clase de diámetro mostrada para la distribución de órganos por diámetro en el área gráfica por encima de la imagen escaneada.
Seleccione 20 clases de ancho igual con intervalos de 0,1 milímetros haciendo clic en el acceso horizontal del gráfico. Esta función permite la exclusión de datos pertenecientes a raíces u órganos pequeños cuando los estolones o rizomas no se limpiaban perfectamente. La literatura informa que la mayoría de las raíces de las especies de césped tienen un diámetro inferior a 0,2 milímetros.
Ejecute el primer análisis de muestra y compruebe que la edición permite un buen análisis. Siga las instrucciones del software para guardar la imagen. Por último, procese el análisis siguiente de la opción de software y etiquete la imagen y el análisis con la etiqueta de muestra.
Continúe con el escaneo de todas las muestras. Para realizar la medición del peso seco, coloque las muestras escaneadas en una bandeja de aluminio tarado en un balance electrónico preciso y registre su tara. Repita este paso para todas las muestras escaneadas.
Inserte todas las muestras en un conjunto a menudo a 105 grados Celsius y séquelos durante 24 horas. Al día siguiente, retire las muestras y espere hasta que el peso del tejido se haya estabilizado. Luego, pesa todas las muestras con su tara.
Restar la tara del peso registrado para obtener el peso neto de cada muestra. Ejemplo de resultados de un ensayo de campo que compara la densidad de longitud de estolón y rizoma de cuatro cultivares de hierba de Bermudas tipo césped. Hay una diferencia significativa en la densidad de longitud de estololon entre los cultivares vegetativos Patriot y Tifway, y los cultivares de semillas La Paloma y Yukon en muestras recogidas en julio de 2014.
Para los rizomas, Patriot muestra la densidad de longitud más alta, seguido de Tifway, y los cultivares de semillas. El desarrollo de la densidad de longitud de estololon de cultivar Patriot a lo largo del período de estudio muestra un aumento de marzo de 2014 a julio de 2014 y no variaba de julio de 2014 a julio de 2015. Pocos rizomas fueron encontrados en muestras recogidas en octubre de 2013 y marzo de 2014.
La densidad de la longitud del rizoma aumenta en julio de 2014, alcanzando los valores más altos. Pero vuelve a disminuir en octubre de 2014. Al intentar este procedimiento, es importante recordar seleccionar muestras representativas, limpiar meticulosamente estolones y rizomas antes del análisis, y seleccionar el ancho de las clases de diámetro utilizando opciones de software para incluir sólo estolones y rizomas en el análisis.
Descripción general
Este artículo presenta un sistema de análisis de imágenes basado en software diseñado para estudiar la morfología de especies estoloníferas y rizomatosas. El protocolo permite la medición de la longitud y el diámetro de estolones y rizomas, aplicable a muestras con biomasa significativa.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Morfología vegetal
- Técnicas de análisis de imágenes
- Ciencia de los cultivos
Antecedentes
- Comprender el crecimiento y la morfología de los estolones y rizomas es fundamental para diversas especies cultivadas.
- Los métodos actuales dependen principalmente de mediciones de peso, lo que limita el análisis.
- Este estudio presenta un método que mejora la precisión de las mediciones.
- Se centra en especies como céspedes, praderas y pastizales.
Objetivo del estudio
- Proporcionar un método alternativo para medir la morfología de estolones y rizomas.
- Facilitar el análisis de muestras con gran biomasa.
- Mejorar la comprensión de la dinámica del crecimiento vegetal.
Métodos Utilizados
- Recolección de muestras utilizando muestreadores de núcleo de suelo o marcos.
- Limpieza de muestras utilizando tamices y chorros de agua.
- Escaneo de muestras con equipo estándar WinRHIZO.
- Medición del peso seco tras secar las muestras a 105 grados Celsius.
Resultados Principales
- Diferencias significativas en la densidad de longitud de estolones entre diferentes cultivares de césped Bermuda.
- El cultivar Patriot mostró la mayor densidad de longitud de rizomas.
- La densidad de longitud de estolones aumentó durante el período de estudio para el cultivar Patriot.
- La densidad de rizomas varió estacionalmente, con picos en julio.
Conclusiones
- El método permite la medición precisa de estolones y rizomas.
- Mejora la comprensión de la morfología vegetal en relación con la biomasa.
- La selección cuidadosa de muestras y la limpieza son fundamentales para un análisis preciso.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La caracterización morfológica precisa de estructuras vegetales como estolones y rizomas apoya la validación de objetivos en agrociencia y el descubrimiento de productos naturales. El análisis digital de imágenes permite la medición de alto rendimiento de rasgos estructurales, mejorando la confianza predictiva en los flujos de trabajo de cribado fenotípico. Este enfoque reduce la dependencia de métodos manuales de bajo rendimiento, mejorando la escalabilidad para estudios con grandes muestras en las fases iniciales del descubrimiento.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la investigación de fenotipos de crecimiento relacionados con la producción de compuestos bioactivos en céspedes y especies forrajeras.
- Valor operativo: Facilita la cuantificación rápida de la longitud y el diámetro de estolones y rizomas en conjuntos grandes de muestras.
- Valor predictivo: Posibilita la correlación de rasgos morfológicos con rutas bioquímicas para la identificación de candidatos prometedores.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Valor científico: Genera datos cuantitativos de longitud y diámetro adecuados para la estandarización y reproducibilidad de ensayos.
- Valor operativo: Permite excluir partes vegetales extrañas mediante umbralización del diámetro, mejorando la especificidad de las mediciones.
- Escalabilidad: Permite procesar numerosas muestras mediante análisis automatizado de imágenes, aumentando el rendimiento.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Continuidad Translacional: Proporciona datos del sistema relevantes para enfermedades en gramíneas utilizadas en sistemas de forraje y pastoreo.
- Reducción Mecanicista de Riesgos: Relaciona el desarrollo estructural con los patrones de crecimiento estacional, apoyando la modelización predictiva.
- Alineación de Biomarcadores: Permite el seguimiento de la densidad de estolones y rizomas como posibles indicadores fenotípicos.
Integración de la tubería y del flujo de trabajo
El método se integra en flujos de trabajo de descubrimiento temprano a preclínico al proporcionar resultados morfológicos cuantificables que informan sobre la confianza en el blanco y el análisis de vías.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre la dinámica de crecimiento y el desarrollo estructural en sistemas basados en plantas.
- Selección: Proporciona mediciones cuantitativas reproducibles que permiten comparaciones fiables entre compuestos o condiciones.
- Análisis: Genera datos de longitud total, diámetro promedio y peso seco, facilitando el análisis multivariado.
- Investigación Traducional: Relaciona los datos morfológicos con las variaciones estacionales y las diferencias entre cultivares para la modelización predictiva.
- Reutilización Empresarial: Establece un protocolo de imagen estandarizado aplicable a diferentes especies de gramíneas y tipos de muestras.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en las asociaciones entre rasgos y fenotipos mediante morfometría precisa.
- Valor operativo: Reduce la intensidad de mano de obra y los errores humanos en las mediciones manuales de longitud y diámetro.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones basadas en datos de avance o detención en programas tempranos de productos naturales.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo basada en la consistencia de los rasgos estructurales entre cultivares.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la preparación de muestras vegetales y en el manejo de software de análisis de imágenes.
- Depende del acceso a equipos de escaneo como WinRHIZO y a entornos con iluminación controlada.
- Necesita protocolos estandarizados de limpieza para eliminar raíces y hojas que podrían interferir en el análisis.
- Requiere optimización de los ajustes de clases de diámetro para excluir artefactos de pequeño diámetro.
- Se limita a muestras que puedan distribuirse sin superposición sobre bandejas transparentes para un escaneo preciso.
