Enfoques de fenotipado múltiple para caracterizar los sistemas radiculares de la caña de azúcar

Como conductor principal de agua y nutrientes, las raíces son indispensables para el crecimiento y el desarrollo. Una comprensión profunda del sistema radicular es importante para la caña de azúcar, ya que tarda un año en completar su ciclo de vida. El enfoque holístico aquí integra las plataformas viables para el fenotipado, y esto beneficiará el avance en el conocimiento de los sistemas radiculares de la caña de azúcar y sus respuestas para abordar las condiciones de trabajo.

Esta metodología es específica para el cultivo de caña de azúcar, ya que tiene un sistema radicular único como cultivo largo. Sin embargo, con pequeñas modificaciones, este método puede adaptarse a otros cultivos. Para comenzar, cultive los híbridos o variedades comerciales de caña de azúcar en el campo utilizando dos conjuntos a tope plantados a un espacio entre hileras de 120 centímetros y 90 centímetros dentro de las hileras.

Siga el paquete de prácticas recomendado para garantizar un buen establecimiento y crecimiento de los cultivos. Al final de la fase de madurez, emplee una excavadora para cavar una zanja de 1,5 metros de profundidad y 1,0 metros de ancho en el campo. Limpie la tierra de las zonas de las raíces sin dañar las raíces con chorros de agua continuos.

Una vez que el suelo adherido se afloje debido al chorro, arranque la caña junto con el sistema radicular y llévela al laboratorio para la medición manual de los parámetros de crecimiento, es decir, el número de raíces, la longitud de la raíz, el volumen y el peso. Utilice un muestreador cilíndrico de 61 centímetros de altura, 16 centímetros de diámetro, con un peso de ocho kilogramos y fabricado con acero dulce o material MS para el muestreo de raíces de caña de azúcar en el campo. Está provisto de un borde afilado en la parte inferior para facilitar la penetración y tiene collares de tres centímetros de diámetro en la parte superior para levantar el muestreador.

En la fase de madurez del cultivo comercial de caña de azúcar, sujete el borde superior del muestreador al conducto primario o caña y martille continuamente para alcanzar la profundidad deseada del suelo de 45 centímetros. Luego levante toda la masa de tierra en el muestreador y lávela cuidadosamente con agua corriente para separar las raíces adheridas. Mida los parámetros físicos de la planta, como la altura de la planta y el área foliar en el laboratorio.

A continuación, extienda las raíces en bandejas transparentes para escanear y analizar las imágenes digitalizadas correspondientes utilizando el software. Construir una estructura de fenotipado de raíces que comprenda tres compartimentos adyacentes de 4,5 metros por 10,1 metros para muestrear las raíces de la caña de azúcar. Prevea el desmantelamiento manual de las paredes laterales para revelar el sistema de raíces subterráneas hasta una profundidad de 80 a 100 centímetros.

Rellene y compacte la estructura con tierra de campo, dejando un espacio libre de alrededor de 20 centímetros y con orificios de drenaje adecuados para facilitar la aireación del suelo. Enmaleta las virutas de yemas de clones de germoplasma que comprenden saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense y saccharum robustum. Déjelos germinar durante 30 días en bandejas por enraizamiento.

Después de 30 días de germinación, trasplante los asentamientos uniformes y saludables a la estructura en las filas con un espacio de 90 centímetros y 60 centímetros de distancia dentro de las filas. Siga el POP recomendado para garantizar un buen establecimiento y crecimiento del cultivo. Durante la fase formativa de 60 a 120 días después de la siembra y la fase de gran crecimiento de 120 a 150 días después de la siembra, retire manualmente las paredes laterales hechas de losas prefabricadas antes de rociar continuamente el chorro de agua para exponer las raíces.

Arrancar todo el sistema radicular y transferirlo al laboratorio para medir los parámetros físicos. A continuación, extienda las raíces en bandejas transparentes para escanear y analizar las imágenes digitalizadas correspondientes en el software. Para estudiar la biología de la rizosfera y los detalles más finos de la biología de las raíces, fabrique un sistema hidropónico interno en un invernadero controlado por un ambiente propicio para el crecimiento de la caña de azúcar.

En los tanques de dimensiones de 20 por 20 por 50 centímetros con bombas de acuario para aireación, agregue alrededor de 15 litros de solución nutritiva de Hoagland modificada. Venda las astillas de yemas de variedades de caña de azúcar y clones de especies de saccharum y déjelas germinar durante 30 días en las bandejas perforadas, que comprenden médula de núcleo compostada antes de trasplantar los sedimentos uniformes y saludables a tanques hidropónicos con una frecuencia de tres asentamientos por tanque. Después de 60 días, cuando finalice la fase de germinación, sumerja las raíces de las plantas intactas en 50 mililitros de agua destilada doble estéril o solución trampa durante cuatro horas, y recoja los exudados de las raíces durante la actividad fotosintética máxima.

Evaluar la actividad de las enzimas, la peroxidasa y la superóxido dismutasa y el contenido fenólico total en el tercer mes de acuerdo con el protocolo estándar. Finalmente, evalúe la respuesta a la lesión radicular infligiendo un corte longitudinal en la raíz primaria hasta la punta de la raíz con una cuchilla quirúrgica estéril y controle los cambios periódicamente. En el fenotipado de raíces, las raíces más largas de CO 62175 demostraron un sistema de raíces superior para la longitud acumulada de la raíz, el área de la superficie de la raíz, el volumen de la raíz y el diámetro promedio de la raíz.

Las especies de Saccharum mostraron variaciones significativas en los rasgos morfológicos durante la fase formativa. Saccharum spontaneous tuvo la mayor longitud de raíz acumulada por grupo, mientras que saccharum sinense mostró la más baja. Saccharum spontaneum mostró la mayor superficie radicular, peso seco radicular, volumen radicular y la relación raíz-brote.

Saccharum robustum mostró el mayor volumen y diámetro radicular. Los estudios anatómicos revelaron que la exodermis de Schlerenchymidis de pelo largo de raíz reducida de capas de células corticales, aumento de la oerincma cortical y aumento del área de acero y el número de vasos del xilema con gran diámetro fueron beneficiosos en condiciones de sequía, mientras que bajo estrés de anegamiento, se observó un aumento del diámetro de la raíz y un área de células corticales más alta con aumento de células de aerénquimidis. Saccharum robustum mostró la mayor exudación total de carboxilato, mientras que la menor exudación se registró en saccharum spontaneum.

En las variedades de caña de azúcar, se observó una diferencia significativa en la densidad del pelo radicular con variación en la forma y pigmentación del sombrero radicular. La mayor actividad peroxidasa y el contenido fenólico total estuvieron presentes en C086032 y los más bajos en C062175. Durante los estudios de rejuvenecimiento, Cox 671 mostró la aparición de raíces secundarias en tres días y Co-06022 tardó 10 días con síntomas de senescencia en el tercer día.

Debemos tener precaución al interrumpir los resultados obtenidos del protocolo individual. Un estudio de instituto del sistema radicular es ideal para la caña de azúcar, pero las plataformas de control pueden ser útiles para fines especializados. Comprender varios aspectos del fenotipo de la raíz es esencial para liberar las variedades de caña de azúcar.

La automatización de las técnicas y la integración de análisis de big data o inteligencia artificial para interpretar los resultados ampliaría nuestra experiencia en el campo. De los resultados, en la caracterización de los rasgos del sistema radicular en situaciones de estrés normales y periódicas, se ha allanado el camino para áreas de investigación exploratoria como la plasticidad radicular, los nutrientes radiantes y el estrés miótico.