אפיון תכונות מערכת השורשים הוא אחד מתחומי המחקר שעדיין בחיתוליו, במיוחד בקנה סוכר. שילוב גישות מרובות לשורשי קנה סוכר פנוטיפיים מדויקים מוביל לתוצאות מקיפות והוליסטיות, המאפשרות ניצול תכונות ומנגנונים מזוהים לגידול קונבנציונלי ומולקולרי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
גישות פנוטיפ רב-כיווניות לאפיון מערכות שורשי קנה סוכר
במאמר זה
סיכום
תקציר
שורשים הם המוליכים העיקריים של מים וחומרים מזינים וממלאים תפקיד חיוני בשמירה על צמיחה ויבול בסביבות מלחיצות. חקר שורשי הצמחים מציב קשיים מתודולוגיים בהערכה ודגימה באתרם , מה שנכון במיוחד עבור קנה סוכר (Saccharum spp). שיטות מסורתיות במהלך שנות ה-20 של המאה ה-20 תיעדו את השונות הגנוטיפית במערכות שורשי קנה הסוכר, ולאחר מכן דווחו מעט מחקרים על תכונות שורש קנה הסוכר כשלעצמן עד לאחרונה. בנוסף למורפולוגיה, מאפייני הריזוספרה, כולל השפעות אללופתית ו/או זיקה לסימביוזה מיקרוביאלית, קובעים את התבססות הצמח והישרדותו.
בסופו של דבר, מערכות שורשים מגדירות את התפוקה מעל הקרקע של קנה סוכר. עם הדחף לזנים עמידים לאקלים, זה הופך להיות רלוונטי יותר לחקור ולנצל את השונות בתכונות מערכת השורשים של קנה סוכר. מאמר זה מתאר גישות רב-כיווניות לפנוטיפ שורשי קנה סוכר, כולל חפירת שדה על ידי דגימת תעלות, שימוש בדגימת ליבת שורש, פלטפורמות מוגבהות לדגימת שורשים וגידול צמחים תחת תרבית הידרופונית, המועסקת על ידי צוות מדענים במועצה ההודית למחקר חקלאי - מכון גידול קנה סוכר (ICAR-SBI).
חפירת שדה על ידי דגימת תעלות היא הכרחית כדי להעריך את שורשי הצמחים בסביבת הגידול הטבעית שלהם. השימוש בפלטפורמות מוגבהות המדמות תנאי שדה ודגימת ליבת שורש הן גישות חלופיות, עם הפחתה ניכרת בזמן, גודל מדגם אחיד ופחות אובדן של חומר שורש. תרבית צמחים הידרופונית מאפשרת חקר מורפולוגיה, תכונות אנטומיות וביולוגיה של ריזוספרה, כולל הפרשה של תרכובות אורגניות ואינטראקציות מיקרוביאליות. נתונים שנוצרו מניסויים שונים בשיטות דגימה מגוונות מוסיפים לעושר המידע על תכונות מערכת השורשים של קנה הסוכר.
מבוא
קנה סוכר (Saccharum spp.), מקור מזון וביו-אנרגיה חשוב, הוא גידול תעשייתי משמעותי המתאים לגידול במדינות רבות בתנאי אקלים טרופיים וסובטרופיים. הודות למסלול הפוטוסינתטי C4 להטמעת פחמן, קנה הסוכר הוא פרודוקטיבי ביותר, תוך שימוש יעיל בתשומות חקלאיות כגון מים ודשנים. עיבוד לאחר הקטיף של קנה סוכר מניב מוצרים בעלי ערך כלכלי כמו סוכר וג'אגר, לצד תוצרי הלוואי שלו - מולסה, אתנול ואנרגיה. קנה סוכר מיוצר על ידי כמעט 100 מדינות על פני שטח של 25.97 Mha, שהם כ-1.5% מכלל האדמה החקלאית. הודו לבדה תורמת ל-16% מייצור קני הסוכר העולמי (כ-306 מיליון טון), עם תפוקה ממוצעת של 70 טון-1 1. הלחצים האביוטיים....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. חפירת שדה באמצעות דיגום תעלות
- גידול כלאיים מסחריים של קני סוכר (להלן "זנים") בשדה מסטים דו-ניצניים הנטועים במרווח שורות של 120 ס"מ, עם 90 ס"מ בתוך שורות, בהתאם לחבילת השיטות המומלצת (POP) כדי להבטיח הקמה וצמיחה טובה של יבול.
- בתום שלב ההבשלה של הגידול יש להעסיק חופר לחפירת תעלה (1.5 מ' עומק ו-1.0 מ' רוחב) בשטח. באמצעות הזרקת מים רציפה, ודאו שהקרקעות מאזורי השורשים מנוקות מבלי לפגוע בשורשים (איור 1).
- כאשר האדמה הדביקה מתרופפת, עקרו את המקל יחד עם מערכת השורשים וקחו אותו למעבדה למדידה ידנית של מספר השורשים, אורך השורש, נפח ומשקל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
שונות בתכונות המורפולוגיות של השורש של זני קנה סוכר
תמונות מייצגות של מערכת השורשים ב-Co 62175, שנחפרה מהשטח על ידי דגימת תעלות וגדלה במערך הידרופוני, מוצגות באיור 5A,B. שורשים ארוכים (~100 ס"מ) נצפו בזנים Co 62175 ו-Co 99006, בעוד ש-Co 99006 רשם את משקל השורש הגבוה ביותר (127 g·clump-1). תכונות השורש תועדו באמצעות דוגם ליבת שורש, שגילה כי ל-Co 62175 יש מערכת שורשים טובה יותר בהשוואה ל-Co 99006 מבחינת אורך השורש המצטבר, שטח הפנים של השורש ונפח .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מערכות שורשים מגדירות את הפרודוקטיביות מעל פני הקרקע של קנה סוכר, ומחייבות לחקור ולהבין את כל ההיבטים שלו לעומק לפיתוח זנים עמידים לאקלים. צוות מדענים ב-ICAR-SBI המורכב מפיזיולוגים של צמחים, מיקרוביולוג, מהנדס חקלאי, ביוכימאי ומגדלי צמחים השתמש בגישות רב-כיווניות לפנוטיפ שורשי קנה סוכר, כולל חפירת שדה על ידי דגימת תעלות, שימוש בדגימת ליבת שורש, פלטפורמות מוגבהות לדגימת שורשים וגידול צמחים בתרבית הידרופונית. בהתחשב בכך שמתודולוגיה אינדיבידואלית עשויה להיות לא ממצה ו/או בלעדית, שילוב המידע.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
כל המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
תודות
המחברים מכירים בתשתית ובתמיכה שהוענקה על ידי מנהל המכון לגידול קני סוכר ICAR, קוימבטור, להקמת מתקני פנוטיפ שורש לקנה סוכר. המימון הניתן על ידי מועצת המחקר למדע והנדסה, המחלקה למדע וטכנולוגיה, ממשלת הודו, בצורה של פרס מחקר בתחילת הקריירה ל-KV (ECR/2017/000738), מוכר כראוי. המחברים מודים לברינדה, קרפגאם, ראג'ש, סיוואראג' ואמבורוז על סיועם בהפקת נתונים בצורה קפדנית.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| משאבת אוורור עם אביזרי צנרת | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש לתרבית הידרופונית של קנה סוכר |
| חומצה בורית | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 80266 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| סידן חנקתי | סנטרל דראג האוס, הודו | 27606 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| קוקוס קויר פיט | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש להנבטת סטים של קנה סוכר |
| סולפט קופריק | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 38869 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| DEAE-תאית | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 10529 | שרף חילופי אניונים לעיבוד הפרשות שורש |
| מלח מונוסודיום ברזל EDTA | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 59389 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| זבל חצר חקלאית | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש להנבטת סטים של קנה סוכר |
| מיכלי זכוכית | מיוצר בתוך החברה | נה | משמש לתרבית הידרופונית של קנה סוכר |
| HPLC | אג'ילנט טכנולוגיות | 1200 אינסוף | כימות חומצות אורגניות בהפרשות שורש |
| מגנזיום סולפט | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 29117 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| מנגן כלוריד | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 75113 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| חומצה מוליבדית | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 49664 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| אשלגן דימימן פוספט | סנטרל דראג האוס, הודו | 29608 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| אשלגן חנקתי | סנטרל דראג האוס, הודו | 29638 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
| פרוטרייס | מיוצר בתוך החברה | נה | משמש להנבטת סטים של קנה סוכר |
| אדמה אדומה | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש להנבטת סטים של קנה סוכר |
| דוגם ליבת שורש | מיוצר בתוך החברה | נה | משמש לדגימת שורשים באתרו |
| חול | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש להנבטת סטים של קנה סוכר |
| סרליט-120 | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 14891 | שרף חילופי קטיון לעיבוד הפרשות שורש |
| מסגרת תומכת | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש לתרבית הידרופונית של קנה סוכר |
| משאבת מנוע מים | נרכש ממקורות מקומיים | נה | משמש לתרבית הידרופונית של קנה סוכר |
| נייר סינון Whatman כיתה 1 | יוניברסל סיינטיפיק | 1001090 | עיבוד הפרשות שורש |
| WinRhizo PRO (תוכנה) | Regent Instruments Inc., קנדה | STD4800 | סורק שורשים דו מימדי עם תוכנה לניתוח שורשים |
| אבץ גופרתי | מעבדות המחקר של סיסקו, הודו | 76455 | הכנת תמיסה שונה של הוגלנד |
מקורות
- 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.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
