הדמיה וניתוח לכימות תירס (Zea mays) פנוטיפים של מתח אביוטי

המחקר שלנו מתמקד בפיתוח ויישום כלים לפנוטיפ צמחים בתפוקה גבוהה. המטרה שלנו היא לבצע מדידות במהירות, במחיר סביר ומבלי להרוג את הצמחים. ההתפתחויות האחרונות בתחום הפנוטיפ של צמחים הרחיבו את ניתוח התמונה לסוגים שונים של מצלמות, כגון לוויינים ומל"טים ויישמו טכניקות חדשות בלמידת מכונה.

אתגרי הניסוי הנוכחיים כוללים את ההיקף הגדול והעבודה המשמעותית הנדרשת כדי ללכוד מדידות בנקודות זמן רבות, טיפולים סביבתיים וגנוטיפים כדי להתקדם משמעותית בשאלות ביולוגיות. הפרוטוקול שלנו מספק שיטה פשוטה לצילום וניתוח תמונות מפעל במהירות ובגמישות ללא צורך בציוד יקר. כדי להתחיל, הפעל את רצועת החשמל באמצעות המתג ולחץ על הכפתור כדי להפעיל את הצג.

סובב את המתג במחשב הלוח היחיד או בכבל החשמל SBC למצב מופעל.הנח את המצלמה על חצובה או שולחן וספק חשמל למצלמה באמצעות כבל החשמל או הסוללות. הפעל את המצלמה באמצעות לחצן ההפעלה של המצלמה. חבר את המצלמה ליציאת ה-USB ב-SBC באמצעות כבל העברת הנתונים המצורף ולמצלמה.

לאחר מכן, הניחו פיסת סרט בצבע כהה על בד הצילום שבו יונח הסיר. כעת מקם את הסיר על הסרט המסומן. עבור צמחים הגדלים במישור, כגון תירס ודורה, מקם את הזווית הרחבה ביותר של הצמח לכיוון המצלמה.

התאם את כרטיס הצבע כך שיהיה בקו אחד עם העציץ, אך מופרד מהצמח ללא חפיפה. לחץ על כפתור הטרמינל כדי לפתוח את הטרמינל ב- SBC. הזן את שורת הקוד כדי לפתוח את החלון לצילום תמונה.

לאחר מכן הקלד את שם התמונה באופן ידני או סרוק ברקוד או קוד QR של הצמח באמצעות סורק ברקוד. לאחר צילום התמונה, בחר אפשרות לשמור את התמונה באופן מקומי או בשרת נטען או באחסון בענן. לחץ על לחץ כאן כדי לצלם תמונה"כפתור כדי לצלם את התמונה.

אם נבחר אחסון מקומי, פתח/י את התיקיה ״תמונות״ במכתבה כדי לסקור את התמונה. אם נעשה שימוש בשרת או באחסון בענן, פתח את התמונה במיקום זה. לאחר לכידת כל התמונות, השתמש בשיטה המועדפת, כגון אחסון USB, דפדפן אינטרנט או העברת SSH כדי להעתיק את כל התמונות מה-SBC למחשב מקומי או לאחסון בענן.

הורד את הקבצים הדרושים למחשב או לשרת מקומי. התקן את plantcv באמצעות שורת הפקודה או מנהל החבילות. פתח את photo-studio-SV-notebook.

ipynb באמצעות עורך קוד מועדף כגון JupyterLab או Visual Studio Code. הפעל כל בלוק קוד, ובצע את העריכות הדרושות על סמך הפרמטרים המתוארים בקוד כדי לקבל מסכה נקייה של הצמח. כאשר אתה מרוצה מניתוח התמונה לדוגמה, פתח את זרימת העבודה.

py בעורך הקוד המועדף. עריכת תהליך עבודה. py כדי לכלול את כל שינויי הפרמטרים שבוצעו ב-photo-studio-SV-notebook.

ipynb ושמור את הקובץ. פתח את photo-studio-SV-config. JSON כדי לעדכן את נתיבי הקבצים.

שנה נתיבים לתיקיית קלט המכילה תמונות צמחים ותיקיית פלט שבה יאוחסנו תמונות ותוצאות מעובדות. פתח מסוף והפעל את plantcv עם הפקודה conda הפעל את plantcv ולחץ על Enter במקלדת. שנה את שורת הקוד שצוינה כך שתצביע על התצורה המעודכנת של photo-studio-SV-config.

JSON. בטרמינל, הקלד את הקוד שהשתנה ולחץ על Enter במקלדת. ודא ש-plantcv מופעל בטרמינל.

לאחר מכן הפעל את הפקודה כדי להמיר results-photo-studio. json ל-csv, ולעדכן את נתיב הקובץ בהתאם. ניתוח תמונות ב-plantcv פילח בהצלחה צמחי תירס מהרקע באמצעות סף ערוץ כפול.

ניתוח הצמח סיפק 16 תכונות של ערך יחיד, כולל שטח עלה, גובה, רוחב וממוצע מעגלי של גוון עם תכונות מרובות ערכים המשורטטות כהיסטוגרמות. שטח העלה, הגובה, הרוחב והממוצע המעגלי של הגוון הסבירו יותר מ-50% מהגרסאות עקב הטיפול, מה שהופך אותם למדדי מפתח לניתוח במורד הזרם. הצמח עם שטח העלים הגדול ביותר היה בעל הגוון הממוצע הגבוה ביותר והיה גנוטיפ B73, צמח מושקה היטב ולחץ חום.

לשטח העלים הקטן ביותר היה גם הגוון הממוצע הקטן ביותר והיה גנוטיפ B73, צמח לחוץ בצורת ולחץ חום. טיפול במים השפיע באופן משמעותי על שטח העלה, הגובה, הרוחב והגוון הממוצע המעגלי, בעוד שטיפול בטמפרטורה השפיע באופן משמעותי רק על הגובה. עקת בצורת הפחיתה משמעותית את שטח העלים, גובה הצמח, רוחב הצמח וממוצע מעגלי הגוון בשני תנאי הטמפרטורה.

הירידה בגוון הממוצע עקב בצורת נבעה ממעבר מפיקסלים ירוקים לצהובים. עומס חום גרם הן להצהבה והן להתכהות של הצבע הירוק. שטח העלים שנמדד באמצעות ניתוח תמונה נמצא בקורלציה חזקה עם ביומסה של הצמח, מה שמאמת את שיטת הפנוטיפ מבוססת התמונה.