Una piattaforma telemetrica e gravimetrica per la fenotipizzazione fisiologica in tempo reale delle interazioni pianta-ambiente

Le piante rispondono all'ambiente in modi molto complessi. I tratti fisiologici sono tra i più veloci da rispondere. Di solito, molto prima possono essere rilevate differenze morfologiche.

Questo metodo di fenotipizzazione funzionale ad alta risoluzione consente di quantificare le interazioni ambientali della pianta in modo continuo e distruttivo sotto molti trattamenti. Questo sistema può essere utilizzato per misurazioni in tempo reale di una vasta gamma di tratti fisiologici, su molte piante contemporaneamente senza alcuna analisi importante controllando al contempo le condizioni per ogni pianta della zona. Qui dimostriamo il protocollo più dettagliato.

Tuttavia, è consigliabile che gli utenti per la prima volta inizino con un protocollo semplificato, che semplifica la conoscenza delle più importanti procedure sperimentali, hardware e software. A dimostrare la procedura sarà Itamar Shenhar, uno studente master di MyLab Begin inserendo il filtro del terreno nella pentola. Stendere la rete di nylon sopra l'intera pentola e posizionare il supporto netto sopra la rete.

Quindi spingere lentamente il supporto netto a metà strada verso l'interno dell'intero vaso, assicurandosi che la rete rimanga uniformemente distribuita mentre viene spinta verso il basso tra i due vasi. Inserire il bastoncino di fibra di vetro tra le due pentole e spingerlo fino al fondo dell'intera pentola. Assicurarsi che si trova sul lato esterno della rete e non spingi la rete.

Prima di spingere il supporto netto fino in fondo, spingere la rete verso il basso a mano dall'interno della pentola e regolarla in modo che sia distribuita uniformemente e strettamente sul fondo, il che garantirà un corretto drenaggio. Far scorrere l'anello della guarnizione dal fondo della pentola impostare un terzo della strada sul lato della pentola, assicurandosi che questi coperchi nell'anello si apra verso il fondo della pentola. Etichettare i vasi in base alle loro posizioni nell'array all'interno della serra.

Per far crescere le piante, germinare i semi in vassoi cavità con il mezzo di invaso desiderato. Avviare l'esperimento quando l'impianto risulta circa il 10% della capacità massima dell'acqua del vaso. Lascia alcune cavità senza piantine per le misurazioni del peso del suolo, o dettagli, segui il manoscritto di testo.

Prima di iniziare un nuovo esperimento, livellare e calibrare i lisimetri utilizzando un livello di spirito e pesi standard. Eseguire la calibrazione del peso mentre il contenitore verde, incluse tutte le spine, si trova nella cella di carico seguendo i passaggi del manoscritto di testo. Per avviare un nuovo esperimento, aprire il software operativo, quindi aprire la scheda esperimenti nel menu sul lato sinistro dello schermo.

Fare clic su Crea nuovo. Assegnare un nome all'esperimento e fare clic su OK. Aprire il nuovo esperimento. Quindi aprire le piante e fare clic su Crea nuovo.

Nella finestra, modificare il nome della pianta, la posizione, il peso della lacrima e il tipo di terreno. Quindi fare clic su Applica. Clicca di nuovo su Piante e la tabella apparirà sullo schermo.

Esportare la tabella facendo clic su Esporta piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella. Quindi aprire il file excel salvato. Modificare i parametri in base alle esigenze e salvarli.

Fare clic su Importa piante nell'angolo inferiore sinistro della tabella. Quando viene visualizzata una piccola finestra che dice che le piante sono state importate correttamente, fare clic su OK. Verificare se le modifiche apportate nel file di Excel sono state importate correttamente. Fate clic sul nuovo esperimento e su Avvia esperimento nella finestra visualizzata.

Infine, fare clic su OK per avviare la registrazione dei dati da questo esperimento. Pesare i vasi vuoti pre-preparati. Se si utilizzano parti simili l'una all'altra, il peso medio di 10 di esse sarà sufficiente.

Mescolare accuratamente il mezzo di invaso con abbondante acqua, a meno che non venga utilizzata sabbia o altri mezzi omogenei del suolo. E riempire uniformemente tutti i vasi vuoti pre-preparati. Toccare la parte inferiore della pentola contro il pavimento alcune volte per assicurarsi che il mezzo di invaso sia ben distribuito.

Inserire un calco di uno stampo a cavità simile per forma e dimensioni al tappo del terreno radicale delle piantine al centro del mezzo di invaso. E spingerlo completamente. Innaffiare bene le pentole e risciacquare l'esterno delle pentole.

Quindi consentire loro di drenare per 30 minuti prima di proseguire verso il passaggio successivo. Posizionare tutti i vasi da campo sull'array del lysimeter nei contenitori verdi secondo il design sperimentale. Assicurarsi che le spine dei contenitori verdi si trovano nel posto giusto e che i contenitori verdi siano posizionati correttamente nella scanalatura.

Nel software operativo aprire la scheda esperimento e fare clic sulla scheda Misura componenti nel nuovo esperimento. Confermare la nuova misurazione dal tempo indicato nella parte superiore dello schermo mentre il campione precedente era in corso. Fare clic su Misura oggetto.

Fare clic su Avanti quando vengono visualizzato i pesi record e le finestre dei tag Delta. Nella finestra Record tag assegnare al nuovo metatag il nome come prima misurazione e fare clic su Fine. Quando la finestra del peso viene registrata correttamente, fare clic su OK. Posizionare i gocciolatori di irrigazione multi-uscita e le coperture delle pentole su ogni pentola nel lysimeter.

Confermare la nuova misurazione e fare di nuovo clic su Misura oggetto. Fare clic su Avanti quando vengono visualizzato i pesi record. Nella finestra del tag Delta selezionare la prima misurazione nei metatag per sottrarre la sezione e fare clic su Avanti.

Nella finestra del record di tag assegnare un nome ai nuovi metatag come componenti statici e fare clic su Fine. Quando la finestra del peso viene registrata correttamente, fare clic su OK. Fare clic su Piante sul lato sinistro e assicurarsi che i valori siano aggiornati. Quindi, sotto il nuovo esperimento, aprire la scheda scenari di trattamento e fare clic su Crea nuovo.

In Piano fare clic sul nuovo passaggio. Al centro dello schermo, scegliere il nome del test designato per il trattamento e confermare facendo clic su OK. Scegliere mai per la terminazione e fare clic su Applica. Aprire i trattamenti di irrigazione sul lato sinistro del nome del test scelto.

Clicca sul nuovo passaggio. Al centro dello schermo, modificare il tempo di apertura della valvola con qualche minuto di anticipo rispetto all'ora corrente, insieme ad altri parametri come richiesto dall'esperimento, quindi fare clic su Applica. Aprire le piante sotto il nuovo esperimento e fare clic sul nome del nuovo impianto.

Al centro dello schermo, modificare il piano di trattamento per pianificare. Verrà visualizzata una finestra, fare clic su OK per confermare. Verificare che il passaggio abbia lo stesso nome del nome del test di irrigazione.

Quindi fare clic su Applica. Controllare visivamente che tutti i vasi siano irrigati e che il liquido di irrigazione in eccesso gocciola dal tappo di scarico perforato del contenitore verde. Rimuovere la spina non forata dal contenitore verde e lasciare che l'acqua si scarichi completamente.

Quindi sostituire la spina. Aprite la scheda esperimento e fate clic su Misura componenti (Measure Components) nel nuovo esperimento. Dopo aver confermato la misurazione, fare clic su Misura oggetto sotto misura parametri impianto.

Dopo aver fatto clic sui pesi record e sulle finestre dei tag Delta, denominare i nuovi metatag come cast-pre e fare clic su Fine. Fare clic su OK quando viene visualizzata la finestra registrata correttamente dello spessore. Eserti delicatamente i calchi dalle pentole.

Fare clic su Misura componenti, quindi confermare la misurazione come prima. In Parametri piano di misura fare clic su Misura oggetto. Fare clic su Avanti quando viene visualizzata la finestra pesi record.

Selezionate cast-pre nei metatag per sottrarre la sezione e fate clic su Avanti (Next). Nella finestra del record di tag assegnare al nuovo metatag il nome come cast-post e fare clic su Fine. Fare clic sulle piante sul lato sinistro e assicurarsi che i valori siano aggiornati.

Nella tabella della pianta, aggiornare manualmente il peso della lacrima con il peso dei vasi vuoti pre-preparati presi manualmente. Fate clic su Misura componenti (Measure Components) e confermate la misurazione. In Parametri piano di misura fare clic su Misura peso umido suolo.

Fare clic su OK quando viene visualizzata una piccola finestra per la conferma. Clicca su Piante e verifica che i valori siano aggiornati. Misurare manualmente il peso medio di terreno riempito da cinque a 10 cavità che sono ben irrigati e ben drenato senza piantine.

Anche in questo caso, fare clic su Misura componenti e confermare la misurazione. Clicca su Imposta piantine peso terreno sfuso. Quando viene visualizzata una piccola finestra, immettere il peso medio della massa del terreno e fare clic su OK. Clicca su Piante e verifica che i valori siano aggiornati.

Tornare a misurare i parametri dell'impianto e fare clic su Misura peso netto iniziale impianto. Nella finestra del record di tag selezionare Imposta nuovo record come punto di riferimento del peso netto dell'impianto e fare clic su Fine. Fare clic su OK quando viene visualizzata la finestra registrata correttamente del peso, fare clic su Piante e verificare che i valori siano aggiornati.

Assicurarsi che le piantine nei vassoi della cavità siano ben irrigate, estrarre delicatamente le piantine con le loro radici spina di terreno dalle cavità, facendo attenzione a non ferirle. E metterli con attenzione nelle cavità fatte dai calchi nei vasi. Ripetere la misurazione del peso netto dell'impianto come descritto in precedenza nella misurazione dei meta-tag.

Per considerare l'acqua di riserva nel contenitore verde, seguire le istruzioni nel manoscritto di testo per assicurarsi che il contenitore del grano sia pieno. Tornare a misurare i parametri del piano e fare clic su Misura peso acqua riserva. Fare clic su OK quando vengono visualizzato il peso dell'acqua di riserva e le finestre di successo.

Fare clic su Piante ed esportare la tabella facendo clic su Esporta piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella. Aprire il file Excel e sottrarre il peso netto della pianta misurata e seminare il peso del terreno sfuso dalla misurazione riservata del peso dell'acqua e risparmiare. Fare clic su Aggiorna piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella.

Selezionare il file di Excel e fare clic su Apri per aggiornare. Quando viene visualizzata la finestra Aggiorna piante, fare clic su OK. Verificare che i valori siano aggiornati. In misura parametri vegetali, fare clic su Calcola peso secco del suolo.

Quando la finestra si apre, inserire il peso umido del terreno e il peso secco del terreno o inserire il contenuto di acqua del suolo calcolato manualmente. Fare clic su Applica e quindi su Fine. Quando viene visualizzata una finestra, fare clic su OK per confermare.

Seguire il manoscritto di testo per calcolare il valore del contenuto di acqua del suolo. Aprire i trattamenti di irrigazione e fare clic su Crea nuovo e inserire il nome e fare clic su OK. Aprite il nuovo nome di irrigazione e fate clic su Crea nuovo (Create New). Quindi aprire il piano di trattamento predefinito, impostare l'orario di apertura della valvola e altri parametri in base alle esigenze e fare clic su Applica.

Ciò dimostra uno scenario di trattamento dell'irrigazione dinamico e modulante per l'intero periodo sperimentale in base alle preferenze dell'utente. Aprire scenari di trattamento, aprire piano e fare clic sul nome del piano predefinito. Scegliere un nome di trattamento dall'elenco e fare clic su OK per confermare.

Scegliere le condizioni appropriate per la terminazione e fare clic su Applica. Tutte le possibilità includono un'opzione di timeout che chiuderà il rubinetto anche se le condizioni impostate non vengono raggiunte. Infine, segui le indicazioni manoscritte per completare la tabella del piano.

Apri il software di analisi dei dati e accedi con il tuo nome utente e password. Fate clic su Seleziona esperimento (Select Experiment), quindi selezionate sistema di controllo (Select Control System) e selezionate esperimento (Experiment). Nella colonna laterale sinistra dello schermo fare clic su Esperimenti e digitare il nome dell'esperimento nella barra dei nomi sotto la sezione di ricerca.

Il nome dell'esperimento apparirà quindi sotto la sezione di ricerca nella sezione dell'esperimento. Clicca sul nome dell'esperimento per aprire le informazioni e le sezioni dell'impianto. Nella sezione info, modificare le date di inizio e di fine WUE WUE per il periodo di almeno tre giorni prima dell'inizio del trattamento della siccità.

Quindi fare clic su Aggiorna. Il WUE e il valore al quadrato R per ogni vaso appariranno o si aggiorneranno nella sezione dell'impianto. Nella sezione vegetale, scegliere o escludere qualsiasi pianta o vaso con un valore WUE negativo o un valore al quadrato R inferiore a 0,5.

Cliccando sul simbolo degli occhi sotto la colonna attiva, che diventerà quindi rossa. I dati WUE possono essere esportati come file Excel facendo clic su Esporta dati nella sezione dell'impianto. Le condizioni ambientali sono state monitorate durante l'esperimento da una sonda atmosferica.

I dati raccolti, mostrano la radiazione fotosinteticamente attiva e il deficit di pressione del vapore per giorni diversi. E per tutto il corso di ogni giorno. Il contenuto di acqua volumetrica dei vasi trattati con siccità è stato misurato dalle sonde del suolo durante tutto il periodo sperimentale.

I dati raccolti da una pianta indica trattata con siccità sono mostrati qui. Il peso medio calcolato delle piante aumenta costantemente sia tra il controllo karla che tra i trattamenti per la siccità di Karla durante la prima fase dell'esperimento quando tutte le piante hanno ricevuto un'irrigazione simile. Quando il trattamento per la siccità è stato applicato alle piante di Karla, quelle piante hanno smesso di ingrassare non hanno ripreso ad ingrassare fino alla fase di recupero.

A quel punto, c'è stato un aumento di peso che procedeva più lentamente di quanto osservato per i controlli. Al contrario, i pesi degli impianti di controllo karla sono aumentati continuamente durante tutto il periodo sperimentale. Altri metodi come la raccolta dei campioni per l'espressione genica, il contenuto minerale e l'attività fotosintetica possono essere fatti durante questi esperimenti con un preciso riferimento al comportamento della pianta e alle condizioni ambientali.

Il fenotipizzazione funzionale è un pratico metodo di caratterizzazione delle interazioni dell'ambiente vegetale, che fornisce all'utente un buon strumento per confrontare diversi profili di risposta dell'impianto in diverse condizioni ambientali. Ogni profilo specifico potrebbe essere selezionato per uno studio più approfondito o come fonte di tratti fisiologici benefici per i programmi di riproduzione.