Approcci di fenotipizzazione su più fronti per caratterizzare gli apparati radicali della canna da zucchero

Come principale conduttore di acqua e sostanze nutritive, le radici sono indispensabili per la crescita e lo sviluppo. Una conoscenza approfondita dell'apparato radicale è importante per la canna da zucchero poiché impiega un anno per completare il suo ciclo di vita. L'approccio olistico integra le piattaforme praticabili per la fenotipizzazione, e questo andrà a vantaggio dell'avanzamento della conoscenza dei sistemi radicali della canna da zucchero e delle loro risposte per affrontare le condizioni di lavoro.

Questa metodologia è specifica per la coltura della canna da zucchero in quanto ha un apparato radicale unico come coltura lunga. Tuttavia, con piccole modifiche, questo metodo può essere adattato ad altre colture. Per iniziare, alleva gli ibridi o le varietà commerciali di canna da zucchero sul campo utilizzando due set di testa piantati a una distanza tra le file di 120 centimetri e 90 centimetri all'interno delle file.

Segui il pacchetto di pratiche raccomandato per garantire un buon insediamento e una buona crescita delle colture. Al termine della fase di maturità, impiegare un escavatore per scavare una trincea di 1,5 metri di profondità e 1,0 metri di larghezza in campo. Libera il terreno dalle zone delle radici senza danneggiare le radici con un getto d'acqua continuo.

Una volta che il terreno aderente si allenta a causa del getto, sradica la canna insieme all'apparato radicale e portala in laboratorio per la misurazione manuale dei parametri di crescita, vale a dire il numero di radici, la lunghezza delle radici, il volume e il peso. Utilizzare un campionatore cilindrico di 61 centimetri di altezza, 16 centimetri di diametro, del peso di otto chilogrammi e fabbricato utilizzando acciaio dolce o materiale MS per il campionamento delle radici della canna da zucchero sul campo. È dotato di un bordo affilato nella parte inferiore per una facile penetrazione e ha collari di tre centimetri di diametro nella parte superiore per sollevare il campionatore.

Nella fase di maturità della coltura commerciale di canna da zucchero, fissare il bordo superiore del campionatore allo scivolo primario o alla canna e martellare continuamente per raggiungere la profondità del terreno desiderata di 45 centimetri. Quindi sollevare l'intera massa di terreno nel campionatore e lavarla accuratamente sotto l'acqua corrente per separare le radici aderenti. Misura i parametri fisici della pianta, come l'altezza della pianta e l'area delle foglie in laboratorio.

Quindi stendere le radici su vassoi trasparenti per la scansione e l'analisi delle immagini digitalizzate corrispondenti utilizzando il software. Costruire una struttura di fenotipizzazione delle radici comprendente tre compartimenti adiacenti di 4,5 metri per 10,1 metri per il campionamento delle radici della canna da zucchero. Prevedere lo smontaggio manuale delle pareti laterali per rivelare l'apparato radicale sotterraneo fino a una profondità compresa tra 80 e 100 centimetri.

Riempire e compattare la struttura con terriccio di campo, lasciando uno spazio di testa di circa 20 centimetri e disponendo di adeguati fori di drenaggio per facilitare l'aerazione del terreno. Balsamo per i frammenti di gemme di cloni di germoplasma che comprendono saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense e saccharum robustum. Lasciarli germogliare per 30 giorni in vassoi per radicazione, comprendenti il terreno di radicazione.

Dopo 30 giorni di germinazione, trapiantare gli insediamenti uniformi e sani alla struttura nelle file con una distanza di 90 centimetri e una distanza di 60 centimetri all'interno delle file. Seguire il POP consigliato per garantire un buon insediamento e una buona crescita delle colture. Durante la fase formativa da 60 a 120 giorni dopo la semina e la fase di grande crescita da 120 a 150 giorni dopo la semina, rimuovere manualmente le pareti laterali costituite dalle lastre prefabbricate prima di spruzzare continuamente il getto d'acqua per esporre le radici.

Sradicare l'intero apparato radicale e trasferirlo in laboratorio per misurare i parametri fisici. Quindi stendere le radici su vassoi trasparenti per la scansione e l'analisi delle immagini digitalizzate corrispondenti nel software. Per studiare la biologia della rizosfera e i dettagli più fini della biologia delle radici, fabbricare un sistema idroponico interno in una serra controllata in ambiente che favorisce la crescita della canna da zucchero.

Nelle vasche di dimensioni 20 x 20 x 50 centimetri con pompe per acquari per l'aerazione, aggiungere circa 15 litri di soluzione nutritiva di Hoagland modificata. Vendere i trucioli di gemme delle varietà di canna da zucchero e dei cloni delle specie di saccharum e lasciarli germogliare per 30 giorni nei vassoi, comprendenti midollo del nucleo compostato, prima di trapiantare i sedimenti uniformi e sani in vasche idroponiche alla frequenza di tre sedimentazioni per vasca. Dopo 60 giorni al termine della fase di germinazione, immergere le radici delle piante intatte in 50 millilitri di acqua sterile a doppia distillazione o soluzione trappola per quattro ore, e raccogliere gli essudati radicali durante il picco di attività fotosintetica.

Valutare l'attività degli enzimi, della perossidasi e della superossido dismutasi e il contenuto fenolico totale nel terzo mese secondo il protocollo standard. Infine, valutare la risposta alla lesione radicolare infliggendo una fetta longitudinale nella radice primaria fino alla punta della radice utilizzando una lama chirurgica sterile e monitorare periodicamente i cambiamenti. Nella fenotipizzazione radicolare, le radici più lunghe di CO 62175 hanno dimostrato un apparato radicale superiore per lunghezza cumulativa della radice, superficie radicale, volume radicale e diametro medio della radice.

Le specie di Saccharum hanno mostrato variazioni significative nei tratti morfologici durante la fase di formazione. Il Saccharum spontaneous aveva la più alta lunghezza cumulativa delle radici per ciuffo, mentre il saccharum sinense mostrava la più bassa. Saccharum spontaneum ha mostrato la più alta superficie radicale, il peso secco della radice, il volume della radice e il rapporto radice/germoglio.

Saccharum robustum ha mostrato il volume e il diametro della radice più elevati. Gli studi anatomici hanno rivelato che l'esoderma schlerenchymidis dei peli delle radici lunghe riduce gli strati delle cellule corticali, l'aumento dell'erinchma corticale e l'aumento dell'area dell'acciaio e del numero di vasi xilematici con grande diametro sono stati utili in condizioni di siccità, mentre in condizioni di stress da ristagno idrico, sono stati osservati un aumento del diametro delle radici e un'area delle cellule corticali più elevata con un aumento delle cellule aerenchimidiche. Saccharum robustum ha mostrato la più alta essudazione totale di carbossilato mentre l'essudazione più bassa è stata registrata nel saccharum spontaneum.

Nelle varietà di canna da zucchero, è stata osservata una differenza significativa nella densità dei peli radicali con variazioni nella forma e nella pigmentazione del cappello radicale. L'attività della perossidasi e il contenuto fenolico totale più elevati erano presenti nel C086032 e i più bassi nel C062175. Durante gli studi di ringiovanimento, Cox 671 ha mostrato la comparsa di radici secondarie in tre giorni e Co-06022 ha impiegato 10 giorni con sintomi di senescenza il terzo giorno.

Dobbiamo prestare attenzione quando interrompiamo i risultati ottenuti dal singolo protocollo. Uno studio dell'apparato radicale è ideale per la canna da zucchero, ma le piattaforme di controllo possono essere utili per scopi specialistici. Comprendere i vari aspetti del fenotipo delle radici è essenziale per rilasciare le varietà di canna da zucchero.

L'automazione delle tecniche e l'integrazione dell'analisi dei big data o dell'intelligenza artificiale per interpretare i risultati amplierebbe le nostre competenze nel campo. Tra i risultati, la caratterizzazione dei tratti dell'apparato radicale in situazioni di stress normali e periodici ha aperto la strada ad aree di ricerca esplorative come la plasticità delle radici, i nutrientismi radianti e gli stress miotici.