サトウキビの根系を特徴付けるための多面的な表現型解析アプローチ

根は水と栄養素の一次伝導体として、成長と発達に不可欠です。サトウキビにとって、ライフサイクルを完了するまでに 1 年かかるため、根系を完全に理解することが重要です。ここでの総合的なアプローチは、表現型解析のための実行可能なプラットフォームを統合しており、これはサトウキビの根系と作業条件に対処するためのそれらの反応に関する知識を前進させるのに役立ちます。

この方法論は、サトウキビ作物が長尺作物として独特の根系を持っているため、サトウキビ作物に特有のものです。ただし、わずかな変更を加えると、この方法は他の作物にも適応できます。まず、120センチメートルと列内の90センチメートルの列間隔で植えられた2つのバテッドセットを使用して、市販のサトウキビの雑種または品種を畑で育てます。

作物の良好な定着と成長を確保するために、推奨される一連の実践に従ってください。成熟期の終わりに、掘削機を使用して、現場に深さ1.5メートル、幅1.0メートルの溝を掘ります。継続的なウォータージェットで根を傷つけることなく、根域から土を取り除きます。

噴射により付着した土壌が緩んだら、サトウキビを根系と一緒に根こそぎにし、それを実験室に持ち込んで、成長パラメータ、つまり根の数、根の長さ、体積、重量を手動で測定します。高さ61センチメートル、直径16センチメートル、重さ8キログラムの円筒形の根コアサンプラーを使用し、軟鋼またはMS材料を使用して製造されたサトウキビの根のサンプリングに現場でのサンプリングを行います。下部には鋭いエッジが付いており、浸透しやすく、上部にはサンプラーを持ち上げるための直径3センチのカラーがあります。

市販のサトウキビ作物の成熟期に、サンプラーの上端を一次シュートまたはサトウキビに固定し、連続的にハンマーで叩いて、希望の土壌深さ 45 センチメートルに達します。次に、土塊全体をサンプラーに持ち上げ、流水で注意深く洗浄して、付着した根を分離します。実験室で植物の高さや葉の面積など、植物の物理的パラメータを測定します。

次に、ソフトウェアを使用して対応するデジタル化された画像をスキャンおよび分析するために、根を透明なトレイに広げます。サトウキビの根をサンプリングするために、4.5メートル×10.1メートルの3つの隣接するコンパートメントからなる根表現型構造を構築します。側壁を手動で解体して、深さ80〜100センチメートルまでの地下の根系を明らかにする準備をします。

構造物を圃場の土で埋めて圧縮し、約20センチメートルのヘッドスペースを残し、土壌の通気を促進するための適切な排水穴を設けます。saccharum officinarum、saccharum spontaneum、saccharum barberri、saccharum sinense、およびsaccharum robustumを含む生殖質クローンの芽チップを軟膏化します。発根培地を含むトレイごとに30日間発芽させます。

発芽の30日後、均一で健康な定着物を列内の間隔90センチメートルと60センチメートルの間隔で列の構造に移植します。推奨されるPOPに従って、作物の良好な定着と成長を確保してください。植え付け後60〜120日の形成期と植え付け後120〜150日の壮成長期には、ウォータージェットを連続的に噴霧して根を露出させる前に、プレキャストスラブで作られた側壁を手動で取り外します。

根系全体を根こそぎにし、それを実験室に移して物理的パラメータを測定します。次に、根を透明なトレイに広げて、対応するデジタル化された画像をソフトウェアでスキャンして分析します。根圏生物学と根生物学の細部を研究するには、サトウキビの成長を助長する環境制御されたガラスハウスで社内の水耕栽培システムを製造します。

曝気用の水槽ポンプを備えた20 x 20 x 50センチメートルの寸法のタンクに、約15リットルの改質ホーグランド養液を追加します。サトウキビ品種とサッカラム種のクローンのつぼみチップを販売し、堆肥化されたコアの髄を含むトレイごとに30日間発芽させてから、均一で健康な沈着物をタンクあたり3回の沈みの頻度で水耕栽培タンクに移植します。発芽期が終了する60日後、無傷の植物の根を50ミリリットルの滅菌二重蒸留水またはトラップ溶液に4時間浸し、光合成活性のピーク時に根の滲出液を収集します。

標準プロトコルに従って、3か月目の酵素、ペルオキシダーゼ、スーパーオキシドジスムターゼの活性と総フェノール含有量を評価します。最後に、滅菌手術刃を使用して一次歯根から根の先端まで縦方向のスライスを施すことにより、歯の損傷に対する反応を評価し、変化を定期的に監視します。根の表現型解析では、CO 62175の長い根は、累積根の長さ、根の表面積、根の体積、および平均根の直径について優れた根系を示しました。

サッカラム種は、形成期に形態学的形質に有意な変化を示しました。Saccharum spontanousは塊あたりの累積根長が最も長かったのに対し、saccharum sinenseは最も低かった。Saccharum spontaneumは、最も高い根表面積、根乾燥重量、根の体積、および根と芽の比率を示しました。

Saccharum robustum は、最も高い根の体積と根の直径を示しました。解剖学的研究により、長根の毛シュレレンチミディス外皮は、干ばつ条件下では皮質細胞層の減少、皮質エリンチマの増加、および大径の鋼面積と木部血管数の増加が有益であるのに対し、浸水ストレス下では、根の直径の増加と大気質細胞の増加を伴う皮質細胞面積の増加が観察されました。Saccharum robustum は最高の総カルボン酸滲出を示し、最も低い滲出は saccharum spontaneum で記録されました。

サトウキビ品種では、根冠の形状と色素沈着の変化に伴い、根毛密度に有意差が観察されました。ペルオキシダーゼ活性と総フェノール含有量はC086032で最も高く、最も低いのはC062175でした。若返りの研究では、コックス671は3日で二次根の出現を示し、Co-06022は3日目に老化の症状で10日かかりました。

個々のプロトコルから得られた結果を中断する際には注意が必要です。根系の研究所研究はサトウキビにとって理想的ですが、制御プラットフォームは専門的な目的に役立つ場合があります。根の表現型のさまざまな側面を理解することは、サトウキビの品種をリリースするために不可欠です。

技術を自動化し、ビッグデータ分析や人工知能を統合して結果を解釈することで、この分野での専門知識が広がります。その結果、通常および周期的なストレス状況下での根系形質を特徴付けることで、根の可塑性、放射栄養、縮瞳ストレスなどの探索的研究分野への道が開かれました。