Vegetatieve en wortelstokken van Turfgrasses meten met behulp van een digitale afbeelding analysesysteem
19 februari 2019
Het systeem van de analyse van een software gebaseerde image biedt een alternatieve methode om te studeren van de morfologie van soorten stoloniferous en vaste. Dit protocol maakt meting van de lengte en de diameter van de vegetatieve en wortelstokken en kan worden toegepast op monsters met een grote hoeveelheid biomassa en op een grote verscheidenheid van soorten.
Deze methode kan antwoord geven op belangrijke vragen in de groei en morfologie van stolons en wortelstokken van verschillende gewassen zoals grasgrassen, weiden en weilanden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat stolon en wortelstoklengte kunnen worden gemeten in monsters met een grote hoeveelheid biomassa waarvoor gewicht de enige parameter is die momenteel wordt gebruikt. Verzamel monsters met behulp van een bodem kern sampler.
Neem de bovengrondse biomassa en een bodemlaag met een passende diepte, afhankelijk van de soort om de inzameling van zowel stolons en wortelstokken te garanderen. U ook de oppervlakte definiëren om te verzamelen met een frame en de monsters met een spade te verzamelen. Label elk monster met laboratoriumtape.
Om de biomassamonsters schoon te maken, plaatst u het monster in een grote zeef met openingen van 0,5 tot 1,5 millimeter, afhankelijk van de stolon- of wortelstokgrootte. De openingen moeten klein genoeg zijn om alle stolons en wortelstokken te behouden, maar groot genoeg om de bodemdeeltjes te verwijderen. Reinig de monsters met een stroom water met voldoende kracht om bodemdeeltjes te verwijderen zonder de planten te beschadigen.
Haal de schone monsters en leg ze in een lade met papieren handdoeken, zorg ervoor dat de trays op de juiste manier label. Maak de monsters verder schoon door wortels en bladeren met een schaar te verwijderen. Tijdens dit proces, scheiden de stolons en wortelstokken indien nodig en registreren aanvullende informatie, zoals het aantal planten, helmstokken, en stolons per plant.
Doe de stolons en wortelstokken in papieren zakken met het label. Plaats het monster op een transparante kunststof bak van de WinRHIZO standaard scanapparatuur. Plaats de stolons en wortelstokken handmatig met behulp van laboratoriumforceps om overlappingen te minimaliseren.
Het kan nodig zijn grote monsters te verdelen in submonsters. Plaats de lade op het oppervlak van de scanner, schakel vervolgens de scanner in en start met het uitvoeren van het programma. Voor meer controle in een opgeslagen afbeelding, controleer de afbeelding dpi in het menu Afbeelding door de opdracht Image Acquisition Parameter te selecteren.
Controleer de drempelwaarde en analyse voor een goede classificatie van pixels die behoren tot de gescande organen door de opdracht Root Background Distinction te selecteren. Controleer of het hele ladeoppervlak wordt gescand in het menu Afbeelding door de parameter voor de aankoop van de opdracht afbeelding te selecteren. Controleer nu de diameterklasse die wordt weergegeven voor de verdeling van organen per diameter in het grafische gebied boven de gescande afbeelding.
Selecteer 20 klassen van gelijke breedte met intervallen van 0,1 millimeter door op horizontale toegang van de grafiek te klikken. Deze functie maakt het mogelijk gegevens van wortels of kleine organen uit te sluiten wanneer stolons of wortelstokken niet perfect werden gereinigd. De literatuur meldt dat de meeste wortels van grassoorten een diameter lager hebben dan 0,2 millimeter.
Voer het eerste voorbeeld scannen en controleer of de bewerking zorgt voor een goede analyse. Volg de software-instructies voor het opslaan van de afbeelding. Ten slotte verwerkt u de analyse van de volgende softwareoptie en labelt u de afbeelding en analyse met het voorbeeldlabel.
Ga verder met het scannen van alle monsters. Om het droge gewicht te meten, plaatst u de gescande monsters in een geterde aluminiumlade op een nauwkeurige elektronische balans en registreert u hun tarra. Herhaal deze stap voor alle gescande monsters.
Steek alle monsters in een vaak ingesteld op 105 graden Celsius en droog ze gedurende 24 uur. De volgende dag, verwijder de monsters en wacht tot het weefsel gewicht is gestabiliseerd. Dan, weeg alle monsters met hun tarra.
Trek het tarra af van het geregistreerde gewicht om het nettogewicht van elk monster te verkrijgen. Voorbeeld resultaten van een veld proef met het vergelijken van de stolon en wortelstok lengte dichtheid van vier turf-type Bermudagrass cultivars worden getoond. Er is een significant verschil in de stolonlengtedichtheid tussen de vegetatieve cultivars Patriot en Tifway, en de gezaaide cultivars La Paloma en Yukon in monsters die in juli 2014 werden verzameld.
Voor de wortelstokken, Patriot toont de hoogste lengte dichtheid, gevolgd door Tifway, en de gezaaide cultivars. De ontwikkeling van stolonlengtedichtheid van cultivar Patriot gedurende de studieperiode toont een toename van maart 2014 tot juli 2014 en varieerde niet van juli 2014 tot juli 2015. Er zijn weinig wortelstokken gevonden in monsters die in oktober 2013 en maart 2014 zijn verzameld.
Rhizome lengtedichtheid toeneemt in juli 2014, het bereiken van de hoogste waarden. Maar het daalt weer in oktober 2014. Bij het proberen van deze procedure, is het belangrijk om te onthouden om representatieve monsters te selecteren, om nauwgezet stolons en wortelstokken te reinigen voor analyse, en om de breedte van diameterklassen te selecteren met behulp van softwareopties om alleen stolons en wortelstokken in de analyse op te nemen.
Overzicht
Dit artikel presenteert een op software gebaseerd systeem voor beeldanalyse, ontworpen om de morfologie van stolonifere en rhizomateuze soorten te bestuderen. Het protocol maakt het mogelijk om de lengte en diameter van stolonen en rhizomen te meten, wat toepasbaar is op monsters met een aanzienlijke biomassa.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Plantmorfologie
- Beeldanalysetechnieken
- Gewaswetenschap
Achtergrond
- Het begrijpen van de groei en morfologie van stolonen en rhizomen is cruciaal voor diverse gewassen.
- Huidige methoden vertrouwen hoofdzakelijk op gewichtsmetingen, wat de analyse beperkt.
- Deze studie introduceert een methode die de meetnauwkeurigheid verbetert.
- De focus ligt op soorten zoals gazongrassen, hooilanden en weiden.
Doel van de studie
- Om een alternatieve methode te bieden voor het meten van de morfologie van stolonen en rhizomen.
- Om de analyse van monsters met een grote biomassa te vergemakkelijken.
- Om het begrip van de plantgroeidynamiek te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Verzamelen van monsters met bodemkernnemers of frames.
- Reinigen van monsters met zeven en waterstralen.
- Scannen van monsters met standaard WinRHIZO-apparatuur.
- Bepalen van het drooggewicht na het drogen van monsters bij 105 °C.
Belangrijkste resultaten
- Significante verschillen in de lengtedichtheid van uitlopers tussen verschillende Bermudagras-cultivars.
- De cultivar Patriot vertoonde de hoogste rhizoomlengtedichtheid.
- De lengtedichtheid van uitlopers nam toe gedurende de studieperiode voor de cultivar Patriot.
- De rhizoomdichtheid varieerde seizoensgebonden, met pieken in juli.
Conclusies
- De methode maakt een nauwkeurige meting van stolonen en rhizomen mogelijk.
- Het vergroot het begrip van de plantmorfologie in relatie tot de biomassa.
- Een zorgvuldige selectie en reiniging van de monsters zijn essentieel voor een nauwkeurige analyse.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Een nauwkeurige morfologische karakterisering van plantstructuren, zoals uitlopers en wortelstokken, ondersteunt de doelwitvalidatie in de landbouwwetenschap en bij de ontdekking van natuurproducten. Digitale beeldanalyse maakt high-throughput-meting van structurele kenmerken mogelijk, waardoor het voorspellend vertrouwen in fenotypische screeningsworkflows wordt verbeterd. Deze aanpak vermindert de afhankelijkheid van handmatige methoden met een lage doorvoersnelheid, wat de schaalbaarheid voor studies met grote steekproeven in vroege ontdekkingsfasen vergroot.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om groeifenotypes te onderzoeken die gekoppeld zijn aan de productie van bioactieve verbindingen in gazongrassen en voedergewassen.
- Operationele waarde: Ondersteunt de snelle kwantificering van de lengte en diameter van stolonen en rhizomen over grote steekproefsets.
- Voorspellende waarde: Faciliteert de correlatie van morfologische kenmerken met biochemische routes voor de identificatie van lead-verbindingen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve lengte- en diametergegevens die geschikt zijn voor standaardisatie en reproduceerbaarheid van de assay.
- Operationele waarde: Maakt uitsluiting van overbodige plantendelen mogelijk via diameterdrempelwaarden, wat de specificiteit van de meting verbetert.
- Schaalbaarheid: Maakt de verwerking van talrijke monsters mogelijk via geautomatiseerde beeldanalyse, waardoor de doorvoersnelheid wordt verhoogd.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Levert ziekterelevante systeemgegevens voor grassen die worden gebruikt in voer- en weidesystemen.
- Mechanische risicoreductie: Koppelt structurele ontwikkeling aan seizoensgebonden groeipatronen, ter ondersteuning van voorspellende modellering.
- Afstemming van biomarkers: Maakt het mogelijk om de dichtheid van stolonen en rhizomen te volgen als potentiële fenotypische indicatoren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen workflows van vroege ontdekking tot preklinisch onderzoek door kwantificeerbare morfologische resultaten te leveren die bijdragen aan de betrouwbaarheid van het target en de analyse van signaalpaden.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten met betrekking tot groeidynamiek en structurele ontwikkeling in plantgebaseerde systemen.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve metingen die betrouwbare vergelijkingen tussen verbindingen of condities mogelijk maken.
- Analytics: Levert de totale lengte, gemiddelde diameter en het drooggewicht, wat multivariate analyse faciliteert.
- Translationeel onderzoek: Verbindt morfologische gegevens aan seizoensvariaties en cultivarverschillen voor voorspellende modellering.
- Enterprise-hergebruik: Vestigt een gestandaardiseerd imaging-protocol dat toepasbaar is op diverse grassoorten en monstertypes.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in associaties tussen kenmerken en fenotypes door middel van nauwkeurige morfometrie.
- Operationele waarde: Vermindert de arbeidsintensiteit en menselijke fouten bij handmatige lengte- en diametermetingen.
- Strategische waarde: Maakt datagestuurde go/no-go-beslissingen mogelijk in vroege stadia van programma's voor natuurlijke producten.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering op basis van de consistentie van structurele kenmerken over verschillende cultivars.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in de preparatie van plantmonsters en het bedienen van software voor beeldanalyse.
- Afhankelijk van toegang tot scanapparatuur zoals WinRHIZO en gecontroleerde lichtomgevingen.
- Vereist gestandaardiseerde reinigingsprotocollen om wortels en bladeren te verwijderen die de analyse kunnen beïnvloeden.
- Vereist optimalisatie van de instellingen voor diameterklassen om artefacten met een kleine diameter uit te sluiten.
- Beperkt tot monsters die zonder overlap op transparante trays kunnen worden uitgespreid voor een nauwkeurige scan.
