Meervoudige fenotyperingsbenaderingen om suikerrietwortelsystemen te karakteriseren

Als primaire geleider van water en voedingsstoffen zijn wortels onmisbaar voor groei en ontwikkeling. Een grondig begrip van het wortelstelsel is belangrijk voor suikerriet, omdat het een jaar duurt om zijn levenscyclus te voltooien. De holistische benadering hier integreert de levensvatbare platforms voor de fenotypering, en dit zal profiteren van het bevorderen van de kennis van suikerrietwortelsystemen en hun reacties om de werkomstandigheden aan te pakken.

Deze methodologie is specifiek voor het suikerrietgewas omdat het een uniek wortelstelsel heeft als een lang gewas. Met kleine aanpassingen kan deze methode echter worden aangepast aan andere gewassen. Kweek om te beginnen de commerciële suikerriethybriden of -variëteiten in het veld met behulp van twee butted sets die zijn geplant op een rijafstand van 120 centimeter en 90 centimeter binnen de rijen.

Volg het aanbevolen pakket praktijken om een goede vestiging en groei van het gewas te garanderen. Zet aan het einde van de rijpheidsfase een graafmachine in om een sleuf van 1,5 meter diep en 1,0 meter breed in het veld te graven. Verwijder de grond van de wortelzones zonder de wortels te beschadigen met continue waterstralen.

Zodra de aanhangende grond loskomt door spuiten, ontwortelt u het riet samen met het wortelstelsel en brengt u het naar het laboratorium voor handmatige meting van de groeiparameters, namelijk het aantal wortels, wortellengte, volume en gewicht. Gebruik een cilindrische wortelkernmonsternemer van 61 centimeter hoog, 16 centimeter in diameter, met een gewicht van acht kilogram en vervaardigd met zacht staal of MS-materiaal voor het bemonsteren van suikerrietwortels in het veld. Het is voorzien van een scherpe rand aan de onderkant voor gemakkelijke penetratie en heeft kragen met een diameter van drie centimeter aan de bovenkant om de sampler op te tillen.

In de rijpingsfase van de commerciële suikerrietoogst bevestigt u de bovenrand van de monsternemer aan de primaire stortkoker of het riet en hamert u continu om de gewenste bodemdiepte van 45 centimeter te bereiken. Til vervolgens de hele grondmassa in de monsternemer en was deze voorzichtig onder stromend water om de aanhangende wortels te scheiden. Meet de fysieke parameters van de plant, zoals planthoogte en bladoppervlak in het laboratorium.

Spreid vervolgens de wortels uit op transparante trays voor het scannen en analyseren van de bijbehorende gedigitaliseerde afbeeldingen met behulp van de software. Construeer een wortelfenotyperingsstructuur bestaande uit drie aangrenzende compartimenten van 4,5 meter bij 10,1 meter voor het bemonsteren van de suikerrietwortels. Zorg ervoor dat de zijwanden handmatig worden gedemonteerd om het ondergrondse wortelstelsel tot een diepte van 80 tot 100 centimeter bloot te leggen.

Vul en verdicht de structuur met veldgrond, laat een hoofdruimte van ongeveer 20 centimeter over en zorg voor voldoende drainagegaten om de beluchting van de grond te vergemakkelijken. Zalf de knopschilfers van kiemplasmaklonen, bestaande uit saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense en saccharum robustum. Laat ze 30 dagen ontkiemen in per tray, bestaande uit wortelmedia.

Na 30 dagen ontkieming transplanteert u de uniforme en gezonde zettingen naar de structuur in de rijen met een afstand van 90 centimeter en een afstand van 60 centimeter binnen de rijen. Volg de aanbevolen POP om een goede vestiging en groei van het gewas te garanderen. Tijdens de vormende fase van 60 tot 120 dagen na het planten en de grote groeifase van 120 tot 150 dagen na het planten, verwijdert u handmatig de zijwanden van de geprefabriceerde platen voordat u continu de waterstraal besproeit om de wortels bloot te leggen.

Ontwortel het hele wortelstelsel en breng het over naar het laboratorium om de fysische parameters te meten. Spreid vervolgens de wortels uit op transparante trays voor het scannen en analyseren van de bijbehorende gedigitaliseerde afbeeldingen in software. Om de biologie van de rhizosfeer en de fijnere details van de wortelbiologie te bestuderen, fabriceert u een intern hydrocultuursysteem in een milieugecontroleerde kas die bevorderlijk is voor de groei van suikerriet.

Voeg in de tanks met afmetingen van 20 bij 20 bij 50 centimeter met aquariumpompen voor beluchting ongeveer 15 liter gemodificeerde Hoagland's Nutrient Solution toe. Verkoop de knopchips van suikerrietvariëteiten en klonen van saccharumsoorten en laat ze 30 dagen ontkiemen in de per trays, bestaande uit gecomposteerd kernmerg voordat de uniforme en gezonde bezinkingen worden overgeplant naar hydrocultuurtanks met een frequentie van drie bezinkingen per tank. Dompel na 60 dagen, wanneer de kiemfase eindigt, de wortels van intacte planten vier uur lang onder in 50 milliliter steriel dubbel gedestilleerd water of valoplossing en verzamel de wortelexudaten tijdens de piek fotosyntheseactiviteit.

Beoordeel de activiteit van de enzymen, peroxidase en superoxide dismutase en het totale fenolgehalte in de derde maand volgens het standaardprotocol. Beoordeel ten slotte de reactie op wortelbeschadiging door een longitudinale snede in de primaire wortel tot aan de wortelpunt toe te brengen met behulp van een steriel chirurgisch mes en controleer de veranderingen periodiek. Bij de wortelfenotypering vertoonden de langere wortels van CO 62175 een superieur wortelstelsel voor cumulatieve wortellengte, worteloppervlak, wortelvolume en gemiddelde worteldiameter.

Saccharum-soorten vertoonden significante variaties in morfologische kenmerken tijdens de vormende fase. Saccharum spontaneous had de hoogste cumulatieve wortellengte per klomp, terwijl saccharum sinense de laagste vertoonde. Saccharum spontaneum vertoonde het hoogste worteloppervlak, het drooggewicht van de wortel, het wortelvolume en de verhouding tussen wortel en scheut.

Saccharum robustum vertoonde het hoogste wortelvolume en de hoogste worteldiameter. Anatomische studies toonden aan dat schlerenchymidis exodermis met lange wortelharen de corticale cellagen verminderde, de corticale oerinchma verhoogde en het staaloppervlak en het aantal xyleemvaten met een grote diameter verhoogde, gunstig was onder droogte, terwijl onder wateroverlast, een grotere worteldiameter en een hoger corticaal celoppervlak met verhoogde aerenchymidiscellen werden waargenomen. Saccharum robustum vertoonde de hoogste totale carboxylaatexsudatie, terwijl de laagste exsudatie werd geregistreerd in saccharum spontaneum.

Bij suikerrietvariëteiten werd een significant verschil in de dichtheid van het wortelhaar waargenomen met variatie in vorm en pigmentatie van de wortelkap. De hoogste peroxidaseactiviteit en het totale fenolgehalte waren aanwezig in C086032 en de laagste in C062175. Tijdens verjongingsstudies toonde Cox 671 het verschijnen van secundaire wortels in drie dagen en Co-06022 duurde 10 dagen met symptomen van veroudering op de derde dag.

We moeten voorzichtig zijn bij het onderbreken van de resultaten die zijn verkregen uit het individuele protocol. Een instituutsstudie van het wortelstelsel is ideaal voor suikerriet, maar controleplatforms kunnen nuttig zijn voor specialistische doeleinden. Het begrijpen van verschillende aspecten van het wortelfenotype is essentieel voor het vrijgeven van de suikerrietvariëteiten.

Het automatiseren van de technieken en het integreren van big data-analyse of kunstmatige intelligentie om de resultaten te interpreteren, zou onze expertise op dit gebied verbreden. Van de resultaten hebben bij het karakteriseren van de eigenschappen van het wortelstelsel onder normale en periodieke stresssituaties de weg vrijgemaakt voor verkennende onderzoeksgebieden zoals wortelplasticiteit, stralende nutrientismen en miotische spanningen.