Artykuł metodologiczny

Wielotorowe podejścia do fenotypowania w celu scharakteryzowania systemów korzeniowych trzciny cukrowej

DOI:

10.3791/63596

⸱

17 sierpnia 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Crop Production, Indian Council of Agricultural Research-Sugarcane Breeding Institute (ICAR-SBI), 2Division of Crop Improvement, ICAR-SBI, 3ICAR-SBI Research Centre, 4ICAR-SBI Regional Centre

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Charakterystyka cech systemu korzeniowego jest jednym z obszarów badań, który jest wciąż w powijakach, szczególnie w przypadku trzciny cukrowej. Integracja wielu podejść do precyzyjnego fenotypu korzeni trzciny cukrowej prowadzi do kompleksowych i holistycznych wyników, umożliwiając wykorzystanie zidentyfikowanych cech i mechanizmów w hodowli konwencjonalnej i molekularnej.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Korzenie są głównymi przewodnikami wody i składników odżywczych oraz odgrywają istotną rolę w utrzymaniu wzrostu i plonowania w stresującym środowisku. Badanie korzeni roślin stwarza trudności metodologiczne w ocenie in situ i pobieraniu próbek, co jest szczególnie prawdziwe w przypadku trzciny cukrowej (Saccharum spp.). Tradycyjne metody w latach dwudziestych XX wieku udokumentowały zmienność genotypową w systemach korzeniowych trzciny cukrowej, po czym do niedawna opisano niewiele badań nad cechami korzeni trzciny cukrowej jako takimi . Oprócz morfologii, cechy ryzosfery, w tym efekty allelopatyczne i/lub powinowactwo do symbiozy drobnoustrojów, determinują zakładanie i przetrwanie roślin.

Ostatecznie systemy korzeniowe definiują nadziemną produktywność trzciny cukrowej. Wraz z impulsem do tworzenia odmian odpornych na zmiany klimatu, coraz bardziej istotne staje się badanie i wykorzystywanie zmienności cech systemu korzeniowego trzciny cukrowej. W artykule opisano wielotorowe podejścia do fenotypowania korzeni trzciny cukrowej, w tym wykopy terenowe poprzez pobieranie próbek z rowów, użycie próbnika rdzenia korzeniowego, podniesione platformy do pobierania próbek korzeni oraz hodowlę roślin w kulturze hydroponicznej, stosowane przez zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych - Instytutu Hodowli Trzciny Cukrowej (ICAR-SBI).

Wykopy polowe poprzez pobieranie próbek z rowów są niezbędne do oceny korzeni roślin w ich naturalnym środowisku uprawy. Zastosowanie podniesionych platform symulujących warunki polowe i próbnika rdzenia korzeniowego jest alternatywnym podejściem, ze znacznym skróceniem czasu, jednolitą wielkością próbki i mniejszymi stratami materiału korzeniowego. Hydroponiczna uprawa roślin umożliwia badanie morfologii, cech anatomicznych i biologii ryzosfery, w tym wysięku związków organicznych i interakcji mikrobiologicznych. Dane uzyskane w wyniku różnych eksperymentów z wykorzystaniem różnych metod pobierania próbek wzbogacają bogactwo informacji na temat cech systemu korzeniowego trzciny cukrowej.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Trzcina cukrowa (Saccharum spp.), ważne źródło pożywienia i bioenergii, jest znaczącą uprawą przemysłową nadającą się do uprawy w wielu krajach o tropikalnych i subtropikalnych warunkach klimatycznych. Dzięki szlakowi fotosyntezy C4 do asymilacji węgla, trzcina cukrowa jest wysoce wydajna, efektywnie wykorzystując środki produkcji rolnej, takie jak woda i nawozy. Przetwarzanie trzciny cukrowej po zbiorach daje produkty o wartości ekonomicznej, takie jak cukier i jaggery, a także ich produkty uboczne - melasa, etanol i energia. Trzcina cukrowa jest produkowana przez prawie 100 krajów na powierzchni 25,97 Mha, co stanowi około 1,5% całkowitych gruntów ornych. Same Indie odpowiadają za 16% światowej produkcji trzciny cukrowej (około 306 mln ton), przy średniej wydajności 70 t·ha−1 1. Główne stresy abiotyczne drastycznie wpływające na produkcję trzciny cukrowej obejmują deficyt wody, gromadzenie się wody, ekstremalne temperatury i właściwości gleby, takie jak niedobór składników odżywczych, zasolenie, sodowość i zasadowość. Największym wyzwaniem dla rozwoju abiotycznych upraw odpornych na stres jest wskazanie konkretnych cech, które dają znaczną przewagę w plonach w warunkach stresowych.

Kilka aspektów fizjologii trzciny cukrowej jest słabo poznanych, w tym zależność między korzeniami a pędami, która drastycznie wpływa na produktywność trzciny. Korzeń trzciny cukrowej nie jest tak dobrze zbadany jak pędy, chociaż różne typy, takie jak korzenie kostki brukowej, korzenie pędów i korzenie dorosłe, mogą być rozwojowo różne o różnych funkcjach. Zaobserwowano różnice genotypowe w odniesieniu do liczby i długości korzeni kostki brukowej powstających podczas kiełkowania2. Korzenie kostki brukowej biorą udział w kiełkowaniu pąków trzciny cukrowej, zapewniając wczesne założenie uprawy, a następnie są zastępowane przez korzenie pędów, które są mocne, wyłaniając się z podstawy rozwijającego się pędu3. Drobne gałęzie obserwowane w korzeniach kostki brukowej pomagają w zakotwiczeniu młodych roślin i pomagają w wchłanianiu wody i składników odżywczych, dopóki nie zostaną zastąpione przez korzenie pędów. Podobnie jak korzenie kostki brukowej, korzenie pędów również wyrastają z zawiązków korzeniowych obecnych w dolnych, nierozszerzonych międzywęźlach trzciny.

Ponieważ korzenie pędów utrzymują się w roślinie przez dłuższy czas, są 4x-10x grubsze niż korzenie kostki brukowej. Korzenie pędów stanowią jedyny system korzeniowy trzciny cukrowej, odgrywając ważną rolę w dalszym wzroście i rozwoju. Wigor korzeni pędów jest pozytywnie związany z ogólnym wigorem wegetatywnym rośliny. Ciągły rozwój korzeni wynikający z obrotu korzeni brukowanych i korzeni pędów powoduje powstanie "dorosłego systemu korzeniowego" trzciny cukrowej, który stale dostosowuje się do panujących warunków środowiskowych. Ogólnie rzecz biorąc, głębszy, bardziej płodny system korzeniowy sprawia, że uprawa ma dostęp do większej ilości wody i składników odżywczych niż płytsza dystrybucja korzeni. Okresowe preparacje wykazały, że gdy wilgotność gleby była wysoka, obserwowano płytkie systemy korzeniowe, podczas gdy znacznie głębszy system korzeniowy rozwijał się wraz ze spadkiem zwierciadła wody2. System korzeniowy trzciny cukrowej pozostaje aktywny nawet po zbiorach plonów, przyczyniając się do wzrostu rośliny ratoon, dopóki z podziemnych pąków nie wyłonią się nowe korzenie pędów4. Kąt korzeniowy i poziom rozgałęzienia korzeni to dwa ważne czynniki decydujące o objętości gleby badanej przez korzenie roślin. Kąt korzeniowy, cecha genotypowa, może zostać zmieniony za pomocą konwencjonalnych metod hodowlanych lub molekularnych w celu poprawy tolerancji na stresy biotyczne i abiotyczne. Wręcz przeciwnie, na poziom rozgałęzienia korzeni największy wpływ ma środowisko, co wymaga okresowego monitorowania rozwoju korzeni i ich reakcji na lokalne warunki glebowe.

Zbadano cechy anatomiczne korzeni trzciny cukrowej w celu ustalenia różnic w odniesieniu do genotypu i środowiska. Anatomia korzeni kostki brukowej trzciny cukrowej przypomina anatomię dojrzałych korzeni innych traw, takich jak kukurydza, w których kora składa się z dobrze zróżnicowanych warstw komórkowych w regularny wzór. Endoderma jest korkowata, a następnie jednowarstwowy perycykl. Pierwiastki metaksylemu są głównymi przewodnikami lub jonami wodnymi i odżywczymi, ułożonymi promieniście i przeplatanymi grupami łyka, przy czym te ostatnie zawierają element sitowy z dwiema komórkami towarzyszącymi. Duża centralna masa niezróżnicowanych komórek tworzy rdzeń korzenia. Wyraźne cechy anatomiczne odmian trzciny cukrowej odpowiadają właściwościom hydraulicznym korzeni, wpływając tym samym na ruch wody. Wczesne badania nad różnicami w cechach anatomicznych korzeni trzciny cukrowej wykazały, że w warunkach stresu o niskiej wilgotności obserwowano wyraźne pogrubienie ściany komórkowej w warstwach bezpośrednio wewnątrz endodermy, między rdzeniem a obszarem naczyniowym oraz wokół naczyń5. Tak zagęszczone komórki mogą być adaptacją zapobiegającą wstecznemu przepływowi soków i zapewniającą wytrzymałość mechaniczną podczas stresu.

Niektóre ważne cechy związane z odpornością trzciny cukrowej na suszę obejmują względną grubość i liczbę warstw egzodermalnych, stosunek kory do steli, przestrzenie międzykomórkowe w korze i pogrubione końcówki włośników. Stosunek powierzchni zajmowanej przez komórki korowe do powierzchni zajmowanej przez tkanki gwiaździste korzeni pędów jest istotnie różny wśród odmian trzciny cukrowej, z dużą zmiennością w odniesieniu do powierzchni steli6. Przewodność hydrauliczna korzeni trzciny cukrowej jest związana z wielkością i liczbą pierwiastków metaksylemu w korzeniach pędów. Hydrofobowe warstwy komórkowe w korzeniu prawdopodobnie definiują strefy apoplastycznego ruchu wody. Suberyzowane pasma Caspara znajdują się w endodermie i w tkance podskórnej (określane jako egzodermia), które służą jako bariery hydrofobowe. Rozpad komórek korowych prowadzi do powstawania lizygennej aerenchymy w starszych korzeniach oraz u roślin poddanych warunkom niedotlenienia, niezależnie od wieku rozwojowego. Powstawanie aerenchymy podczas stresu wodnego jest skorelowane z utrzymaniem wzrostu odmian odpornych7.

Morfologia i anatomia korzeni Erianthus arundinaceus [Retzius] Jeswiet (rodzaje spokrewnione z Saccharum spp.) są związane z jego silną tolerancją na stresy środowiskowe8. Korzenie Erianthus arundinaceus mają korzenie węzłowe rozmieszczone pod stromymi kątami, z gęstymi włoskami korzeniowymi, które ułatwiają pobieranie wody i jonów składników odżywczych z głębszych stref gleby. System głębokich korzeni składa się z wielu korzeni węzłowych rosnących o stromych kątach wzrostu. Średnica korzeni węzłowych koreluje z wielkością i liczbą dużych naczyń ksylemu, przy czym te pierwsze wahają się znacznie od 0,5 mm do 5,0 mm. Te korzenie węzłowe tworzą również pochewkę kłączową, z tkanką podskórną wykazującą zdrewniałą sklerenchymę w zewnętrznej korze (egzodermis), lizygenną aerenchymę w środkowej części kory i granulki skrobi na steli. Oprócz architektury i cech morfologicznych, związki organiczne wydzielane przez korzenie odgrywają ważną rolę w określaniu kiełkowania, zakładania i przetrwania roślin, z prawdopodobnymi efektami allelopatycznymi i/lub powinowactwem do symbiozy drobnoustrojów.

Aktywność enzymatyczna korzeni i drobniejsze szczegóły morfologii, w tym pigmentacja kapelusza korzenia i potencjał odmładzający po urazie, zostały udokumentowane w odmianach trzciny cukrowej uprawianych w kulturze hydroponicznej9. Wzrost korzeni wykazuje wysoce plastyczną reakcję na zmiany w środowisku glebowym, zarówno pod względem formy, jak i wielkości systemu korzeniowego. Najbardziej wydajna odmiana trzciny cukrowej to taka, która ma niewiele lub optymalną liczbę pędów, z odpowiednio mniejszą liczbą korzeni, co pomaga w lepszym przetrwaniu w stresujących warunkach. Systematyczne badanie systemu korzeniowego powinno zatem stanowić ważny element każdego programu poprawy upraw10. Większość eksperymentów skupiających się na korzeniach opiera się głównie na aspektach rozwojowych, podczas gdy często brakuje skupienia się na plastyczności funkcjonalnej11. Oprócz rozmieszczenia strukturalnego, funkcjonalna plastyczność korzeni odgrywa kluczową rolę w przetrwaniu w warunkach stresu, a zatem wspierałaby hodowców w ich wysiłkach na rzecz włączenia cech systemu korzeniowego do procesu selekcji tolerancji na stres abiotyczny i poprawy odporności trzciny cukrowej.

Biorąc pod uwagę jej znaczenie w utrzymaniu wzrostu i plonowania w stresujących warunkach, konieczne jest zbadanie i wykorzystanie nieodłącznej zmienności cech systemu korzeniowego trzciny cukrowej. Nacisk na dobór cech składowych i mechanizmów zapewniających doskonałe systemy korzeniowe jest drogą do lepszej wydajności upraw w zmieniających się warunkach klimatycznych. Ocena fenotypowa jest długim i kosztownym procesem; Jednak integracja wielotorowych podejść przyniosłaby ogromną wartość dodaną do jego użyteczności w ulepszaniu upraw. W tym manuskrypcie opisano cztery różne podejścia do fenotypowania korzeni trzciny cukrowej, z których każde ma swój własny zestaw zalet i wad, co sugeruje, że do uzyskania kompleksowych i holistycznych wyników potrzebny jest wspólny wysiłek.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Wykopy terenowe poprzez pobieranie próbek z rowów

  1. Hodować komercyjne hybrydy trzciny cukrowej (zwane dalej "odmianami") na polu z dwupączkowej kostki brukowej posadzonej w odstępach między rzędami 120 cm, z 90 cm w rzędach, zgodnie z zalecanym pakietem praktyk (TZO) w celu zapewnienia dobrego zakładania i wzrostu upraw.
  2. Pod koniec fazy dojrzałości uprawy należy zatrudnić koparkę do wykopania rowu (o głębokości 1,5 m i szerokości 1,0 m) na polu. Poprzez ciągłe strumieniowanie wodą upewnij się, że gleba ze stref korzeniowych jest oczyszczona bez uszkadzania korzeni (rysunek 1).
  3. Gdy przylegająca gleba rozluźni się, wyrwij trzcinę wraz z systemem korzeniowym i zabierz ją do laboratorium w celu ręcznego pomiaru liczby korzeni, długości korzeni, objętości i wagi.

figure-protocol-1
Rysunek 1: Metoda pobierania próbek rowu do wykopów terenowych korzeni. (A) Wykop wykopany wzdłuż pola, (B) strumieniowanie wodą oraz (C) widok wewnętrzny pokazujący głębokość rowu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Próbnik rdzenia korzeniowego w celu zmniejszenia błędów próbkowania

  1. Do pobierania próbek korzeni trzciny cukrowej w terenie należy użyć cylindrycznego próbnika rdzeniowego o wysokości 61 cm i średnicy 16 cm, wykonanego z materiału ze stali miękkiej (MS). Na dolnej krawędzi próbnika należy zapewnić ostrą krawędź, aby ułatwić penetrację podczas wkładania go do gleby. Zaopatrzyć górną część w kołnierze o średnicy 3 cm w celu podniesienia próbnika (Rysunek 2).
  2. Odmiany trzciny cukrowej należy uprawiać na polu z dwupączkowej kostki brukowej posadzonej w odstępach między rzędami 120 cm, z 90 cm w rzędach, zgodnie z zalecanym POP, aby zapewnić dobre założenie i wzrost plonów.
  3. W fazie dojrzałości uprawy przymocować górną krawędź próbnika do pędu głównego/trzciny i ciągle wbijać młotkiem, aby osiągnąć żądaną głębokość gleby (45 cm). Podnieść całą masę gleby do próbnika i ostrożnie umyć pod bieżącą wodą, aby oddzielić przylegające korzenie.
  4. Po dokładnym umyciu korzeni zapisz objętość, powierzchnię, długość i wagę za pomocą ręcznego pomiaru, a także rozkładając korzenie na przezroczystych tacach, aby zeskanować i przeanalizować odpowiednie zdigitalizowane obrazy za pomocą odpowiedniego oprogramowania (patrz tabela materiałów).

figure-protocol-2
Rysunek 2: Próbnik rdzenia głównego. (A) wymiary, (B) widok z góry, oraz (C) miejsce pobierania próbek. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

3. Struktura fenotypowania korzeni w celu ułatwienia pobierania próbek w różnych fenofazach

  1. Skonstruować strukturę fenotypowania korzeni składającą się z trzech przylegających do siebie komór o wymiarach 4,5 m x 10,1 m do pobierania próbek korzeni trzciny cukrowej, z możliwością ręcznego demontażu ścian bocznych w celu odsłonięcia podziemnego systemu korzeniowego (do głębokości 80-100 cm) (ryc. 3). Ściany boczne należy wykonać z prefabrykowanych płyt o wymiarach 1,8 m długości, 30 cm szerokości i 4 cm grubości.
  2. Wypełnij i zagęścij konstrukcję ziemią polową, pozostawiając przestrzeń nad głową ~20 cm, z odpowiednimi otworami drenażowymi ułatwiającymi napowietrzenie gleby.
  3. Zasiać rozdrobnienia klonów plazmy zarodkowej obejmujących Saccharum officinarum L., Saccharum spontaneum L., Saccharum barberi Jesw., Saccharum sinense Roxb. oraz Saccharum robustum Brandes i Jeswiet ex Grassl. (zwane dalej "klonami Saccharum spp.) i pozwolić im kiełkować przez 30 dni w tackach zawierających pożywki ukorzeniające (czerwona gleba: obornik: piasek = 2:2:1). Równomierne i zdrowe osady należy sadzić w strukturze w rozstawie rzędów 90 cm, z 60 cm w rzędach, zgodnie z zalecanym POP, aby zapewnić dobre założenie i wzrost plonów.
  4. Podczas fazy formacji (60-120 dni po posadzeniu [DAP]) i wielkiego wzrostu (120-150 DAP) należy ręcznie usunąć ściany boczne wykonane z prefabrykowanych płyt, a następnie kontynuować natryskiwanie strumieniem wody w celu odsłonięcia korzeni.
  5. Wyrwij cały system korzeniowy z korzeniami i zabierz go do laboratorium w celu ręcznego pomiaru długości, objętości i masy, a następnie rozłóż korzenie na przezroczystych tacach, aby zeskanować i przeanalizować odpowiednie zdigitalizowane obrazy w oprogramowaniu, do którego się odwołuje (patrz Tabela materiałów).
  6. Nałożyć stres związany z suszą, wstrzymując nawadnianie w jednej z komór i zatkać otwory drenażowe w drugiej komorze, aby utrzymać nasycenie gleby, aby symulować stres związany z nasiąkaniem wodą. Trzecią komorę należy nawadniać zgodnie z zalecanym POP, aby utrzymać pojemność pola i służyć jako kontrola.

figure-protocol-3
Rysunek 3: Struktura fenotypowania korzeni. (A) wymiary, (B) przegląd trzech przedziałów i (C) widok jednej komory. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Hydroponiczna kultura roślin w celu badania biologii ryzosfery

  1. Wyprodukuj własny system hydroponiczny w kontrolowanej przez środowisko szklarni sprzyjającej uprawie trzciny cukrowej, aby zbadać najdrobniejsze szczegóły biologii korzeni. Dodać ~15 l zmodyfikowanej pożywki Hoaglanda (Tabela 1) do szklanych zbiorników o wymiarach 20 cm x 20 cm x 50 cm, z napowietrzaniem zapewnionym przez pompy akwariowe (Rysunek 4).
  2. Zasiać wiórki pąków odmian trzciny cukrowej i klonów Saccharum spp. i pozwolić im kiełkować przez 30 dni w tacach zawierających kompostowany rdzeń z włókna kokosowego. Przeszczep jednolite i zdrowe osady do zbiorników hydroponicznych z częstotliwością trzech osiadań na zbiornik, uważając, aby umieścić cały korzeń w pożywce. Przykryj zbiorniki czarną szmatką, aby upewnić się, że korzenie nie są wystawione na działanie światła. Użyj plastikowej siatki (20 cm x 20 cm) na brzegu szklanych zbiorników, aby podeprzeć rośliny w pozycji pionowej.
  3. Pod koniec fazy kiełkowania (60 dni) należy zebrać wysięki z korzeni, zanurzając korzenie nienaruszonych roślin w 50 ml roztworu pułapki (sterylna woda podwójnie destylowana) na 4 godziny (od 0800 h do 1200 h) w czasie szczytowej aktywności fotosyntetycznej. Przefiltruj zebrany roztwór przez bibułę filtracyjną Whatman, a następnie przepuść go przez szklane kolumny wypełnione wymieniaczem anionowym, a następnie żywicami kationowymiennymi12. Uwolnione frakcje odparować do sucha i przechowywać w temperaturze -20 °C do czasu dalszej obróbki.
  4. Analizować przetworzone próbki wysięku korzeniowego za pomocą HPLC w celu oznaczenia kwasów organicznych12 oraz za pomocą spektrofotometrii w celu oszacowania całkowitej ilości fenoli13, białek14, cukrów15 i aminokwasów16 zgodnie ze standardowym protokołem.
  5. Monitoruj wzrost korzeni w odstępach tygodniowych, aby rejestrować pigmentację wierzchołków korzeni i gęstość włośników. Ocenić aktywność enzymów, peroksydazy17 i dysmutazy ponadtlenkowej18 oraz całkowitej zawartości fenoli19 w 3 miesiącu zgodnie ze standardowym protokołem.
  6. Oceń reakcję na uszkodzenie korzenia, zadając podłużny plaster w korzeniu pierwotnym aż do wierzchołka korzenia za pomocą sterylnego ostrza chirurgicznego i okresowo monitoruj zmiany.
ChemicznyKońcowe stężenie
Azotan potasu0,608 g·L-1
Azotan wapnia1.415 g·L-1
Diwodorofosforan potasu0.164 g·L-1
Siarczan magnezu0.560 g·L-1
Sól monosodowa EDTA-żelaza6.00 g·250L-1
Kwas borowy1,43 g·250L-1
Chlorek manganu czterowodny0,91 g·250L-1
Siarczan0,11 g·250L-1
Suphate miedziowy0,04 g·250L-1
Kwas molibdenowy0,01 g250L-1

Tabela 1: Skład zmodyfikowanej pożywki do hydroponicznej uprawy trzciny cukrowej.

figure-protocol-4
Rysunek 4: Konfiguracja hydroponiki. Konfiguracja (A) dostosowana do uprawy trzciny cukrowej i (B) 5-miesięczna uprawa (tkanina usunięta tylko w celach fotograficznych). Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Hari et al.9. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zmienność cech morfologicznych korzeni odmian trzciny cukrowej
Reprezentatywne obrazy systemu korzeniowego w Co 62175, wykopanego z pola przez pobranie próbek z rowów i wyhodowanego w konfiguracji hydroponicznej, przedstawiono na rysunku 5A,B. Długie korzenie (~100 cm) zaobserwowano u odmian Co 62175 i Co 99006, przy czym największą masę korzeni odnotowano u Co 99006 (127 g·kęp1). Cechy korzeni zarejestrowano za pomocą próbnika rdzenia korzenio...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Systemy korzeniowe definiują nadziemną produktywność trzciny cukrowej, co wymaga zbadania i dokładnego zrozumienia wszystkich jej aspektów w celu opracowania odmian odpornych na zmiany klimatu. Zespół naukowców z ICAR-SBI, składający się z fizjologów roślin, mikrobiologa, inżyniera rolnictwa, biochemika i hodowców roślin, zastosował wielotorowe podejścia do fenotypowania korzeni trzciny cukrowej, w tym wykopy terenowe poprzez pobieranie próbek z rowów, użycie próbnika rdzenia korzeniowego, podniesione platformy do pobier...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszyscy autorzy deklarują, że nie występują konflikty interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy doceniają infrastrukturę i wsparcie udzielone przez dyrektora ICAR-Sugarcane Breeding Institute, Coimbatore, w celu stworzenia urządzeń do fenotypowania korzeni trzciny cukrowej. Finansowanie zapewnione przez Radę ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych, Departament Nauki i Technologii, Rząd Indii, w formie Nagrody za Badania na Wczesnym Etapie Kariery dla KV (ECR/2017/000738), zostaje należycie uznane. Autorzy dziękują Brindha, Karpagam, Rajesh, Sivaraj i Amburose za ich pomoc w skrupulatnym generowaniu danych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Pompa napowietrzająca z akcesoriami do rurociągówZakupione z lokalnych źródełNIEUżywany do hydroponicznej uprawy trzciny cukrowej
Kwas borowyLaboratoria Badawcze Sisco, Indie80266Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Azotan wapniaCentralny Dom Narkotykowy, Indie27606Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Kompostowany rdzeń z włókna kokosowegoZakupione z lokalnych źródełNIESłuży do kiełkowania kostki brukowej z trzciny cukrowej
Siarczan miedziLaboratoria Badawcze Sisco, Indie38869Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
DEAE-celulozaLaboratoria Badawcze Sisco, Indie10529Żywica anionowymienna do przetwarzania wysięków korzeniowych
Sól monosodowa EDTA-żelazaLaboratoria Badawcze Sisco, Indie59389Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Obornik z podwórkaZakupione z lokalnych źródełNIESłuży do kiełkowania kostki brukowej z trzciny cukrowej
Zbiorniki szklaneProdukowane we własnym zakresieNIEUżywany do hydroponicznej uprawy trzciny cukrowej
HPLC (Metoda HPLC)Technologie Agilent1200 NieskończonośćKwantyfikacja kwasów organicznych w wysiękach korzeniowych
Siarczan magnezuLaboratoria Badawcze Sisco, Indie29117Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Chlorek manganuLaboratoria Badawcze Sisco, Indie75113Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Kwas molibdenowyLaboratoria Badawcze Sisco, Indie49664Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Diwodorofosforan potasuCentralny Dom Narkotykowy, Indie29608Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Azotan potasuCentralny Dom Narkotykowy, Indie29638Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda
Arkusze danychProdukowane we własnym zakresieNIESłuży do kiełkowania kostki brukowej z trzciny cukrowej
Czerwona glebaZakupione z lokalnych źródełNIESłuży do kiełkowania kostki brukowej z trzciny cukrowej
Próbnik rdzenia korzeniowegoProdukowane we własnym zakresieNIESłuży do pobierania próbek korzeniowych in situ
PiasekZakupione z lokalnych źródełNIESłuży do kiełkowania kostki brukowej z trzciny cukrowej
Seralit-120Laboratoria Badawcze Sisco, Indie14891żywica kationowymienna do przetwarzania wysięków korzeniowych
Rama nośnaZakupione z lokalnych źródełNIEUżywany do hydroponicznej uprawy trzciny cukrowej
Pompa z silnikiem wodnymZakupione z lokalnych źródełNIEUżywany do hydroponicznej uprawy trzciny cukrowej
Bibuła filtracyjna Whatman klasa 1Uniwersalna naukowa1001090Przetwarzanie wysięków korzeniowych
WinRhizo PRO (oprogramowanie)Regent Instruments Inc., KanadaSTD4800Dwuwymiarowy skaner korzeni z oprogramowaniem do analizy korzeni
SiarczanLaboratoria Badawcze Sisco, Indie76455Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Hoaglanda

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Crops and livestock products. FAOSTAT. , Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (2019).
  2. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
  3. Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J. Growth and function of the sugarcane root system. Field Crops Research. 92 (2-3), 169-183 (2005).
  4. Glover, J. The behaviour of the root-system of sugarcane at and after harvest. Proceedings of the South African Sugar Technologists Association. 42, 133-135 (1968).
  5. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Sugarcane root systems: Studies in development and anatomy. Agricultural Journal of India. 17 (4), 416-418 (1922).
  6. Saliendra, N. Z., Meinzer, F. C. Genotypic, developmental and drought-induced differences in root hydraulic conductance of contrasting sugarcane cultivars. Journal of Experimental Botany. 43 (9), 1209-1217 (1992).
  7. Gilbert, R. A., Rainbolt, C. R., Morris, D. R., Bennet, A. C. Morphological responses of sugarcane to long-term flooding. Agronomy Journal. 99 (6), 1622-1628 (2007).
  8. Shiotsu, F., Abe, J., Doi, T., Gau, M., Morita, S. Root morphology and anatomy of field-grown Erianthus arundinaceus. American Journal of Plant Sciences. 6 (1), 103-112 (2015).
  9. Hari, K., Vasantha, S., Anna Durai, A., Brindha, C., Shruthi, P. Sugarcane root growth and development in hydroponics system. Journal of Sugarcane Research. 7 (2), 71-82 (2017).
  10. Matsuoka, S., Garcia, A. A. F. Sugarcane underground organs: Going deep for sustainable production. Tropical Plant Biology. 4, 22-30 (2011).
  11. Koevoets, I. T., Venema, J. H., Elzenga, J. T. M., Testerink, C. Roots withstanding their environment: Exploiting root system architecture responses to abiotic stress to improve crop tolerance. Frontiers in Plant Science. 7, 1335(2016).
  12. Vengavasi, K., Pandey, R. Root exudation index: Screening organic acid exudation and phosphorus acquisition efficiency in soybean genotypes. Crop and Pasture Science. 67 (10), 1096-1109 (2017).
  13. Bray, H. G., Thorpe, W. V. Analysis of phenolic compounds of interest in metabolism. Methods of Biochemical Analysis. 1, 27-52 (1954).
  14. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., Randall, R. J. Protein measurement with the folin phenol reagent. The Journal of Biological Chemistry. 193 (1), 265-275 (1951).
  15. Hedge, J. E., Hofreiter, B. T. Determination of total carbohydrate by anthrone method. Carbohydrate Chemistry: Volume 17. , Academic Press. New York. (1962).
  16. Moore, S., Stein, W. H. Polyphenol oxidase. Methods in Enzymology. Vol 468. , Academic Press. New York. (1948).
  17. Malik, C. P., Singh, M. B. Plant Enzymology and Histo-enzymology: A text manual. , Kalyani Publications. New Delhi. (1980).
  18. Beauchamp, C., Fridovich, I. Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry. 44, 276-287 (1971).
  19. Singleton, V. L., Rossi, J. A. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture. 16, 144-158 (1965).
  20. Rege, R. D., Wagle, P. V. Problems of sugarcane physiology in the Deccan canal tract. III. The root-system. The Indian Journal of Agricultural Science. 2 (3), 356-373 (1940).
  21. Ryker, T. C., Edgerton, C. W. Studies on sugar cane roots. LSU Agricultural Experiment Station Reports. 223, (1931).
  22. Jensen, J. H. Some studies of root habits of sugar cane in Cuba. The Tropical Plant Research Foundation. , New York. (1931).
  23. Kücke, M., Schmid, H., Spiess, A. A comparison of four methods for measuring roots of field crops in three contrasting soils. Plant and Soil. 172 (1), 63-71 (1995).
  24. Noordwijk, M., et al. Trench Profile Techniques and Core Break Methods. Root Methods: A handbook. , Springer. Berlin, Heidelberg. (2001).
  25. De Azevedo, M. C. B., Chopart, J. L., Medina, C. C. Sugarcane root length density and distribution from root intersection counting on a trench-profile. Scientia Agricola. 68 (1), 94-101 (2011).
  26. Nissen, T., Rodriguez, V., Wander, M. Sampling soybean roots: A comparison of excavation and coring methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 39 (11-12), 1875-1883 (2008).
  27. Burridge, J. D., et al. An analysis of soil coring strategies to estimate root depth in maize (Zea mays) and common bean (Phaseolus vulgaris). Plant Phenomics. 2020, 3252703(2020).
  28. Schroth, G., Kolbe, D. A method of processing soil core samples for root studies by subsampling. Biology and Fertility of Soils. 18, 60-62 (1994).
  29. Chandran, K., Nisha, M., Arun Kumar, R., Krishnapriya, V. Breeding varieties resistant to waterlogging. ICAR-SBI Annual Report 2016-17. , 128(2016).
  30. Wu, Q., Wu, J., Zheng, B., Guo, Y. Optimizing soil-coring strategies to quantify root-length-density distribution in field-grown maize: Virtual coring trials using 3-D root architecture models. Annals of Botany. 121 (5), 809-819 (2018).
  31. Joshi, D. C., et al. Development of a phenotyping platform for high throughput screening of nodal root angle in sorghum. Plant Methods. 13, 56(2017).
  32. Koyama, T., Murakami, S., Karasawa, T., Ejiri, M., Shiono, K. Complete root specimen of plants grown in soil-filled root box: Sampling, measuring, and staining method. Plant Methods. 17, 97(2021).
  33. Gomathi, R., Gururaja Rao, P. N., Chandran, K., Selvi, A. Adaptive responses of sugarcane to waterlogging stress: An overview. Sugar Tech. 17, 325-338 (2014).
  34. Misra, V., et al. Morphological assessment of water stressed sugarcane: a comparison of waterlogged and drought affected crop. Saudi Journal of Biological Sciences. 27 (5), 1228-1236 (2020).
  35. Robinson, N., et al. Sugarcane genotypes differ in internal nitrogen use efficiency. Functional Plant Biology. 34 (12), 1122-1129 (2007).
  36. Arruda, B., et al. Biological and morphological traits of sugarcane roots in relation to phosphorus uptake. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 16 (4), 901-915 (2016).
  37. Sharma, S., Borah, P., Meena, M. K., Bindraban, P., Pandey, R. Evaluation of genotypic variation for growth of rice seedlings under optimized hydroponics medium. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 78 (3), 292-301 (2018).
  38. Soumya, P. R., Singh, D., Sharma, S., Singh, A. M., Pandey, R. Evaluation of diverse wheat (Triticum aestivum) and triticale (× Triticosecale) genotypes for low phosphorus stress tolerance in soil and hydroponic conditions. Journal of Soil Science. 21, 1236-1251 (2021).
  39. Ganie, A. H., et al. Metabolite profiling and network analysis reveal coordinated changes in low-N tolerant and low-N sensitive maize genotypes under nitrogen deficiency and restoration conditions. Plants. 9 (11), 1459(2020).
  40. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Simple contrivances for studying root development in agricultural crops. Agricultural Journal of India. 18, 509-514 (1923).
  41. Clark, R. T., et al. High-throughput two-dimensional root system phenotyping platform facilitates genetic analysis of root growth and development. Plant, Cell and Environment. 36 (2), 454-466 (2013).
  42. Chopart, J. L., Rodrigues, S. R., Azevedo, M. C. B., Medina, C. C. Estimating sugarcane root length density through root mapping and orientation modelling. Plant and Soil. 313, 101-112 (2008).
  43. Chopart, J. L., Azevedo, M. C. B., Le Mezo, L., Marion, D. Functional relationship between sugarcane root biomass and length for cropping system applications. Sugar Tech. 12 (3-4), 317-321 (2010).
  44. De Silva, A. L. C., De Costa, W. A. J. M., Bandara, D. M. U. S. Growth of root system and the patterns of soil moisture utilization in sugarcane under rain-fed and irrigated conditions in Sri Lanka. Sugar Tech. 13 (3), 198-205 (2011).
  45. Otto, R., Silva, A. P., Franco, H. C. J., Oliveira, E. C. A., Trivelin, P. C. O. High soil penetration resistance reduces sugarcane root system development. Soil and Tillage Research. 117, 201-210 (2011).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Fenotypowanie korzeni trzciny cukrowejcechy systemu korzeniowegopobieranie pr bek z wykopupr bnik rdzeniowy do korzenikultura hydroponicznabiologia ryzosferymorfologia korzeniwydzieliny korzenioweplastyczno korzenibadania anatomiczne

Powiązane artykuły