Wielotorowe podejścia do fenotypowania w celu scharakteryzowania systemów korzeniowych trzciny cukrowej

Jako główny przewodnik wody i składników odżywczych, korzenie są niezbędne do wzrostu i rozwoju. Dokładne zrozumienie systemu korzeniowego jest ważne w przypadku trzciny cukrowej, ponieważ jej cykl życia trwa rok. Holistyczne podejście integruje realne platformy dla fenotypowania, co przyniesie korzyści w pogłębianiu wiedzy na temat systemów korzeniowych trzciny cukrowej i ich reakcji na warunki pracy.

Metodologia ta jest specyficzna dla uprawy trzciny cukrowej, ponieważ ma ona unikalny system korzeniowy jako uprawa długa. Jednak przy niewielkich modyfikacjach metoda ta może być dostosowana do innych upraw. Na początek hoduj komercyjne hybrydy lub odmiany trzciny cukrowej na polu, używając dwóch cieniowanych zestawów posadzonych w odstępach między rzędami 120 centymetrów i 90 centymetrów.

Postępuj zgodnie z zalecanym pakietem praktyk, aby zapewnić dobre założenie i wzrost upraw. Pod koniec fazy dojrzałości zatrudnij koparkę do wykopania rowu o głębokości 1,5 metra i szerokości 1,0 metra na polu. Oczyść glebę ze stref korzeniowych bez uszkadzania korzeni ciągłym strumieniem wody.

Gdy przylegająca gleba poluzuje się w wyniku natryskiwania, wyrwij trzcinę wraz z systemem korzeniowym i zabierz ją do laboratorium w celu ręcznego pomiaru parametrów wzrostu, a mianowicie liczby korzeni, długości korzeni, objętości i masy. Należy użyć cylindrycznego próbnika rdzeniowego o wysokości 61 centymetrów i średnicy 16 centymetrów, ważącego osiem kilogramów i wykonanego przy użyciu stali miękkiej lub materiału MS do pobierania próbek korzeni trzciny cukrowej w terenie. Jest wyposażony w ostrą krawędź u dołu ułatwiającą penetrację i ma kołnierze o średnicy trzech centymetrów u góry do podnoszenia próbnika.

W fazie dojrzałości komercyjnej uprawy trzciny cukrowej przymocować górną krawędź próbnika do zsypu głównego lub trzciny cukrowej i ciągle uderzać młotkiem, aby osiągnąć żądaną głębokość gleby 45 centymetrów. Następnie należy podnieść całą masę gleby do próbnika i dokładnie umyć ją pod bieżącą wodą, aby oddzielić przylegające korzenie. Zmierz parametry fizyczne rośliny, takie jak wysokość rośliny i powierzchnia liści w laboratorium.

Następnie rozłóż korzenie na przezroczystych tacach, aby zeskanować i przeanalizować odpowiednie zdigitalizowane obrazy za pomocą oprogramowania. Zbuduj strukturę fenotypowania korzeni składającą się z trzech sąsiadujących ze sobą przedziałów o wymiarach 4,5 metra na 10,1 metra w celu pobrania próbek korzeni trzciny cukrowej. Należy przewidzieć ręczny demontaż ścian bocznych, aby odsłonić podziemny system korzeniowy na głębokość od 80 do 100 centymetrów.

Wypełnij i zagęść konstrukcję ziemią polową, pozostawiając przestrzeń nad głową około 20 centymetrów i posiadając odpowiednie otwory drenażowe, aby ułatwić napowietrzenie gleby. Wytrawić wiórki pąków klonów plazmy zarodkowej, w tym saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense i saccharum robustum. Pozwól im kiełkować przez 30 dni na tacach, zawierających podłoże ukorzeniające.

Po 30 dniach kiełkowania przeszczep jednolite i zdrowe osady do struktury w rzędach w odstępach 90 centymetrów i 60 centymetrów odległości między rzędami. Postępuj zgodnie z zalecanym POP, aby zapewnić dobre założenie i wzrost upraw. W fazie formowania trwającej od 60 do 120 dni po posadzeniu i w fazie wzrostu trwającej od 120 do 150 dni po posadzeniu, należy ręcznie usunąć ściany boczne wykonane z prefabrykowanych płyt przed ciągłym natryskiwaniem strumienia wody w celu odsłonięcia korzeni.

Wyrwij cały system korzeniowy i przenieś go do laboratorium w celu zmierzenia parametrów fizycznych. Następnie rozłóż korzenie na przezroczystych tacach, aby zeskanować i przeanalizować odpowiednie zdigitalizowane obrazy w oprogramowaniu. Aby zbadać biologię ryzosfery i najdrobniejsze szczegóły biologii korzeni, wyprodukuj własny system hydroponiczny w kontrolowanym przez środowisko szklarni sprzyjającym wzrostowi trzciny cukrowej.

W zbiornikach o wymiarach 20 na 20 na 50 centymetrów z pompami akwariowymi do napowietrzania dodaj około 15 litrów zmodyfikowanego roztworu odżywczego Hoaglanda. Sprzedaj chipsy pąków odmian trzciny cukrowej i klonów gatunków saccharum i pozwól im kiełkować przez 30 dni w tacach na tace, zawierających kompostowany rdzeń rdzeniowy, przed przesadzeniem jednolitych i zdrowych osad do zbiorników hydroponicznych z częstotliwością trzech osiadań na zbiornik. Po 60 dniach od zakończenia fazy kiełkowania zanurz korzenie nienaruszonych roślin w 50 mililitrach sterylnej podwójnie destylowanej wody lub roztworu pułapki na cztery godziny i zbierz wysięki korzeniowe podczas szczytowej aktywności fotosyntetycznej.

Oceń aktywność enzymów, peroksydazy i dysmutazy ponadtlenkowej oraz całkowitą zawartość fenoli w trzecim miesiącu zgodnie ze standardowym protokołem. Na koniec oceń reakcję na uszkodzenie korzenia, zadając podłużny plaster w korzeniu pierwotnym aż do wierzchołka korzenia za pomocą sterylnego ostrza chirurgicznego i okresowo monitoruj zmiany. W fenotypowaniu korzeni dłuższe korzenie CO 62175 wykazały lepszy system korzeniowy pod względem skumulowanej długości korzeni, powierzchni korzenia, objętości korzenia i średniej średnicy korzenia.

Gatunki Saccharum wykazywały znaczne różnice w cechach morfologicznych w fazie formowania. Saccharum spontaneous miał najwyższą skumulowaną długość korzeni na kępę, podczas gdy saccharum sinense wykazywał najniższą. Saccharum spontaneum wykazywał największą powierzchnię korzeni, suchą masę korzeni, objętość korzeni i stosunek korzeni do pędów.

Saccharum robustum wykazywał największą objętość i średnicę korzeni. Badania anatomiczne wykazały, że egzoderma włośnika z długimi korzeniami Schlerenchymidis zmniejszyła warstwy komórek korowych, zwiększyła oerinchma korowa oraz zwiększyła powierzchnię stali i liczbę naczyń ksylemowych o dużej średnicy, co było korzystne w warunkach suszy, podczas gdy w warunkach stresu związanego z gromadzeniem wody obserwowano zwiększoną średnicę korzenia i większą powierzchnię komórek korowych ze zwiększonymi komórkami aerenchymidis. Saccharum robustum wykazywało najwyższy całkowity wysięk karboksylowy, natomiast najniższy wysięk odnotowano w saccharum spontaneum.

W odmianach trzciny cukrowej zaobserwowano istotną różnicę w gęstości włośników przy różnicach w kształcie i pigmentacji czapeczki korzeniowej. Najwyższą aktywność peroksydazy i całkowitą zawartość fenoli stwierdzono w C086032, a najniższą w C062175. Podczas badań nad odmładzaniem Cox 671 wykazał pojawienie się korzeni wtórnych w ciągu trzech dni, a Co-06022 potrzebował 10 dni z objawami starzenia w trzecim dniu.

Musimy zachować ostrożność przy przerywaniu wyników uzyskanych z indywidualnego protokołu. Badanie systemu korzeniowego w instytucie jest idealne dla trzciny cukrowej, ale platformy kontrolne mogą być przydatne do celów specjalistycznych. Zrozumienie różnych aspektów fenotypu korzeni jest niezbędne do uwolnienia odmian trzciny cukrowej.

Automatyzacja technik i integracja analizy dużych zbiorów danych lub sztucznej inteligencji w celu interpretacji wyników poszerzyłaby naszą wiedzę specjalistyczną w tej dziedzinie. Scharakteryzowanie cech systemu korzeniowego w normalnych i okresowych sytuacjach stresowych utorowało drogę do eksploracyjnych obszarów badawczych, takich jak plastyczność korzeni, promienne nutrientyzmy i stresy miotowe.