Wysokoprzepustowe fenotypowanie oparte na obrazie w celu określenia morfologicznych i fizjologicznych odpowiedzi na pojedyncze i połączone stresy u ziemniaka

Tak więc w PSI używamy systemów fenotypowania roślin na sitach, które są zrobotyzowanymi rozwiązaniami do wysokowydajnego fenotypowania roślin, a systemy te opierają się na wykorzystaniu szeregu modułów, modułów zarówno do uprawy roślin, jak i obsługi, takich jak automatyczne jednostki nawadniania i ważenia, a także modułów do zautomatyzowanego cyfrowego obrazowania roślin. I to zarówno ze względu na strukturalne cechy morfologiczne roślin, jak i cechy fizjologiczne roślin. Zaletą zastosowanego protokołu w tym badaniu jest to, że używamy czujnika wielokrotnego obrazowania, w tym dynamiki wzrostu roślin, którą mierzymy za pomocą obrazowania RGP i łączymy je z innymi reakcjami fizjologicznymi, w tym wydajnością fotosyntezy z obrazowania fluorescencyjnego chlorofilu, oceniając regulację aparatów szparkowych na podstawie temperatury baldachimu poprzez pomiar obrazowania termicznego, a także wskaźniki odbicia na żywo, które mierzymy za pomocą obrazowania hiperspektralnego. Nasze odkrycia koncentrują się na podkreśleniu, w jaki sposób wyjaśnić reakcję roślin, gdy są one indukowane na stres złożony w porównaniu ze stresem indywidualnym, a także być w stanie ocenić wczesną i późną reakcję na stres i późniejszą fazę regeneracji, a także podkreślić konieczność wykorzystania wielu czujników obrazowania w celu zintegrowania i lepszego zrozumienia mechanizmu leżącego u podstaw roślin w przyszłych warunkach zmiany klimatu.

Na początek weź doniczki o pojemności 250 mililitrów i napełnij je w pełni nasyconym substratem Klasmann 2. Sadzonki ziemniaków in vitro z hodowli tkankowej należy przesadzić do doniczek i przechowywać je w komorze wzrostowej w warunkach słabego oświetlenia przez tydzień. Przesadzaj rośliny do trzylitrowych doniczek po 10 dniach uprawy sadzonek in vitro w glebie.

Ustaw reżim długiego dnia z kombinacją 55% białego światła i 81% światła podczerwonego i sprawdź natężenie światła w komorze wzrostowej. Następnie umieść niebieskie maty na powierzchni doniczki, aby zmniejszyć parowanie. Dodaj niebieskie uchwyty, aby podeprzeć rośliny i uniknąć uszkodzeń mechanicznych podczas umieszczania ich w systemie fenotypowania.

Na wczesnym etapie tuberyzacji należy podzielić rośliny na pięć grup zabiegowych. W komorze wzrostowej utrzymuj rośliny pod kontrolą, suszę i zabiegi gromadzenia wody przy użyciu różnych procentów zawartości wody. W przypadku obróbki cieplnej ustaw temperaturę na 30 stopni Celsjusza w dzień i 28 stopni Celsjusza w nocy przy wilgotności względnej 55%.

Aby utrzymać poziom wody nad powierzchnią gleby w zabiegu gromadzenia wody, włóż plastikową torbę do pustego garnka. Następnie umieść główną doniczkę z ziemią w przygotowanej drugiej doniczce. Na początek poddaj rośliny różnym warunkom stresowym, takim jak susza, gromadzenie się wody i upały.

Przenieś rośliny z miejsca ich uprawy do systemu fenotypowania połączonego z obszarem buforowym wzrostu w celu ręcznego załadowania roślin do systemu. Na platformie fenotypowania umieść doniczki w dyskach, które automatycznie przesuwają się na przenośniku taśmowym w określonych odstępach czasu do czujnika obrazowania. Oznacz każdą roślinę lub tacę unikalnym identyfikatorem, aby upewnić się, że zmierzone dane są prawidłowo przypisane do odpowiedniej rośliny przez cały czas trwania eksperymentu.

Aby zoptymalizować protokół fenotypowania przy użyciu wielu czujników obrazowania, przejdź do harmonogramu ekranu roślinnego i utwórz nowe eksperymenty. Kliknij dodaj akcję, a następnie wybierz dodaj element protokołu, a następnie załaduj tacę. Ustaw światło adaptacji, wybierz miarę i kliknij dodaj przepis.

Wybierz żądany czujnik obrazowania i ustaw regulacje, aby zmierzyć zarówno parametry fizjologiczne, jak i morfologiczne roślin. Na platformie fenotypowania upewnij się, że rośliny dostają się do systemu przez tunel adaptacyjny. Najpierw uchwyć wysokość rośliny, a następnie dostosuj wysokość każdego czujnika w oparciu o ustaloną odległość roboczą.

Przeprowadź pierwszą rundę pomiarów fluorescencji chlorofilu na roślinach przystosowanych do światła, stosując protokół krótkiego światła, aby zróżnicować reakcje roślin na różne zabiegi. Następnie wykonaj obrazowanie termiczne w celu zmierzenia parametrów fizjologicznych pod wpływem stresu cieplnego. W drugiej rundzie zmierz wolniejsze reakcje, takie jak obrazowanie strukturalne, RGB i hiperspektralne.

Na etapie ważenia i podlewania należy zdefiniować masę referencyjną dla każdej rośliny, w tym wagę wkładu talerzowego umieszczonego na przenośniku taśmowym, podtrzymujących niebieskie uchwyty, niebieskie maty, doniczkę, glebę i biomasę roślinną, aby umożliwić automatyczne podlewanie i ważenie do danego zabiegu. Użyj oprogramowania do analizy danych do automatycznej ekstrakcji, odejmowania tła i segmentacji masek roślinnych potoku przetwarzania obrazu. Cechy morfologiczne, w tym objętość roślin i względne tempo wzrostu roślin kontrolnych, stale rosły.

Jednak pod wpływem upałów, upałów, suszy i gromadzenia się wody ten wzrost objętości roślin został wyraźnie zmniejszony. Ponieważ rośliny są bardzo podatne na stres związany z gromadzeniem wody, stwierdzono wyraźny spadek względnego tempa wzrostu. Cechy fizjologiczne z danych fluorescencji chlorofilu wykazały, że gromadzenie się wody negatywnie wpływało na wydajność fotosyntezy w okresie od zera do pięciu i od sześciu do dziesięciu dni fenotypowania.

Ale powracającą odpowiedź zaobserwowano po 11 do 15 dniach fenotypowania. Obrazowanie termiczne w podmokłych roślinach wykazało, że temperatura delta była wysoka w porównaniu z innymi zabiegami w okresie fenotypowania od zera do pięciu i od sześciu do 10 dni, co wskazuje na wyższą temperaturę liści, ale niewielki spadek po 11 do 15 dniach fenotypowania, odzwierciedlający fazę rekonwalescencji.