Medição de raízes adventícias e rizomas de Turfgrasses usando um sistema de análise de imagem Digital
19 de fevereiro de 2019
Um sistema de análise de imagem baseado em software fornece um método alternativo para estudar a morfologia das espécies rizomatosas e stoloniferous. Este protocolo permite a medição do comprimento e diâmetro de raízes adventícias e rizomas e pode ser aplicado para amostras com uma grande quantidade de biomassa e uma grande variedade de espécies.
Este método pode responder a perguntas-chave no crescimento e morfologia de estolons e rizomas de diferentes culturas, como gramas de grama, prados e pastagens. A principal vantagem desta técnica é que o comprimento do stolon e do rizoma pode ser medido em amostras com uma grande quantidade de biomassa para a qual o peso é o único parâmetro atualmente utilizado. Coletar amostras usando um amostrador do núcleo do solo.
Inclua a biomassa terrestre acima e uma camada de solo com profundidade adequada, dependendo das espécies para garantir a coleta de stolons e rizomas. Alternativamente, defina a área da superfície para coletar com uma estrutura e coletar as amostras com uma pá. Rotule cada amostra com fita de laboratório.
Para limpar as amostras de biomassa, coloque a amostra em uma peneira grande com aberturas de 0,5 a 1,5 milímetros, dependendo do tamanho de stolon ou rizoma. As aberturas devem ser pequenas o suficiente para reter todos os estolons e rizomas, mas grandes o suficiente para permitir que as partículas do solo sejam removidas. Limpe as amostras com um fluxo de água com energia suficiente para remover partículas do solo sem danificar as plantas.
Recupere as amostras limpas e coloque-as em uma bandeja com toalhas de papel, tomando o cuidado de rotular as bandejas adequadamente. Limpe ainda mais as amostras removendo raízes e folhas com tesouras. Durante esse processo, separe os estolons e rizomas, se necessário, e regise informações adicionais, como o número de plantas, lemes e estolons por planta.
Coloque os estolons e rizomas em sacos rotulados em papel. Coloque a amostra em uma bandeja de plástico transparente do equipamento de varredura padrão WinRHIZO. Coloque manualmente os estolons e rizomas usando fórceps de laboratório para minimizar a sobreposição.
Grandes amostras podem precisar ser divididas em subamostras. Coloque a bandeja na superfície do scanner, depois ligue o scanner e comece a executar o programa. Para obter mais controle em uma imagem salva, verifique a imagem dpi no menu Imagem por seleção do parâmetro de aquisição de imagens do comando.
Para uma boa classificação de pixels pertencentes aos órgãos digitalizados, verifique o limiar e a análise selecionando o comando Root Background Distinction. Verifique se toda a superfície da bandeja será digitalizada no menu Imagem selecionando o parâmetro de aquisição de imagens do comando. Agora, verifique a classe de diâmetro exibida para distribuição de órgãos por diâmetro na área gráfica acima da imagem digitalizada.
Selecione 20 classes de largura iguais com intervalos de 0,1 milímetros clicando no acesso horizontal do gráfico. Esta função permite a exclusão de dados pertencentes a raízes ou pequenos órgãos quando os estolons ou rizomas não foram perfeitamente limpos. A literatura relata que a maioria das raízes das espécies de grama tem diâmetro inferior a 0,2 milímetros.
Execute a primeira amostra e verifique se a edição permite uma boa análise. Siga as instruções de software para salvar a imagem. Por fim, processe a análise seguindo a opção de software e rotule a imagem e a análise com o rótulo da amostra.
Prossiga com a varredura de todas as amostras. Para realizar a medição do peso seco, coloque as amostras digitalizadas em uma bandeja de alumínio pedárido em um equilíbrio eletrônico preciso e regissuça sua piche. Repita esta etapa para todas as amostras digitalizadas.
Insira todas as amostras em um conjunto de 105 graus Celsius e seque-as por 24 horas. No dia seguinte, remova as amostras e espere até que o peso do tecido estabilize. Então, pese todas as amostras com o piche.
Subtraia a piche do peso registrado para obter o peso líquido de cada amostra. Exemplos de resultados de um estudo de campo comparando a densidade de comprimento de estolon e rizoma de quatro cultivares de bermudagrass tipo grama das bermudas. Há uma diferença significativa na densidade de comprimento do stolon entre as cultivares vegetativas Patriot e Tifway, e as cultivares semeadas La Paloma e Yukon em amostras coletadas em julho de 2014.
Para os rizomas, Patriot exibe a maior densidade de comprimento, seguida por Tifway, e as cultivares semeadas. O desenvolvimento da densidade de comprimento de stolon da cultivar Patriot ao longo do período de estudo mostra um aumento de março de 2014 a julho de 2014 e não variou de julho de 2014 a julho de 2015. Poucos rizomas foram encontrados em amostras coletadas em outubro de 2013 e março de 2014.
A densidade de comprimento de rizoma aumenta em julho de 2014, atingindo os valores mais altos. Mas diminui novamente em outubro de 2014. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de selecionar amostras representativas, limpar meticulosamente e rizomas antes da análise, e selecionar a largura das classes de diâmetro usando opções de software para incluir apenas stolons e rizomas na análise.
Visão Geral
Este artigo apresenta um sistema de análise de imagens baseado em software, desenvolvido para estudar a morfologia de espécies estoloníferas e rizomatosas. O protocolo permite a medição do comprimento e diâmetro de estolões e rizomas, aplicável a amostras com biomassa significativa.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Morfologia vegetal
- Técnicas de análise de imagem
- Ciência das culturas
Antecedentes
- Compreender o crescimento e a morfologia de estolões e rizomas é fundamental para diversas culturas.
- Os métodos atuais baseiam-se principalmente em medições de peso, o que limita a análise.
- Este estudo apresenta um método que melhora a precisão das medições.
- O foco está em espécies como gramados, pradarias e pastagens.
Objetivo do Estudo
- Fornecer um método alternativo para medir a morfologia de estolões e rizomas.
- Facilitar a análise de amostras com grande biomassa.
- Aprimorar o entendimento da dinâmica de crescimento das plantas.
Métodos Utilizados
- Coleta de amostras utilizando amostradores de solo em cilindro ou moldes.
- Limpeza das amostras utilizando peneiras e jatos de água.
- Escaneamento das amostras com equipamento padrão WinRHIZO.
- Medição do peso seco após a secagem das amostras a 105 graus Celsius.
Resultados Principais
- Diferenças significativas na densidade do comprimento de estolões entre diferentes cultivares de grama-bermuda.
- O cultivar Patriot apresentou a maior densidade de comprimento de rizoma.
- A densidade do comprimento de estolão aumentou ao longo do período do estudo para o cultivar Patriot.
- A densidade de rizoma variou sazonalmente, com picos em julho.
Conclusões
- O método permite a medição precisa de estolões e rizomas.
- Ele aprimora a compreensão da morfologia vegetal em relação à biomassa.
- A seleção cuidadosa e a limpeza das amostras são fundamentais para uma análise precisa.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A caracterização morfológica precisa de estruturas vegetais, como estolões e rizomas, apoia a validação de alvos em agrociência e na descoberta de produtos naturais. A análise digital de imagens permite a mensuração em alto rendimento de características estruturais, melhorando a confiança preditiva em fluxos de trabalho de triagem fenotípica. Essa abordagem reduz a dependência de métodos manuais de baixo rendimento, aumentando a escalabilidade para estudos com grande número de amostras na fase inicial de descoberta.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de fenótipos de crescimento associados à produção de compostos bioativos em gramíneas ornamentais e espécies forrageiras.
- Valor Operacional: Permite a quantificação rápida do comprimento e diâmetro de estolões e rizomas em grandes conjuntos de amostras.
- Valor Preditivo: Facilita a correlação entre características morfológicas e vias bioquímicas para a identificação de candidatos promissores.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera dados quantitativos de comprimento e diâmetro adequados para padronização e reprodutibilidade de ensaios.
- Valor Operacional: Permite a exclusão de partes vegetais estranhas por meio de limiarização de diâmetro, melhorando a especificidade da medição.
- Escalabilidade: Permite o processamento de inúmeras amostras por meio de análise automatizada de imagens, aumentando a produtividade.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Continuidade Translacional: Fornece dados de sistemas relevantes para doenças em gramíneas utilizadas em sistemas de forragem e pastagem.
- Redução de Riscos Mecanística: Relaciona o desenvolvimento estrutural aos padrões sazonais de crescimento, apoiando a modelagem preditiva.
- Alinhamento de Biomarcadores: Permite o monitoramento da densidade de estolões e rizomas como possíveis indicadores fenotípicos.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere nos fluxos de trabalho de descoberta inicial a pré-clínico ao fornecer resultados morfológicos quantificáveis que informam a confiança no alvo e a análise de vias.
- Biologia de Descoberta: Apoia testes de hipóteses sobre dinâmicas de crescimento e desenvolvimento estrutural em sistemas baseados em plantas.
- Triagem: Fornece medições quantitativas reprodutíveis, permitindo comparações confiáveis entre compostos ou condições.
- Análise: Fornece como saída comprimento total, diâmetro médio e peso seco, facilitando análises multivariadas.
- Pesquisa Translacional: Conecta dados morfológicos a variações sazonais e diferenças entre cultivares para modelagem preditiva.
- Reutilização Empresarial: Estabelece um protocolo padronizado de aquisição de imagens aplicável entre espécies de gramíneas e tipos de amostras.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva em associações entre traços e fenótipos por meio de morfometria precisa.
- Valor Operacional: Reduz a intensidade de mão de obra e erros humanos em medições manuais de comprimento e diâmetro.
- Valor Estratégico: Permite decisões orientadas por dados de seguir/não seguir em programas precoces de produtos naturais.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco com base na consistência de traços estruturais entre cultivares.
Considerações de Implementação
- Exige experiência na preparação de amostras vegetais e no uso de softwares de análise de imagens.
- Depende do acesso a equipamentos de digitalização, como o WinRHIZO, e a ambientes com iluminação controlada.
- Necessita de protocolos padronizados de limpeza para remover raízes e folhas que possam interferir na análise.
- Requer a otimização das configurações de classes de diâmetro para excluir artefatos de pequeno diâmetro.
- Limita-se a amostras que possam ser dispostas sem sobreposição em bandejas transparentes para uma digitalização precisa.
