Abordagens de fenotipagem multifacetada para caracterizar sistemas radiculares de cana-de-açúcar

Como condutor primário de água e nutrientes, as raízes são indispensáveis para o crescimento e desenvolvimento. Uma compreensão completa do sistema radicular é importante para a cana-de-açúcar, pois leva um ano para completar seu ciclo de vida. A abordagem holística aqui integra as plataformas viáveis para a fenotipagem, e isso se beneficiará no avanço do conhecimento dos sistemas radiculares da cana-de-açúcar e suas respostas para lidar com as condições de trabalho.

Esta metodologia é específica para a cultura da cana-de-açúcar, pois possui um sistema radicular único como uma cultura longa. No entanto, com pequenas modificações, este método pode ser adaptado a outras culturas. Para começar, crie os híbridos ou variedades comerciais de cana-de-açúcar no campo usando dois conjuntos de pontas plantados em um espaçamento entre linhas de 120 centímetros e 90 centímetros dentro das linhas.

Siga o pacote de práticas recomendado para garantir um bom estabelecimento e crescimento da cultura. No final da fase de maturidade, empregar uma escavadeira para cavar uma vala de 1,5 metros de profundidade e 1,0 metros de largura no campo. Limpe o solo das zonas radiculares sem danificar as raízes com jato de água contínuo.

Assim que o solo aderente se soltar devido ao jateamento, arranque a cana junto com o sistema radicular e leve-a ao laboratório para medição manual dos parâmetros de crescimento, ou seja, número de raízes, comprimento, volume e peso da raiz. Use um amostrador de núcleo de raiz cilíndrica de 61 centímetros de altura, 16 centímetros de diâmetro, pesando oito quilos e fabricado com aço macio ou material MS para amostragem de raiz de cana-de-açúcar no campo. É fornecido com uma borda afiada na parte inferior para facilitar a penetração e possui colares de três centímetros de diâmetro na parte superior para levantar o amostrador.

Na fase de maturidade da lavoura comercial de cana-de-açúcar, prenda a borda superior do amostrador à calha primária ou cana e martele continuamente para atingir a profundidade de solo desejada de 45 centímetros. Em seguida, levante toda a massa de solo para o amostrador e lave-o cuidadosamente em água corrente para separar as raízes aderentes. Meça os parâmetros físicos da planta, como altura da planta e área foliar em laboratório.

Em seguida, espalhe as raízes em bandejas transparentes para digitalizar e analisar as imagens digitalizadas correspondentes usando o software. Construa uma estrutura de fenotipagem radicular compreendendo três compartimentos adjacentes de 4,5 metros por 10,1 metros para amostragem das raízes da cana-de-açúcar. Providencie a desmontagem manual das paredes laterais para revelar o sistema radicular subterrâneo até uma profundidade de 80 a 100 centímetros.

Preencher e compactar a estrutura com solo de campo, deixando um espaço livre de cerca de 20 centímetros e com orifícios de drenagem adequados para facilitar a aeração do solo. Salve os brotos de clones de germoplasma compreendendo saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense e saccharum robustum. Deixe-os germinar por 30 dias em bandejas, compreendendo meios de enraizamento.

Após 30 dias de germinação, transplante os assentamentos uniformes e saudáveis para a estrutura nas fileiras com espaçamento de 90 centímetros e 60 centímetros de distância dentro das fileiras. Siga o POP recomendado para garantir um bom estabelecimento e crescimento da cultura. Durante a fase formativa de 60 a 120 dias após o plantio e a fase de grande crescimento de 120 a 150 dias após o plantio, remova manualmente as paredes laterais feitas das placas pré-moldadas antes de pulverizar continuamente o jato de água para expor as raízes.

Arrancar todo o sistema radicular e transferi-lo para o laboratório para medir os parâmetros físicos. Em seguida, espalhe as raízes em bandejas transparentes para digitalizar e analisar as imagens digitalizadas correspondentes no software. Para estudar a biologia da rizosfera e os detalhes mais sutis da biologia da raiz, fabrique um sistema hidropônico interno em uma casa de vidro com controle ambiental propício ao crescimento da cana-de-açúcar.

Nos tanques de dimensões de 20 por 20 por 50 centímetros com bombas de aquário para aeração, adicione cerca de 15 litros de Solução Nutritiva de Hoagland modificada. Vender os brotos de variedades de cana-de-açúcar e clones de espécies de saccharum e deixá-los germinar por 30 dias nas bandejas, compreendendo medula do núcleo compostado antes de transplantar as sedimentações uniformes e saudáveis para tanques hidropônicos na frequência de três decantações por tanque. Após 60 dias, quando a fase de germinação termina, mergulhe as raízes das plantas intactas em 50 mililitros de água estéril bidestilada ou solução de armadilha por quatro horas e colete os exsudatos radiculares durante o pico da atividade fotossintética.

Avaliar a atividade das enzimas, peroxidase e superóxido dismutase e o conteúdo fenólico total no terceiro mês de acordo com o protocolo padrão. Finalmente, avalie a resposta à lesão radicular infligindo um corte longitudinal na raiz primária até a ponta da raiz usando uma lâmina cirúrgica estéril e monitore as alterações periodicamente. Na fenotipagem radicular, as raízes mais longas de CO 62175 demonstraram um sistema radicular superior para comprimento radicular cumulativo, área de superfície radicular, volume radicular e diâmetro médio radicular.

As espécies de Saccharum apresentaram variações significativas nas características morfológicas durante a fase de formação. Saccharum espontâneo apresentou o maior comprimento cumulativo de raízes por touceira, enquanto saccharum sinense apresentou o menor. Saccharum spontaneum apresentou a maior área de superfície radicular, massa seca da raiz, volume radicular e relação raiz/parte aérea.

Saccharum robustum apresentou o maior volume e diâmetro radicular. Estudos anatômicos revelaram que a exoderme de esclemenquimida de pêlo radicular longo reduziu as camadas de células corticais, aumentou o oerinchma cortical e aumentou a área de aço e o número de vasos do xilema com grande diâmetro foram benéficos em condições de seca, enquanto sob estresse de alagamento, aumento do diâmetro da raiz e maior área de células corticais com aumento de células aerênquimidis foram observados. Saccharum robustum apresentou a maior exsudação total de carboxilato, enquanto a menor exsudação foi registrada no saccharum esponano.

Nas variedades de cana-de-açúcar, foi observada diferença significativa na densidade de pêlos radiculares com variação na forma e pigmentação da capa radicular. A maior atividade de peroxidase e o teor de fenólicos totais estiveram presentes em C086032 e os menores em C062175. Durante os estudos de rejuvenescimento, o Cox 671 mostrou o aparecimento de raízes secundárias em três dias e o Co-06022 levou 10 dias com sintomas de senescência no terceiro dia.

Precisamos ter cautela ao interromper os resultados obtidos no protocolo individual. Um estudo do sistema radicular do instituto é ideal para a cana-de-açúcar, mas as plataformas de controle podem ser úteis para fins especializados. Compreender vários aspectos do fenótipo radicular é essencial para liberar as variedades de cana-de-açúcar.

Automatizar as técnicas e integrar análises de big data ou inteligência artificial para interpretar os resultados ampliaria nossa experiência no campo. Dos resultados, na caracterização de características do sistema radicular sob situações normais e periódicas de estresse, abriram caminho para áreas de pesquisa exploratórias, como plasticidade radicular, nutrientes radiantes e estresses mióticos.