Многосторонние подходы к фенотипированию для характеристики корневых систем сахарного тростника

Являясь основным проводником воды и питательных веществ, корни незаменимы для роста и развития. Глубокое понимание корневой системы важно для сахарного тростника, так как для завершения его жизненного цикла требуется год. Целостный подход здесь объединяет жизнеспособные платформы для фенотипирования, и это будет способствовать расширению знаний о корневых системах сахарного тростника и их реакции на условия работы.

Эта методология специфична для культуры сахарного тростника, поскольку она имеет уникальную корневую систему. Однако с незначительными изменениями этот метод может быть адаптирован к другим культурам. Для начала выращивайте коммерческие гибриды или сорта сахарного тростника в поле, используя два ряда с остыками, посаженные на расстоянии 120 сантиметров и 90 сантиметров в рядах.

Следуйте рекомендуемому пакету методов, чтобы обеспечить хорошее укоренение и рост урожая. В конце фазы зрелости используйте экскаватор для рытья траншеи глубиной 1,5 метра и шириной 1,0 метра в поле. Очистите почву от корневых зон, не повреждая корни, с помощью непрерывной струи воды.

Как только налипшая почва разрыхлится за счет струйной очистки, выкорчевайте тростник вместе с корневой системой и отнесите его в лабораторию для ручного измерения параметров роста, а именно количества корней, длины корня, объема и веса. Для отбора проб корней сахарного тростника в полевых условиях используйте цилиндрический образец корневого керна высотой 61 сантиметр, диаметром 16 сантиметров, весом восемь килограммов, изготовленный из низкоуглеродистой стали или материала MS. Он снабжен острым краем в нижней части для легкого проникновения и имеет кольца диаметром три сантиметра в верхней части для подъема пробника.

На этапе зрелости коммерческого урожая сахарного тростника закрепите верхний край пробоотборника к основному желобу или тростнику и непрерывно забивайте молотком, чтобы достичь желаемой глубины почвы 45 сантиметров. Затем поднимите всю почвенную массу в пробоотборник и тщательно промойте ее под проточной водой, чтобы отделить прилипшие корни. Измерьте физические параметры растения, такие как высота растения и площадь листьев в лаборатории.

Затем разложите корни на прозрачных лотках для сканирования и анализа соответствующих оцифрованных изображений с помощью программного обеспечения. Постройте структуру для фенотипирования корней, состоящую из трех смежных отсеков размером 4,5 на 10,1 метра для отбора проб корней сахарного тростника. Предусмотрите возможность ручного демонтажа боковых стенок, чтобы обнажить подземную корневую систему на глубине от 80 до 100 сантиметров.

Заполните и уплотните конструкцию полевой почвой, оставив пространство для головы около 20 сантиметров и предусмотрев достаточные дренажные отверстия для облегчения аэрации почвы. Бальзамируйте чипсы клонов зародышевой плазмы, включая saccharum officinarum, saccharum spontaneum, saccharum barberri, saccharum sinense и saccharum robustum. Дайте им прорасти в течение 30 дней в лотках, содержащих среду для укоренения.

Через 30 дней после появления всходов пересадите равномерные и здоровые побеги в конструкцию в ряды с междурядьями 90 сантиметров и расстоянием 60 сантиметров внутри рядов. Соблюдайте рекомендуемые СОЗ, чтобы обеспечить хорошее укоренение и рост урожая. Во время фазы формирования от 60 до 120 дней после посадки и фазы большого роста от 120 до 150 дней после посадки вручную удалите боковые стенки, изготовленные из сборных плит, прежде чем непрерывно распылять струю воды, чтобы обнажить корни.

Выкорчевайте всю корневую систему и перенесите ее в лабораторию для измерения физических параметров. Затем разложите корни на прозрачных лотках для сканирования и анализа соответствующих оцифрованных изображений в программном обеспечении. Чтобы изучить биологию ризосферы и мельчайшие детали биологии корней, изготовьте собственную гидропонную систему в стеклянном доме с контролируемой средой, способствующей росту сахарного тростника.

В аквариумы размером 20 на 20 на 50 сантиметров с аквариумными насосами для аэрации добавьте около 15 литров модифицированного питательного раствора Hoagland's. Продавайте чипсы сортов сахарного тростника и клонов видов сахара и дайте им прорасти в течение 30 дней в лотках, содержащих компостированную сердцевину, перед пересадкой однородных и здоровых осадков в гидропонные резервуары с частотой три отстаивания на бак. Через 60 дней, когда фаза прорастания закончится, погрузите корни неповрежденных растений в 50 миллилитров стерильной двойной дистиллированной воды или раствора ловушки на четыре часа, а во время пика фотосинтетической активности соберите корневые выделения.

Оценивают активность ферментов, пероксидазы и супероксиддисмутазы и общее содержание фенолов на третий месяц по стандартному протоколу. Наконец, оцените реакцию на повреждение корня путем нанесения продольного среза в первичном корне до кончика корня с помощью стерильного хирургического лезвия и периодически контролируйте изменения. При фенотипировании корней более длинные корни CO 62175 продемонстрировали превосходную корневую систему по совокупной длине корня, площади поверхности корня, объему корня и среднему диаметру корня.

Виды Saccharum показали значительные вариации морфологических признаков в течение фазы формирования. Saccharum spontaneous имел самую высокую кумулятивную длину корня на пучок, в то время как saccharum sinense показал самую низкую. Saccharum spontaneum показал самую высокую площадь поверхности корня, сухую массу корня, объем корня и соотношение корня к побегу.

Saccharum robustum показал наибольший объем корней и диаметр корней. Анатомические исследования показали, что длинные корневые волосы schlerenchymidis exodermis уменьшают кортикальные клеточные слои, увеличивают кортикальную эринчму и увеличивают площадь стали и сосуды ксилемы с большим диаметром были полезны в условиях засухи, тогда как в условиях заболачивания стресса наблюдалось увеличение диаметра корня и увеличение площади кортикальных клеток с увеличением количества клеток aerenchymidis. Saccharum robustum показал самую высокую общую экссудацию карбоксилатов, в то время как самая низкая экссудация была зарегистрирована в saccharum spontaneum.

У сортов сахарного тростника наблюдалась значительная разница в густоте корневых волосков при изменчивости формы и пигментации шляпки корня. Наибольшая активность пероксидазы и общее содержание фенолов наблюдались у C086032, а наименьшие – у C062175. Во время исследований омоложения Cox 671 показал появление вторичных корней через три дня, а Co-06022 потребовалось 10 дней с симптомами старения на третий день.

Мы должны проявлять осторожность, прерывая результаты, полученные по индивидуальному протоколу. Исследование корневой системы в институте идеально подходит для сахарного тростника, но контрольные платформы могут быть полезны и для специальных целей. Понимание различных аспектов фенотипа корней имеет важное значение для выведения сортов сахарного тростника.

Автоматизация методов и интеграция аналитики больших данных или искусственного интеллекта для интерпретации результатов расширит наш опыт в этой области. Что касается результатов, то характеристика особенностей корневой системы в нормальных и периодических стрессовых ситуациях проложила путь к исследовательским областям, таким как пластичность корней, лучистые питательные вещества и миотические стрессы.