Summary
Et software-baseret billede analysesystem giver en alternativ metode til at studere morfologi af knolddannende og rodstokagtig arter. Denne protokol tillader måling af længde og diameter af stolons og jordstængler og kan anvendes til prøver med en stor mængde af biomasse og en lang række arter.
Abstract
Længde og diameter af stolons eller jordstængler er normalt måles ved hjælp af simple herskere og calipre. Denne procedure er langsom og besværlig, så det er ofte bruges på et begrænset antal stolons eller jordstængler. Derfor, er disse træk begrænsede i deres brug til morfologiske karakterisering af planter. Brugen af digital billed analyse softwareteknologi kan overvinde målefejl på grund af menneskelige fejl, som har tendens til at øge antallet og størrelsen af prøver også øge. Protokollen kan bruges til nogen form for afgrøde men er især egnet til foder eller græsser, hvor planterne er små og talrige. Turf prøver består af overjordiske biomasse og en øvre jordlag til dybden af maksimale rhizom udvikling, afhængigt af arten af interesse. I undersøgelser, prøver er vasket fra jorden, og stolons/jordstængler rengøres i hånden før analyse af digitale billede analyse software. Prøverne er yderligere tørret i et laboratorium, varme ovn for at måle tørvægt; Derfor, for hver prøve, de resulterende data er samlede længde, total tørstof og gennemsnitlig diameter. Scannede billeder kan rettes inden analyse ved at udelukke synlige uvedkommende dele, såsom resterende rødder eller blade ikke fjernet med renseprocessen. Ja, disse fragmenter normalt har meget mindre diametre end stolons eller jordstængler, så de nemt kan udelukkes fra analyse ved at fastsætte den mindste diameter under hvilke objekter ikke betragtes. Udloeber eller rhizom tæthed pr. arealenhed kan derefter være beregnes baseret på stikprøvestørrelse. Fordelen ved denne metode er hurtig og effektiv måling af længde og gennemsnitlige diameter af stor stikprøve numre af stolons eller jordstængler.
Introduction
Studiet af plante morfologi behandles stort set i alle discipliner af planter videnskab herunder økologi, Agronomi, biologi og fysiologi. Plante Rodsystemet er bredt undersøgt for dets betydning i stresstolerance, jordbundens stabilitet, planternes vækst og produktivitet. Stolons og jordstængler studeres også bredt for deres rolle i plante formeringsmateriale strategier, rekuperativ evne og kulhydrat opbevaring. Stolons og jordstængler er modificerede stilke, der vokser vandret, enten over jorden (stolons) eller under jorden (jordstængler). Stolons og jordstængler indeholder også regelmæssigt fordelt noder samt stængelled og meristematic noder, der er i stand til at give anledning til nye rødder og skud1. Der har været en lang række undersøgelser af forskellige emner at undersøge rødderne, stolons og jordstængler af forskellige planter2,3,4,5,6,7, 8. Rodsystemer, stolons og jordstængler af turfgrasses studeres på grund af deres betydning i græstørv kvalitet9, foråret grønne-up efter vinteren vækstdvale10, og slid tolerance og rekuperativ evne11. Desuden, disse organer er også studeret i andre afgrøder, turfgrasses såsom ris12, sojabønner4, og majs13og græsgange hvor laterale stængler spiller en nøglerolle i jordbunden erosion control5.
Roden længde tæthed (root længde pr. jord volumen) og gennemsnitlig diameter er almindeligt måles ved hjælp af scanning software3,4,5,9,14,15, 16,17,18. Omvendt, længde og diameter af stolons eller jordstængler er normalt måles med en lineal og caliper3,19,20 og kræver betydelig tid og arbejdskraft21,22 , 23 , 24. derfor de måles ofte i et begrænset antal stolons eller jordstængler11,20,25 og er ofte begrænset til morfologiske karakterisering af fordelte planter kun. Undersøgelse af udloeber og rhizom træk i en moden baldakin indebærer prøveudtagning en stor mængde biomasse således at normalt kun udloeber og rhizom tørvægt tæthed (tørvægt pr. enhed af overfladen) er fast besluttet på7,11, 26 , 27. udloeber tør masse, faktisk, kan være mere let målte end udloeber længde og diameter ved tørring prøver i en ovn. Udloeber længde er imidlertid et vigtigt arter og sorter karakter, som ikke er godt relateret til tør masse. En nylig undersøgelse på krybende staude rajgræs (Lolium perenne) viste, at prøver med høje udloeber længde tæthed ikke nødvendigvis havde høje udloeber vægt tæthed6.
Billedanalyse systemer gøre analyse af rødder hurtigere28,29, mere præcise og mindre tilbøjelige til menneskelige fejl30,21 end traditionel, manuel metoder31,32, 33. Endvidere disse systemer giver høj fleksibel og nem at bruge værktøjer herunder lys, optisk setup og opløsning, som er ofte kalibreret for hver scannet billede34. Pornaro et al. 24 demonstreret, at WinRHIZO systemet, et billede analysesystem specielt designet for måling af vasket rødder, kan give en alternativ metode til at analysere udloeber og rhizom træk mere helt end nuværende metoder ved at overvinde målefejl forårsaget af menneskelige fejl. For en morfologisk beskrivelse og kvantitative oplysninger om udloeber og rhizom vækst, kan billedanalyse systemer bruges til at analysere et stort antal prøver hurtigt, selv med en stor mængde biomasse, giver mulighed for øget statistiske præcision. Derfor, roden analyse softwarepakker giver en alternativ, pålidelig og hurtig metode til at studere vækst og morfologi af stolons og jordstængler af forskellige plante arter24.
Vi præsenterer et eksperiment udført i nordøstlige Italien at studere udloeber og rhizom udvikling af fire sorter af bermudagrass (Cynodon spp.). Undersøgelsen havde til formål at øge viden om udvikling af stolons og jordstængler i seedede ("LaPaloma" og "Yukon") og vegetativt ("Patriot" og "Tifway") sorter af bermudagrass. Eksperimentet blev etableret i maj 2013, og græstørv prøver blev indsamlet over tre prøveudtagning datoer om året, fra efteråret 2013 til sommeren 2015 [marts (før den grønne op), juli (fuld vækstsæson) og oktober (før vinteren vækstdvale)]. For beskrivelse og forklaring af denne metode brugte vi prøver, der opsamlet i sommer af den anden vækstsæson (juli 2014), som den store biomasse af prøverne på dette tidspunkt begrundet i behovet for en hurtig analyse. WinRHIZO, en digital billedanalyse softwareværktøj specielt designet til vasket root målinger, blev brugt til at bestemme udloeber længde tæthed og gennemsnitlig diameter.
Protocol
1. indsamling af biomasse prøver
- Indsamle prøver, herunder de overjordiske biomasse og en jordlag med en passende dybde afhængig af arter (for turf arter, 15 cm dybde er generelt tilstrækkelig) at sikre indsamling af både stolons og jordstængler.
Bemærk: Samlet plot størrelse skal overvejes før indledning af undersøgelsen, da destruktive prøver vil blive taget. Generelt, udført jo længere eksperimentet er, jo større det krævede grundareal. - Kontrollere jordbundsforholdene før prøvetagning: Hvis jorden er for tør, især i tunge jorder, kan det være vanskeligt at indsamle prøver. I dette tilfælde overrisle parceller før samling til at blødgøre eksempel lag.
- Indsamle prøver ved hjælp af en jord core sampler (≥ 8 cm diameter) eller definere areal at indsamle med en ramme (≥ 10 x 10 cm), og indsamle prøverne med en spade. Mærke hver enkelt prøve med laboratoriet tape.
- Indsamle flere stikprøver pr. plot, så de er repræsentative for Plantebestanden.
- Brug den samme sampler for hele eksperimentet og optage det område, der hver prøve repræsenterer for at beregne udloeber og rhizom tæthed.
Bemærk: Protokollen kan blive standset her, og prøverne kan opbevares i plastikposer og bevaret ved en temperatur under – 18 ° C.
2. rengøring biomassen prøver
- Prøven anbringes i en stor sigte med 0,5-1,5 mm åbninger afhængigt af udloeber eller rhizom størrelse. Åbningerne skal være lille nok til at bevare alle stolons og jordstængler, men stor nok til at tillade jordpartikler skal fjernes. For sandede jorder, kan to sigter med forskellige åbninger, placeret oven på den anden side giver mulighed for bedre præcision og effektivitet.
- Ren prøver med en strøm af vand med strøm nok til at fjerne jordpartikler uden at beskadige planterne.
- Hente de rensede prøver og placere dem i en bakke med papirservietter, at tage sig for at mærke skufferne korrekt.
Bemærk: Protokollen kan blive standset her, og prøverne kan opbevares i plastikposer og bevaret ved en temperatur under – 18 ° C. - Yderligere rense prøverne ved at fjerne rødder og blade med en saks. Under denne proces, separat stolons og jordstængler, hvis det er nødvendigt, og optage yderligere oplysninger såsom antallet af planter, haveredskaber og stolons pr. plante.
Bemærk: At fjerne alle rod og blade væv fra stolons og jordstængler vil forbedre præcision. Fine rødder er vanskelige at fjerne; gennem digital billedanalyse, er det dog muligt at udelade dem fra analyse ved hjælp af en software-applikation, der udelukker organer med en diameter mindre end en valgte værdi (Se trin 5.1), som er defineret temmelig præcist baseret på observationer af billeder gengives på skærmen. - Sted stolons og jordstængler i papir mærket poser.
Bemærk: Protokollen kan blive standset her, og prøverne kan opbevares i plastikposer og bevaret ved en temperatur under – 18 ° C.
3. scanning og billede analyse af prøver
- Prøven anbringes på en gennemsigtig plastik bakke af WinRHIZO standard scanningudstyr. Manuelt placere stolons og jordstængler bruger laboratorium pincet til at minimere overlapning. Store prøver muligvis opdeles i delprøver.
- Må ikke tilsættes vand i bakken (som anbefalet for rødder), fordi stolons og jordstængler har tilstrækkelig stivhed at undgå overdrevne tætliggende organer, hvilket kan forårsage læsefejl, hvilket normalt sker med fine rødder.
- Placer skuffen på scanner overfladen.
- Tænd scanneren og begynde at køre programmet.
- Kontroller billede dpi i menuen billede , kommandoen billede erhvervelse parameter, for en mulig yderligere kontrol i det gemte billede.
- Kontrollere tærsklen i analyse, kommandoen rod & baggrund skelnen, for god klassificering af pixel tilhører de scannede organer.
- Kontroller, at hele bakke overfladen vil blive scannet i menuen billede , kommandoen billede erhvervelse parameter.
- Kontrollere diameter klasse vises for organer fordeling pr. diameter, i det grafiske område over det scannede billede. Vælg 20 lige-bredde klasser med 0,1 mm mellemrum ved at klikke på den vandrette akse i grafen. Denne funktion tillader udelukkelse af data tilhører rødder eller små organer, når stolons eller jordstængler ikke var helt renset. Litteraturen rapporterer, at de fleste rødder af græstørv arter har diametre lavere end 0,2 mm.
Bemærk: Bredde og antallet af klasser kan ændres under hensyntagen til den gennemsnitlige diameter af stolons og jordstængler for de analyserede prøver og variation omkring denne middelværdi. En kontrol bør gennemføres i nogle prøver at bestemme den mindste diameter skal udelukkes. - Køre den første prøve scanning og kontrollere, at Rediger giver mulighed for en god analyse.
- Følg instruktionerne software til at gemme billedet og forarbejdet analyse. Etiket billede og analyse med prøveetiketten.
- Fortsætte med scanning af alle prøver.
Bemærk: Protokollen kan blive standset her, og prøverne kan opbevares i plastikposer og bevaret ved en temperatur under – 18 ° C.
4. måling af tørvægt
- Ved hjælp af præcise elektroniske balance, placere de scannede prøver i en tareret aluminium bakken.
- Gentag trin 4.1 for alle scannede prøver.
- Indsæt alle prøver i en ovn indstillet til 105 ° C og tør dem i 24 timer.
- Fjerne prøverne og vente, indtil væv vægt har stabiliseret.
- Veje alle prøver med deres Tara.
- Subtrahere Tara fra den registrerede vægt at opnå nettovægten af hver prøve.
5. korrektion af Data og beregning af længde og vægt tæthed
- Korrektion af længde og gennemsnit diameter
- Konvertere den .txt fil som følge af analyse med WinRHIZO til en .csv-fil.
- Brug resultaterne grupperes for diameter klasser for at udelukke data af organer mindre end 0,2 mm (rødder, en del af blade eller ridser på bakken).
- For hver WinRHIZO, læsning (rækker af .txt fil) beløb registreres alle længder for diameter klasser større end 0,2 mm. Længde beregnes med denne korrektion er den faktiske længde skal bruges til yderligere databehandling.
- For hver WinRHIZO læsning klasser sum projektion områder indspillet for diameter mere end 0,2 mm. Forholdet mellem længde og projektion område giver den gennemsnitlige diameter korrigeret for udelukkelse af organer med diameter mindre end 0,2 mm.
- Hvis prøven er blevet opdelt i delprøver, beregne den endelige længde som summen af alle delprøve længder, og beregne den endelige gennemsnitlig diameter som forholdet mellem summen af alle delprøve længder og summen af alle delprøve projektion områder.
- Når det er nødvendigt, Beregn længde og vægt tætheden pr. enhed areal baseret på stikprøvestørrelse.
- Bruge oplysninger indhentet til statistiske analyser.
Representative Results
Et felt eksperiment blev etableret i efteråret 2013 at sammenligne udloeber og rhizom udvikling af fire bermudagrass kultivarer, herunder to seedede typer ("LaPaloma" og "Yukon") og to sterile vegetativ hybrider ("Patriot" og "Tifway"). Den eksperimentelle design var en randomiseret komplet blok med tre replikationer, for i alt 12 parceller (2 x 2 m).
Fjorten stolons og fjorten jordstængler fra hver turf-type kultivar og de vilde bermudagrass blev indsamlet tilfældigt i parceller, samt fra vilde bermudagrass planter, der vokser i nærheden af parceller, i alt 70 stolons og 70 jordstængler. Alle stolons og jordstængler blev renset som beskrevet i protokol (trin 2) før yderligere måling. Internodium diameter og længde blev målt med en skydelære og lineal, henholdsvis, og antallet af noder blev optalt for hver udloeber eller rhizom. Gange nødvendigt at rengøre og måle udloeber og rhizom prøver med lineal og caliper blev også registreret. Udloeber og rhizom diametre blev beregnet som middel til alle internodium diametre måles. Samlede udloeber og samlede rhizom længder blev beregnet som summen af alle internodium længder. Derudover alt scannet længder og scannede diametre af hver udloeber og rhizom blev målt ved hjælp af et digitalt billede analysesystem, som beskrevet i trin 3 og 5. Gange nødvendigt at måle udloeber og rhizom træk ved digital analysesystem blev registreret. Hver udloeber og rhizom blev derefter skæres med en saks til at adskille stængelled fra noder, og stængelled blev brugt til at estimere den scannede internodium diameter som beskrevet i trin 3 og 5. Pearsons korrelationskoefficienter var beregnet for stolons og jordstængler (n = 70 stolons, n = 70 jordstængler) mellem målt og scannet længder, målt og scannet diametre, antallet af knudepunkter og den absolutte værdi af forskellen mellem målte og scannede diametre, og målte diametre og scannede internodium diametre. Længderne målt med linealen blev brugt til at kalibrere længder anslået gennem det digitale billede analysesystem.
Regressionsanalysen viste en høj korrelation mellem udloeber scannet og målte længde (figur 1a), med en stigning af 1,03 og skæring af-4.22 samt mellem rhizom scannet og målte længde (figur 1b), med en hældningen af 1,03 og skæring af 4.22. Rengøring i hånden, 14 stolons og 14 jordstængler tog en gennemsnitstid på 21 min og 24 s og 11 min og 12 s, henholdsvis. Den gennemsnitlige tid til foranstaltning længde og diameter med en lineal og caliper var 14 min og 6 s for stolons og 13 min og 35 s for jordstængler. Afsøgning og software analysen af prøver ved hjælp af WinRHIZO tog et gennemsnit på 11 min stolons og 12 min og 4 s for jordstængler.
Målt og scannede diametre var også signifikant korreleret i både stolons og jordstængler. Relationer mellem målte og scannede diameter var tæt på 1:1, der angiver en god pasform af data (figur 2a og 2b). Skæringspunktet viste dog, digital billed analysesystem overvurderet målte diameter, især for lavere værdier, og at højere værdier af rhizom diameter blev undervurderet. Denne overvurdering kan skyldes udloeber noder, der er scannet af software, der påvirker den samlede flade, der bruges til beregning af diameter (forholdet mellem total flade og total længde), og i stedet udelukkes, når målinger er lavet med en skydelære. Sammenhængen mellem antallet af noder og forskellen mellem diameter værdier opnået ved begge metoder (målt og scannet) var signifikant kun i stolons (figur 3a); variationer i antallet af noder forklarede også, kun en lille del af variationen af denne forskel (R2 = 14%). Den markant sammenhæng fundet mellem scannet internodium diameter og målt diameter (skråninger af 1,01 og 0,98 for stolons og jordstængler, henholdsvis; aflytninger af næsten nul) (figur 4a og 4b) viser, at internodium diameter kan vurderes præcist gennem det digitale billede analysesystem, så længe noder er fjernet. Derfor kan samlede udloeber længde og den gennemsnitlige diameter af prøver bestående af talrige stolons eller jordstængler nemt og præcist kvantificeres ved hjælp af det digitale billede analysesystem.
Som en del af en igangværende eksperiment, en græstørv prøve (20 x 20 x 15 cm dybde) blev indsamlet i hver plot sæsonmæssigt fra efteråret 2013 til sommeren 2015 og blev behandlet som beskrevet i protokollen. Udloeber og rhizom længden pr. enhed areal (længde tæthed) og vægt pr. enhed areal (vægt tæthed) for prøver, der opsamlet i juli 2014 er præsenteret i figur 5. Forskelle i udloeber længde tæthed blev observeret mellem de vegetativt opformerede kultivarer ("Patriot" og "Tifway") og seedet dem ("La Paloma" og "Yukon"). "Patriot" vises den højeste rhizom længde tæthed, efterfulgt af "Tifway" og de seedede kultivarer. Udloeber vægt tæthed var anderledes for alle sorter, med "Patriot" viser den højeste værdi efterfulgt af "Tifway", "La Paloma" og "Yukon". De vegetativt opformerede kultivarer vises også højere rhizom vægt tætheder end de seedede kultivarer. Udviklingen af udloeber og rhizom længde pr. enhed areal (længde tæthed) og vægt pr. enhed areal (vægt tæthed) af kultivar Patriot i hele studieperioden er rapporteret i figur 6. Udloeber længde tæthed vises en stigning fra marts 2014 til juli 2014, og det variere ikke fra juli 2014 til juli 2015. Kun et par jordstængler blev fundet i prøver, der opsamlet i oktober 2013 og marts 2014. Rhizom længde tæthed steg i juli 2104, nåede sit højeste værdier, men faldt igen i oktober 2014. Udloeber vægt tæthed steget en smule fra marts til juli 2014; dog blev en hurtigere stigning observeret fra juli til oktober 2014, med et efterfølgende fald i marts 2015. Rhizom vægt tæthed havde en lignende tendens til rhizom længde tæthed, med sin højeste værdi i juli 2014.
Softwaren inkluderer i analysen alle objekter i det scannede billede. Et eksempel på et digitalt billede analyse layout fra WinRHIZO software præsenteres (figur 7), hvor linjer i forskellige farve overlay objekter (stolons) med varierende diameter til at beregne den samlede længde pr. diameter klasse. Vi kan konstatere, at analysen tager hensyn fragmenter af rødder eller blade. Som beskrevet i trin 3.9, er det muligt at begrænse antallet af diameter klasser, der er analyseret og deres bredde. Histogrammet viser fordelingen af længder i udvalgte diameter klasser (figur 7). Denne histogram kan bruges til at vurdere de mindste diameter klasser skal udelukkes. En visuel observation af denne graf i den øverste del af skærmen image højdepunkter at længden har en normalfordeling omkring gennemsnit mener diameter klasse, med undtagelse af de to første klasser, der viser højere værdier end dem, der passer normalitet distribution. Selvom prøver er blevet omhyggeligt rengjort, herunder disse mindre klasser, kan dataanalyse påvirke resultaterne, overvurderer længde tæthed og undervurderer gennemsnitlig diameter. Vores resultater viser, at længden af mindre klasser (diameter < 0.2 mm) tegnede sig for 13-32% af de samlede rhizom længde værdier fra software analyse (tabel 1). Derudover blev gennemsnitlig diameter undervurderet fra 2-17% (tabel 1).
Figur 1: Regressionsanalyse af længde værdier målt med linealen mod værdier estimeres med digital image analysesystem bermudagrass stolons24 (en) og) jordstængler (b). Den stiplede linje repræsenterer forholdet 1:1. Panel A er blevet ændret fra Pornaro et al. 24. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Regressionsanalyse af diameter værdier målt med caliper mod værdier estimeres med digital image analysesystem bermudagrass stolons24 a og jordstængler (b). Den stiplede linje repræsenterer forholdet 1:1. Panel A er blevet ændret fra Pornaro et al. 24. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Regressionsanalyse af antallet af knudepunkter i bermudagrass stolons24 a og jordstængler (b) mod absolutte værdier af forskellen mellem diameter estimeres med digital image analysesystem og målt med caliper. Den stiplede linje repræsenterer forholdet 1:1. Panel A er blevet ændret fra Pornaro et al. 24. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Regressionsanalyse af diameter værdier målt med caliper mod værdier estimeres med digital billed analysesystem bermudagrass stolons24 a og jordstængler (b) for stængelled kun. Den stiplede linje repræsenterer forholdet 1:1. Panel A er blevet ændret fra Pornaro et al. 24. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: eksempel resultater af længde og vægt tæthed af stolons og jordstængler fra en feltundersøgelse, sammenligne fire plænegræs bermudagrass kultivarer (Patriot, Tifway, La Paloma, Yukon). Udloeber længde tæthed (a), rhizom længde tæthed (b), udloeber vægt tæthed (c), og rhizom vægt tæthed (d). Lodrette søjler repræsenterer standard fejl af seks replikater. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: eksempel resultater af længde og vægt tæthed af stolons og jordstængler fra en feltundersøgelse, viser udloeber og rhizom udvikling af Patriot bermudagrass kultivar. Udloeber længde tæthed (a), rhizom længde tæthed (b), udloeber vægt tæthed (c), og rhizom vægt tæthed (d). Lodrette søjler repræsenterer standard fejl af seks replikater. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: eksempel layout af digital billedanalyse fra software, WinRHIZO. Det scannede billede i forgrunden og søjlediagrammer i den øverste del af skærmbilledet viser længden distribution i udvalgte diameter klasser. De farvede linjer angiver billedanalyse, og hver farve svarer til farverne på diameter klasser rapporteret i liggende søjlediagrammer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Sort | Blok | Rhizom længde (cm/dm2) | Gennemsnitlig diameter (mm) | ||||
| < 0,2 mm | i alt | forholdet mellemen | < 0,2 mm | i alt | forholdetb | ||
| Patriot | 1 | 231 | 278 | 16,9 | 1.637846 | 1.5994 | 97,7 |
| Patriot | 2 | 304 | 349 | 12.8 | 1.620667 | 1.588371 | 98,0 |
| Patriot | 3 | 304 | 366 | 16,8 | 1.649918 | 1.621367 | 98.3 |
| Tifway | 1 | 184 | 231 | 20,6 | 2.149745 | 1.9951 | 92,8 |
| Tifway | 2 | 155 | 193 | 19,9 | 1.866253 | 1.76605 | 94,6 |
| Tifway | 3 | 119 | 150 | 20,9 | 1.877386 | 1.75865 | 93,7 |
| La Paloma | 1 | 17 | 23 | 24.4 | 2.139019 | 1.8904 | 88.4 |
| La Paloma | 2 | 26 | 38 | 31,6 | 2.101385 | 1.7455 | 83,1 |
| La Paloma | 3 | 34 | 47 | 27,5 | 2.033729 | 1.7354 | 85,3 |
| Yukon | 1 | 32 | 44 | 28,0 | 1.700155 | 1.4945 | 87,9 |
| Yukon | 2 | 17 | 25 | 33.2 | 1.68339 | 1.4284 | 84,9 |
| Yukon | 3 | 67 | 87 | 23,6 | 1.844721 | 1.6774 | 90,9 |
| en længde af klasser ≤0.2 mm/total længde | |||||||
| b samlede diameter/diameter af klasser ≤0.2 mm | |||||||
Tabel 1: rhizom længde tæthed og rhizom gennemsnitlig diameter med og uden mindre diameter klasser. Længde tæthed med og uden herunder diameter klasser mindre end 0,2 mm og deres nøgletal (længden af klasser ≤ 0,2 mm/total længde); og gennemsnitlig diameter med og uden herunder diameter klasser mindre end 0,2 mm og deres nøgletal (diameter herunder klasser < 0,2/diameter uden herunder diameter klasser < 0.2 mm).
Discussion
Protokollen beskrevet her blev udviklet og evalueret for studiet af turfgrasses. Det kan dog bruges over en række knolddannende eller rodstokagtig arter med nødvendige tilpasninger efter deres morfologiske karakteristika, miljøforhold og prøve rengøring præcision.
Den gennemsnitlige diameter anslået ved hjælp af denne protokol kan ikke sammenlignes med internodium diameter måles med en skydelære. Digital billedanalyse indeholder noder og stængelled i beregningen af den gennemsnitlige diameter, som er forholdet mellem total flade og total længde. Som omtalt af Pornaro et al. 24, gennemsnitlig diameter fremstillet for bermudagrass stolons med WinRHIZO system overvurderet gennemsnitsdiameteren værdier målt med skydelære på internodium. Udloeber diameter bruges typisk til at beskrive udloeber stængelled diameter og er en fælles parameter bruges til Botanisk beskrivelse18,25. Af denne grund, Pornaro et al. 24 påpegede, at gennemsnitlig diameter anslået gennem WinRHIZO system og manuelt målte internodium diameter beskrive to forskellige morfologi aspekter.
Den tid, der kræves for at udføre denne protokol forbliver en begrænsende faktor for rutinemæssig analyse. Den mest tidskrævende fase er rengøring af prøverne (trin 2.4). Baseret på vores erfaringer, rengøring en græstørv prøve med en stor mængde af biomasse (dvs., 20 x 20 cm) kræver ca tre mennesker, der arbejder for 2 til 4 timer. Som beskrevet i protokollen, er renseprocessen nødvendige for både den digitale analysesystem og når caliper og lineal. Når prøver består af et begrænset antal stolons/jordstængler, er den nødvendige tid til at indsamle data med de to metoder ens. Dog som prøvestørrelse er steget, har den programmel-baseret metode ikke en efterfølgende tid øge, som den eneste begrænsende faktor er arealet af scanneren. Tværtimod, stiger den nødvendige tid til måle organer med lineal og caliper med antallet af stolons eller jordstængler komponere prøven.
Undersøgelse af udloeber og rhizom træk i modne turfgrasses har altid været baseret på måling af internodium længde og diameter og masse tør vægt7,11,26,27. På grund af den store tid kræves for at behandle prøver og faldet i nøjagtighed med forhøjelsen af stikprøvestørrelse, bør manuelle målinger være begrænset til et lille antal stolons eller jordstængler11,20,25. Som sådan, kan de kun være egnet til single-plante eksperimenter. Fordelen ved et billede analysesystem over traditionelle metoder er, at det, der kan måle længden af store udloeber eller rhizom prøver og beregne både længde massefylde og specifikke vægt (vægt-længde forholdet).
Denne protokol giver mulighed for måling af udloeber og rhizom længde og beregning af længde tætheder i prøver med store biomasse (for hvilke udloeber eller rhizom vægt er i øjeblikket den eneste parameter bruges morfologi beskrivelse). Udloeber og/eller rhizom længde kan være en vigtig parameter i mange undersøgelser, der ikke kan vurderes med aktuelle teknikker. De seneste undersøgelser af forskellige turf arter6 har vist, at udloeber vægt og længde tætheder ikke er altid korreleret, der angiver, at det kan være ønskeligt at måle flere parametre for at tilstrækkeligt vurdere udloeber og rhizom systemet. Denne metode bør være særlig velegnet til sort eller kulturel forvaltning praksis sammenligning.
Flere trin i protokollen er afgørende for en vellykket beregning af længde og gennemsnitlig diameter af stolons og jordstængler. På grund af høje variabilitet af plante morfologi under forskellige miljøforhold, antallet af prøver (stikprøvestørrelse) og Vejareal dimensioner, der skal være prøver (prøve dimension) bør evalueres omhyggeligt og være så repræsentative som muligt af befolkning for at reducere data variabilitet. Derudover rengøring rødder og blade fra stolons før analyse er omhyggelige arbejde der kræver særlig opmærksomhed at undgå overestimations. Endelig, før du behandler billeder, det anbefales at omhyggeligt vælge bredden af diameter klasser og minimum diameter ved hjælp af software muligheder for at udelukke alt, ikke der er en udloeber eller rhizom fra analysen. Hvert forsøg kræver valg af en mindste diameter, som diameteren varierer med arter og miljømæssige forhold, herunder kulturelle praksis.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Ingen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| laboratory tape | Any | NA | Tags may be used to label samples |
| plastic bags | Any | NA | Any plastic bag can be used to keep samples until they have been cleened |
| paper bags | Any | NA | Any paper bag can be used to keep cleaned samples to avoid mold formation |
| paper towels | Any | NA | After samples have been washed with water and before to clean them with scissors it is helpful to put them on a paper towel to absorb water |
| scissor | Any | NA | Any scissor with fine tips |
| aluminium box | Any | NA | Any aluminium box large enough to contain the sample |
| trays | Any | NA | It is helpful to use plastic tray to hold samples during the cleaning process |
| sieve with 0.5-1.5 mm openings | Any | NA | Any sieve |
| soil core sampler | Any | NA | We use core sampler for soil collection with diameter of at least 8 cm |
| squared frame | Any | NA | To collect large samples we use squared frame (10 x 10 cm, or 15 x 15 cm, or 20 x 20 cm) |
| spade | Any | NA | We use spade to pull out samples delimited with squared frame |
| precision electronic balance | Any | NA | Any precision electronic balance |
| laboratory oven | Any | NA | Any laboratory oven |
| freezer | Any | NA | Any freezer |
| WinRHIZO software | Regent Instruments Inc., Quebec | NA | Excluded the "basic" version |
| WinRHIZO scanner | Regent Instruments Inc., Quebec | NA | WinRHIZO system includes a scanner calibrated for the software |
| WinRHIZO scanner accessories | Regent Instruments Inc., Quebec | NA | WinRHIZO system includes accessories, as plastic tray and positioner, to be used with the scanner |
References
- Beard, J. B. Beard's turfgrass encyclopedia for golf courses, grounds, lawns, sports fields. , Michigan State University Press. (2004).
- Anderson, J. A., Taliaferro, C. M., Wu, Y. Q. Freeze tolerance of seed- and vegetatively propagated bermudagrasses compared with standard cultivars. Applied Turfgrass Science. , (2007).
- Gennaro, P., Piazzi, L. The indirect role of nutrients in enhancing the invasion of Caulerpa racemosa var cylindracea. Biological Invasions. 16 (8), 1709-1717 (2014).
- Ortiz-Ribbing, L. M., Eastburn, D. M. Evaluation of digital image acquisition methods for determining soybean root characteristics. Crop Management. , (2003).
- Pornaro, C., Schneider, M. K., Leinauer, B., Macolino, S. Above-and belowground patterns in a subalpine grassland-shrub mosaic. Plant Biosystems. 151 (3), 493-503 (2017).
- Pornaro, C., Menegon, A., Macolino, S. Stolon development in four turf-type perennial ryegrass cultivars. Agronomy Journal. , In press (2018).
- Rimi, F., Macolino, S., Richardson, M. D., Karcher, D. E., Leinauer, B. Influence of three nitrogen fertilization schedules on bermudagrass and seashore paspalum: II. Carbohydrates and crude protein in stolons. Crop Science. 53, 1168-1178 (2013).
- Schiavon, M., Macolino, S., Leinauer, B., Ziliotto, U. Seasonal changes in carbohydrate and protein content of seeded bermudagrasses and their effect on spring green-up. Journal of Agronomy and Crop Science. 202 (2), 151-160 (2016).
- Macolino, S., Ziliotto, U. Comparison of Turf Performance and Root Systems of Bermudagrass Cultivars and Companion Zoysiagrass. Acta Horticulturae. 938, 185-190 (2012).
- Giolo, M., Macolino, S., Barolo, E., Rimi, F. Stolons reserves and spring green-up of seeded bermudagrass cultivars in a transition zone environment. HortScience. 48 (6), 780-784 (2013).
- Lulli, F., et al. Physiological and morphological factors influencing wear resistance and recovery in C3 and C4 turfgrass species. Functional Plant Biology. 39, 214-221 (2012).
- Ramalingam, P., Kamoshita, A., Deshmukh, V., Yaginuma, S., Uga, Y. Association between root growth angle and root length density of a near-isogenic line of IR64 rice with DEEPER ROOTING 1 under different levels of soil compaction. Plant Production Science. 20 (2), 162-175 (2017).
- Qin, R., Noulas, C., Herrera, J. M. Morphology and Distribution of Wheat and Maize Roots as Affected by Tillage Systems and Soil Physical Parameters in Temperate Climates: An Overview. Archives of Agronomy and Soil Science. , 1-16 (2017).
- Barnes, B. D., Kopecký, D., Lukaszewski, A. J., Baird, J. H. Evaluation of turf-type interspecific hybrids of meadow fescue with perennial ryegrass for improved stress tolerance. Crop Science. 54, 355-365 (2014).
- Biernacki, M., Bruton, B. D. Quantitative response of Cucumis melo inoculated with root rot pathogens. Plant Disease. 85, 65-70 (2001).
- Bouma, T. J., Nielsen, K. L., Koutstaal, B. Sample preparation and scanning protocol for computersied analysis of root length and diameter. Plant and Soil. 218, 185-196 (2001).
- Kraft, J. M., Boge, W. Root characteristics of pea in relation to compaction and Fusarium root rot. Plant Disease. 85, 936-940 (2000).
- Rimi, F. Performance of warm season turfgrasses as affected by various management practices in a transition zone environment. , University of Padova. Italy. Doctorate thesis (2012).
- Burgess, P., Huang, B. Growth and physiological responses of creeping bentgrass (Agrostis stolonifera) to elevated carbon dioxide concentrations. Horticulture Research. 1, 14021 (2014).
- Volterrani, M., et al. The Effect of Increasing Application Rates of Nine Plant Growth Regulators on the Turf and Stolon Characteristics of Pot-grown 'Patriot' Hybrid Bermudagrass. HortTechnology. 25 (3), 397-404 (2015).
- Böhm, W. Methods of studying root systems. Ecological studies: Analysis and synthesis. , Springer-Verlag. New York. 64-71 (1979).
- Box, J. E. Modern methods for root investigations. Plant Roots: The Hidden Half. , Marcel Dekker. New York. 193-237 (1996).
- Dowdy, R. H., Nater, E. A., Dolan, M. S. Quantification of the length and diameter of root segments with public domain software. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26, 459-468 (1995).
- Pornaro, C., Macolino, S., Menegon, A., Richardson, M. WinRHIZO Technology for Measuring Morphological Traits of Bermudagrass Stolons. Agronomy Journal. 109 (6), 3007-3010 (2017).
- Patriot turf bermudagrass. United States Plant Patent. Taliaferro, C. M., Martin, D. L., Anderson, J. A., Anderson, M. P. , US PP16,801 P2 (2006).
- Munshaw, G. C., Williams, D. W., Cornelius, P. L. Management strategies during the establishment year enhance production and fitness of seeded bermudagrass stolons. Crop Science. 41, 1558-1564 (2001).
- Rimi, F., Macolino, S., Richardson, M. D., Karcher, D. E., Leinauer, B. Influence of three nitrogen fertilization schedules on bermudagrass and seashore paspalum: I. Spring green-up and fall color retention. Crop Science. 53, 1161-1167 (2013).
- Murphy, S. L., Smucker, A. J. M. Evaluation of video image analysis and line-intercept methods for measuring root systems of alfalfa and ryegrass. Agronomy Journal. 87, 865-868 (1995).
- Wright, S. R., Jennette, M. W., Coble, H. D., Rufty, T. W. Root morphology of young Glycine max, Senna obtusifolia, and Amaranthus palmeri. Weed Science. 47, 706-711 (1999).
- Nilsson, H. E. Remote sensing and image analysis in plant pathology. Annual Review of Phytopathology. 15, 489-527 (1995).
- Ottman, M. J., Timm, H. Measurement of viable plant roots with the image analyzing computer. Agronomy Journal. 76, 1018-1020 (1984).
- Newman, E. I. A method of estimating the total length of roots in a sample. Journal of Applied Ecology. 3, 139-145 (1966).
- Tennant, D. A test of a modified line intersect method of estimating root length. Journal of Ecology. 63, 995-1001 (1975).
- Arsenault, J. L., Pouleur, S., Messier, C., Guay, R. WinRHIZO™, a root-measuring system with a unique overlap correction method. HortScience. 30, 906 (1995).
