Summary
En mjukvaran-baserat bild analyssystem ger en alternativ metod för att studera morfologi av revor och insjöar arter. Detta protokoll tillåter mätning av längd och diameter på undervattensstjälken och rhizomer och kan tillämpas för prover med en stor mängd biomassa och till en mängd olika arter.
Abstract
Längd och diameter på undervattensstjälken eller rhizomer mäts vanligen med enkel linjaler och bromsok. Detta förfarande är långsam och mödosam, så det används ofta på ett begränsat antal undervattensstjälken eller rhizomer. Därför är dessa egenskaper begränsade deras användning för morfologisk karakterisering av växter. Användning av digital bild analys programvaruteknik kan övervinna mätfel på grund av mänskliga misstag, som tenderar att öka eftersom antalet och storleken av prover också öka. Protokollet kan användas för alla typer av gröda men är särskilt lämplig för foder eller gräs, där växterna är små och många. Turf prover består av aboveground biomassa och en övre markskiktet till djupet av maximal rhizom utveckling, beroende på art av intresse. I studier, proverna tvättas från marken, och undervattensstjälken/rhizomer städas för hand före analys av digital bild analys programvara. Proverna torkas ytterligare i ett laboratorium som uppvärmning ugnen för att mäta torrsubstans. för varje prov är därför de resulterande data totala längd, totala torrvikt och genomsnittliga diameter. Skannade bilder kan korrigeras före analys genom att utesluta synliga främmande delar, såsom återstående rötter eller blad inte bort med reningsprocessen. Dessa fragment har faktiskt normalt mycket mindre diameter än undervattensstjälken eller rhizomer, så de kan uteslutas enkelt från analys genom att fastställa den minsta diametern under vilken objekt inte räknas. Stolon eller rhizom densitet per ytenhet kan sedan beräknas baserat på urvalets storlek. Fördelen med denna metod är snabb och effektiv mätning av längd och genomsnittliga diameter stort urval nummer av undervattensstjälken eller rhizomer.
Introduction
Studien av växten morfologi behandlas i stort sett i alla discipliner av växter vetenskap inklusive ekologi, agronomi, biologi och fysiologi. Anläggningen rotsystemet studeras allmänt för dess betydelse i stresstolerans, jordens stabilitet, växternas tillväxt och produktivitet. Undervattensstjälken och rhizom studeras också allmänt för sin roll i växten förökning strategier, rekuperativ förmåga och kolhydrat lagring. Undervattensstjälken och rhizom är modifierade stammar som växer horisontellt, antingen ovan jord (undervattensstjälken) eller nedanför-jord (jordstammar). Undervattensstjälken och jordstammar innehåller också regelbundet fördelade noder och internoder, samt meristematic noder som kan ge upphov till nya rötter och skott1. Det har varit ett stort antal studier om olika ämnen undersöka rötter, undervattensstjälken och rhizom av olika växter2,3,4,5,6,7, 8. Rotsystem, undervattensstjälken och rhizom av turfgrasses studeras på grund av sin betydelse i turf kvalitet9våren gröna upp efter vintern dvala10, och slitage tolerans och rekuperativ förmåga11. Dessutom studeras dessa organ också i andra grödor, turfgrasses såsom ris12, sojabönor4, och majs13och betesmarker där laterala stjälkar spelar en nyckelroll i smutsa erosion kontroll5.
Root längd täthet (roten längd per jord volym) och genomsnittliga diameter mäts vanligen med scanning programvara3,4,5,9,14,15, 16,17,18. Omvänt, längd och diameter på undervattensstjälken eller rhizomer mäts vanligen med en linjal och OK3,19,20 och kräver betydande tid och arbetskraft21,22 , 23 , 24. därför de mäts ofta i ett begränsat antal undervattensstjälken eller rhizomer11,20,25 och är ofta begränsade till morfologisk karakterisering av placerade växter bara. Studien av stolon och rhizom drag i en mogen baldakin innebär provtagning en stor mängd biomassa så att vanligt endast stolon och rhizom torrvikt densitet (torr vikt per enhet av yta) är beslutsam7,11, 26 , 27. stolon torrvikt, i själva verket kan vara lättare mätt än stolon längd och diameter genom torkning av prover i en ugn. Stolon längd är dock en viktiga arter och sorter karaktär som inte är väl relaterade till torrvikt. En färsk studie om krypande rajgräs (Lolium perenne) visat att prover med hög stolon längd täthet inte nödvändigtvis hade hög stolon vikt densitet6.
Bildanalys system gör analysen av rötter snabbare28,29, mer exakt, och mindre benägna att mänskliga fel30,21 än traditionella manuella metoder31,32, 33. Dessutom dessa system ger hög flexibilitet och lätt-till-använda verktyg inklusive ljus, optisk inställningar och upplösning, som ofta kalibreras för varje skannad bild34. Pornaro et al. 24 visat att WinRHIZO systemet, en bild analyssystem speciellt utformad för mätning av tvättade rötter, kan tillhandahålla en alternativ metod för att analysera stolon och rhizom drag mer fullständigt än nuvarande metoder genom att övervinna mätfel orsakas av mänskliga misstag. För en morfologisk beskrivning och kvantitativa uppgifter om stolon och rhizom tillväxt, kan bildanalys system användas för att analysera ett stort antal prover snabbt, även med en stor mängd biomassa, möjliggör ökad statistisk precision. Därför ger rot analys programvarupaket en alternativ, pålitlig och snabb metod för att studera tillväxten och morfologi av undervattensstjälken och rhizom av olika växt arter24.
Vi presenterar ett experiment som utförts i nordöstra Italien för att studera stolon och rhizom utveckling av fyra sorter av miljardär (Cynodon spp.). Studien syftade till att öka kunskapen om utvecklingen av undervattensstjälken och rhizomer i seedade (”LaPaloma” och ”Yukon”) och vegetativt (”Patriot” och ”Tifway”) sorter av miljardär. Experimentet grundades i maj 2013 och torv prover samlades över tre provtagning datum per år, från hösten 2013 till sommaren 2015 [mars (innan den gröna upp), juli (hela växtsäsongen) och oktober (före vintern dvala)]. För beskrivning och förklaring av denna metod använde vi prov som samlats i sommaren av andra växtsäsongen (juli 2014), som den stora biomassan av proverna vid denna tid motiverat behovet av en snabb analys. WinRHIZO, en digital bild-analys programvaruverktyg specifikt utformade för tvättade rot mätningar och användes för att bestämma stolon längd täthet och genomsnittliga diameter.
Protocol
1. provtagning för biomassa
- Samla in prover inklusive den aboveground biomassan och ett jordlager med ett lämpligt djup beroende på Art (för turf arter, 15 cm djup är vanligen tillräckligt) att säkerställa uppbörd av både undervattensstjälken och rhizomer.
Obs: Totala skiftesstorlek måste beaktas innan studien, eftersom destruktiva prover kommer att tas. I allmänhet utfört ju längre experimentet är, ju större den krävda skiftesstorlek. - Kontrollera markförhållanden innan provtagning: om jorden är alltför torr, speciellt i tunga jordar, det kan vara svårt att samla in prover. I det här fallet vattna tomterna innan samling att mjukgöra prova lager.
- Samla in prover med en jord kärna sampler (≥ 8 cm diameter) eller definiera ytan att samla med RAM (≥ 10 x 10 cm), och samla in prover med en spade. Märk varje prov med laboratorium tejp.
- Samla flera slumpmässiga prover per tomt så att de är representativa för befolkningen växt.
- Använd samma sampler för hela experimentet och spela in det område som varje prov motsvarar för att beräkna stolon och rhizom densitet.
Obs: Protokollet kan pausas här, och proverna kan lagras i plastpåsar och bevaras vid en temperatur lägre än-18 ° C.
2. rengöring av biomassa prover
- Placera provet i en stor SIL med 0,5-1,5 mm öppningar beroende på stolon eller rhizom storlek. Öppningarna bör vara tillräckligt liten för att behålla alla undervattensstjälken och jordstammar, men tillräckligt stor för att tillåta jordpartiklar tas bort. För sandjordar kan två siktar med olika öppningar, placerade ovanpå varandra, för bättre precision och effektivitet.
- Ren av prov med en ström av vatten som räcker för att ta bort jordpartiklar utan att skada växterna.
- Hämta de rengjorda proverna och placera dem i en bricka med hushållspapper, försiktig och märk facken på lämpligt sätt.
Obs: Protokollet kan pausas här, och proverna kan lagras i plastpåsar och bevaras vid en temperatur lägre än-18 ° C. - Ytterligare ren proverna genom att ta bort rötter och blad med sax. Under denna process, separat undervattensstjälken och rhizomer, om det behövs, och spela in ytterligare information såsom numrerar av växter, jordfräsar och undervattensstjälken per planta.
Obs: Ta bort alla rot och blad vävnad från undervattensstjälken och rhizom kommer att förbättra precisionen. Boten rotar är svåra att ta bort; genom digital bildanalys, det är dock möjligt att utelämna dem från analysen använder ett program som omfattar inte organ med en diameter mindre än ett valt värde (se steg 5.1), som är definierade ganska exakt baserat på observationer av bilder återges på skärmen. - Plats undervattensstjälken och rhizomer i papper märkt väskor.
Obs: Protokollet kan pausas här, och proverna kan lagras i plastpåsar och bevaras vid en temperatur lägre än-18 ° C.
3. Skanna och bildanalys av prover
- Placera provet på en genomskinlig plastbricka av WinRHIZO standard skanning utrustning. Manuellt placera undervattensstjälken och rhizomer med laboratorium pincett för att minimera överlappande. Stora prover kan behöva delas upp i delprover.
- Lägg inte till vatten till facket (som rekommenderas för rötter), eftersom undervattensstjälken och rhizom har tillräcklig styvhet att undvika överdrivna närheten av organ som kan orsaka läsning fel, vilket oftast händer med fina rötter.
- Placera magasinet på scanner yta.
- Slå på skannern och börja köra programmet.
- Kolla bild dpi i bild -menyn kommandot bild förvärv parameter, för en möjlig ytterligare kontroll i den sparade bilden.
- Kontrollera tröskel i analys, kommandot Root & bakgrund åtskillnad, för bra klassificering av pixel tillhör de skannade organ.
- Kontrollera att hela facket ytan kommer att skannas i bild -menyn kommandot bild förvärv parameter.
- Kontrollera diameter klass visas för organ distribution per diameter, i det grafiska området ovanför den skannade bilden. Välj 20 lika bredd klasser med 0,1 mm intervall genom att klicka på den vågräta axeln i diagrammet. Denna funktion tillåter uteslutning av data som tillhör rötter eller små organ, när undervattensstjälken eller rhizomer inte rengjordes perfekt. Litteraturen rapporterar att de flesta rötter av torv arter har diametrar lägre än 0,2 mm.
Obs: Bredd och antal klasser kan ändras med hänsyn till den genomsnittliga diametern av undervattensstjälken och rhizomer för analyserade prover och variabilitet runt detta medelvärde. En kontroll bör utföras i vissa prover att bestämma den minsta diametern ska uteslutas. - Kör första provet skanning och kontrollera att redigera möjliggör en bra analys.
- Följ instruktionerna programvara för att spara bilden och bearbetas analys. Märk bilden och analys med provetikett.
- Fortsätt med skanning av alla prover.
Obs: Protokollet kan pausas här, och proverna kan lagras i plastpåsar och bevaras vid en temperatur lägre än-18 ° C.
4. mätning av torrvikt
- Använd en exakt elektronisk balans, placera de skannade proverna i en tarerad aluminium bricka.
- Upprepa steg 4.1 för alla skannade prover.
- Infoga alla proverna i ugn inställd på 105 ° C och torka dem i 24 h.
- Ta bort proverna och vänta tills vävnaden vikt har stabiliserats.
- Väg alla prover med deras tare.
- Subtrahera tare från den registrerade vikten att få nettovikten av varje prov.
5. korrigering av Data och beräkning av längd och vikt densitet
- Korrigering av längd och i genomsnitt diameter
- Konvertera txt-filen som härrör från analysen med WinRHIZO till en CSV-fil.
- Använd resultaten grupperade för diameter klasser för att utesluta data av organ som är mindre än 0,2 mm (rötter, del av blad eller repor på brickan).
- För varje WinRHIZO läsning (rader .txt-fil) summan registreras alla längderna för diameter klasser större än 0,2 mm. Längd beräknas med denna korrigering är den effektiva längden som ska användas för ytterligare bearbetning.
- För varje WinRHIZO läsning klasserna summan projektion områdena registreras för diameter mer än 0,2 mm. Förhållandet mellan längd och projektionen område ger den genomsnittliga diameter korrigerad för uteslutning av organ med diametrar mindre än 0,2 mm.
- Om provet har delats upp i delprover, beräkna den slutliga längden som summan av alla delprov längder och beräkna den slutliga genomsnittliga diametern som andelen mellan summan av alla delprov längder och summan av alla delprov projektion områden.
- Vid behov beräkna längd och vikt densiteten per ytenhet baserat på urvalets storlek.
- Använda uppgifter som erhållits för statistisk analys.
Representative Results
Ett fältförsök grundades hösten 2013 att jämföra stolon och rhizom utveckling av fyra miljardär sorter, inklusive två seedade typer (”LaPaloma” och ”Yukon”) och två steril vegetativt hybrider (”Patriot” och ”Tifway”). Experimentell design var en randomiserad komplett block med tre reproduktioner, för sammanlagt 12 tomter (2 x 2 m).
Fjorton undervattensstjälken och fjorton rhizomer från varje turf-typ sorten och den vilda miljardär samlades slumpmässigt i tomterna samt från vilda miljardär växter växer nära tomterna, för sammanlagt 70 undervattensstjälken och 70 rhizomer. Alla undervattensstjälken och rhizomer rengjordes som beskrivs i protokollet (steg 2) före ytterligare mätning. Internoden diameter och längd mättes med ett skjutmått och linjal, respektive, och antalet noder räknades för varje stolon eller rhizom. Gånger som är nödvändigt att rengöra och mäta stolon och rhizom prover med linjal och bromsok registrerades också. Stolon och rhizom diametrar beräknades som medel för alla internoden diametrar mätt. Totala stolon och totala rhizom längder har beräknats som summan av alla internoden längder. Dessutom Totalt skannade längder och skannade diametrar på varje stolon och rhizom mättes med en digital bild analyssystem, som beskrivs i steg 3 och 5. Gånger som är nödvändigt att mäta stolon och rhizom drag av systemet för digital analys registrerades. Varje stolon och rhizom klipptes sedan med sax för att separera internoder från noder, och internoder användes för att uppskatta den skannade internoden diametern som beskrivs i steg 3 och 5. Pearsons korrelationskoefficienter beräknades för undervattensstjälken och rhizom (n = 70 undervattensstjälken, n = 70 jordstammar) mellan uppmätt och skannats längder, mäts och skannade diametrar, antalet noder och det absoluta värdet av skillnaden mellan uppmätta och skannade diametrar, och uppmätta diametrar och skannade internoden diametrar. Längderna mätt med linjalen användes för att kalibrera längderna Beräknad via systemets digital bild analys.
Regressionsanalysen visade en hög korrelation mellan stolon skannas längd och uppmätta längd (figur 1a), med en lutning på 1,03 och skärningspunkt för-4.22 samt mellan rhizom skannas längd och uppmätta längd (figur 1b), med en lutningen på 1,03 och skärningspunkten av 4.22. Rengöring för hand, 14 undervattensstjälken och 14 rhizomer tog en genomsnittlig tid av 21 min och 24 s och 11 min och 12 s, respektive. Genomsnittlig tid för att mäta längd och diameter med en linjal och bromsok var 14 min och 6 s för undervattensstjälken och 13 min och 35 s för rhizomer. Skanning och programvara analys av prover med WinRHIZO tog i genomsnitt 11 min för undervattensstjälken och 12 min och 4 s för rhizomer.
Mätt och skannade diametrar var också signifikant korrelerade i både undervattensstjälken och rhizomer. Relationerna mellan uppmätta och skannade diameter var nära 1:1, vilket indikerar en bra passform av data (figur 2a och 2b). Interceptet visade dock att digital bild analyssystem överskattat uppmätt diameter, särskilt för lägre värden, och att högre värden av rhizom diameter underskattades. Denna överskattning kan bero på stolon-noder som har skannats av programvaran, som påverkar den totala projektionsyta som används för att beräkna diameter (förhållandet mellan totala projektionsyta och total längd), och i stället exkluderas när mätningar gjord med klaven. Sambandet mellan antalet noder och skillnaden mellan diameter värden som erhålls av båda metoderna (mätt och skannats) var signifikant endast i undervattensstjälken (figur 3a); variationer i antalet noder förklarade också, bara en liten del av variationen av denna skillnad (R2 = 14%). Signifikant korrelation mellan skannas internoden diameter och uppmätt diameter (sluttningarna av 1,01 och 0,98 för undervattensstjälken och rhizom, respektive; fångar upp av nästan noll) (figur 4a och 4b) visar det internoden diametern kan beräknas korrekt via systemets digital bild analys så länge noder tas bort. Därför kan totala stolon längd och den genomsnittliga diameter av prover som består av många undervattensstjälken eller rhizomer enkelt och exakt kvantifieras med hjälp av digital bild analys systemet.
Som en del av ett pågående experiment, ett turf prov (20 x 20 x 15 cm djup) samlades i varje tomt säsongsvis från hösten 2013 till sommaren 2015 och sköttes enligt beskrivningen i protokollet. Stolon och rhizom längd per ytenhet (längd täthet) och vikt per ytenhet (vikt densitet) av prov som samlats i juli 2014 presenteras i figur 5. Skillnader i stolon längd täthet observerades mellan de vegetativt förökade sorterna (”Patriot” och ”Tifway”) och seedade ettor (”La Paloma” och ”Yukon”). ”Patriot” visas den högsta rhizom längd tätheten, följt av ”Tifway” och de seedade sorterna. Stolon vikt tätheten var annorlunda för alla sorter, med ”Patriot” visar det högsta värdet följt av ”Tifway”, ”La Paloma” och ”Yukon”. De vegetativt förökade sorterna visas också högre rhizom vikt befolkningstäthet än de seedade sorterna. Utvecklingen av stolon och rhizom längd per ytenhet (längd täthet) och vikt per ytenhet (vikt densitet) av sorten Patriot under hela studien redovisas i figur 6. Stolon längd täthet visas en ökning från mars 2014 till juli 2014, och det variera inte från juli 2014 till juli 2015. Endast några rhizomer hittades i proven uppsamlade i oktober 2013 och mars 2014. Rhizom längd täthet ökade i juli 2104, når sin högsta värden, men minskade igen i oktober 2014. Stolon vikt densitet ökat något från mars till juli 2014. emellertid observerades en snabbare ökning från juli till oktober 2014, med en efterföljande minskning i mars 2015. Rhizom vikt densitet hade en liknande trend till rhizom längd täthet, med dess högsta värde i juli 2014.
Programvaran innehåller i analysen alla objekt i den skannade bilden. Ett exempel på en digital bild analys layout från WinRHIZO programvara presenteras (figur 7), där linjer av olika färg overlay objekt (undervattensstjälken) med olika diameter att beräkna den totala längden per diameter klass. Vi kan konstatera att analysen tar in i konto fragment av rötter eller blad. Som beskrivs i steg 3,9, är det möjligt att begränsa bredd och antal diameter klasser som analyseras. Histogrammet visar fördelningen av längder i valda diameter klasser (figur 7). Histogrammet kan användas för att bedöma klasserna minsta diameter ska uteslutas. En visuell observation av denna graf i den övre delen av skärmen bild höjdpunkterna att längden har en normalfördelning runt genomsnitt menar diameter klass, med undantag för de två första klasserna som visar högre värden än de passande normal distribution. Även om prover noggrant har rengjorts, inklusive dessa mindre klasser, kan dataanalys påverka resultaten, överskattar längd täthet och underskattar genomsnittliga diameter. Våra resultat visar att längden på mindre klasser (diameter < 0,2 mm) stod för 13-32% av de totala rhizom längdvärden från programvara analysen (tabell 1). Dessutom underskattades genomsnittliga diameter från 2-17% (tabell 1).
Figur 1: Regressionsanalys för längd uppmätta med linjalen mot värden beräknad med digital bild analyssystem av miljardär undervattensstjälken24 (a) och) rhizomer (b). Den streckade linjen representerar förhållandet 1:1. Panel A har ändrats från Pornaro et al. 24. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 2: Regressionsanalys för diameter uppmätta med klaven mot värden beräknad med digital bild analyssystem av miljardär undervattensstjälken24 a och rhizomer (b). Den streckade linjen representerar förhållandet 1:1. Panel A har ändrats från Pornaro et al. 24. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 3: Regressionsanalys av antalet noder av miljardär undervattensstjälken24 a och rhizomer (b) mot absolutvärdena av skillnaden mellan diameter beräknad med digital bild analyssystem och mätt med klaven. Den streckade linjen representerar förhållandet 1:1. Panel A har ändrats från Pornaro et al. 24. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4: Regressionsanalys för diameter uppmätta med klaven mot värden beräknad med digital bild analyssystem av miljardär undervattensstjälken24 a och rhizomer (b) för internoder endast. Den streckade linjen representerar förhållandet 1:1. Panel A har ändrats från Pornaro et al. 24. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 5: exempel på resultat av längd och vikt tätheten av undervattensstjälken och rhizom från ett fält-rättegång jämföra fyra turfgrass miljardär sorter (Patriot, Tifway, La Paloma, Yukon). Stolon längd densitet (a), rhizom längd densitet (b), stolon vikt densitet (c) och rhizom vikt densitet (d). Lodräta staplarna representerar standardfel för sex replikat. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: exempel på resultat av längd och vikt tätheten av undervattensstjälken och rhizom från ett fältförsök visar stolon och rhizom utveckling av Patriot miljardär sort. Stolon längd densitet (a), rhizom längd densitet (b), stolon vikt densitet (c) och rhizom vikt densitet (d). Lodräta staplarna representerar standardfel för sex replikat. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: exempel layout av digital bildanalys från WinRHIZO software. Den skannade bilden i förgrunden och bar listorna i den övre delen av bilden visar längd fördelningen i valda diameter klasser. De färgade linjerna indikerar bildanalys, och varje färg motsvarar färgerna i diameter klasser rapporterade i stapeldiagram. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Äppelsort | Blocket | Rhizom längd (cm/dm2) | Genomsnittliga diameter (mm) | ||||
| < 0,2 mm | Totalt | baserat påen | < 0,2 mm | Totalt | baserat påb | ||
| 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 längd av klasser ≤0.2 mm/total längd | |||||||
| b Total diameter diameter av klasser ≤0.2 mm | |||||||
Tabell 1: rhizom längd täthet och rhizom genomsnittliga diameter med och utan mindre diameter klasser. Längd täthet med och utan inklusive diameter klasser mindre än 0,2 mm och sina förhållanden (längd klasser ≤ 0,2 mm/total längd); och genomsnittliga diameter med och utan inklusive diameter klasser mindre än 0,2 mm och sina förhållanden (diameter inklusive klasser < 0,2 diameter utan inklusive diameter klasser < 0,2 mm).
Discussion
Protokollet beskrivs här utvecklades och utvärderades för studien av turfgrasses. Det kan emellertid användas över en rad revor eller insjöar arter med nödvändiga justeringar enligt deras morfologiska kännetecken, miljöförhållanden och prov rengöring precision.
Den genomsnittliga diameter uppskattas med hjälp av detta protokoll kan inte jämföras med internoden diametern mätt med ett skjutmått. Den digital bildanalys omfattar noder och internoder i beräkningen av genomsnittlig diameter, som är förhållandet mellan totala projektionsyta och total längd. Som diskuteras av Pornaro et al. 24, genomsnittliga diameter erhålls för miljardär undervattensstjälken med WinRHIZO system överskattade genomsnittliga diameter värden uppmätta med klaven på internoden. Stolon diameter är vanligtvis används för att beskriva stolon internoder diameter och är en vanlig parameter som används för botaniska Beskrivning18,25. Av denna anledning, Pornaro et al. 24 påpekade att genomsnittliga diameter beräknad genom WinRHIZO system och manuellt uppmätta internoden diameter beskriver två olika morfologi aspekter.
Den tid som krävs för att utföra detta protokoll är fortfarande en begränsande faktor för rutinanalyser. Den mest tidsödande fasen är rengöring av proverna (steg 2,4). Baserat på vår erfarenhet, rengöring ett turf prov med en stor mängd biomassa (dvs., 20 x 20 cm) kräver ungefär tre personer som arbetar för 2 till 4 timmar. Som beskrivs i protokollet, är reningsprocessen nödvändigt för både digital analys systemet och när du använder bromsok och linjal. När prover består av ett begränsat antal undervattensstjälken/rhizomer, är tid som krävs för att samla in data med de två metoderna liknande. Dock som urvalets storlek ökas, har programvara-baserade metoden inte en efterföljande tid öka, som den enda begränsande faktorn är ytan på skannern. Tvärtom ökar tid som krävs för att mäta organ med linjal och bromsok med antalet undervattensstjälken eller rhizomer skriver provet.
Studien av stolon och rhizom drag i mogna turfgrasses har alltid varit baserad på mätning av internoden längd och diameter och massa torr vikt7,11,26,27. På grund av den stora tiden som krävs för att behandla prover och minskningen i noggrannhet med ökningen av urvalsstorlek, bör manuella mätningar begränsas till ett litet antal undervattensstjälken eller rhizomer11,20,25. Som sådan, kanske de endast lämplig för singel-växt experiment. Fördelen med en bild analyssystem jämfört med traditionella metoder är att det som kan mäta längden på stora stolon eller rhizom prover och beräkna både längd densitet och specifik vikt (vikt-längd förhållandet).
Detta protokoll möjliggör mätning av stolon och rhizom längd och beräkning av längd tätheter i prover med stor biomassa (för vilka stolon eller rhizom vikt är för närvarande den enda parameter som används för morfologi beskrivning). Stolon eller rhizom längd kan vara en viktig parameter i många studier som inte kan beräknas med nuvarande tekniker. Nyligen genomförda studier på olika turf arter6 har visat att stolon vikt och längd tätheter inte är alltid korrelerade, vilket indikerar att det kan vara önskvärt att mäta flera parametrar för att adekvat bedöma systemet stolon och rhizom. Denna metod bör vara särskilt lämplig för sort eller kulturella management övar jämförelse.
Flera steg inom protokollet är avgörande för en framgångsrik uppskattning av längd och genomsnittlig diameter av undervattensstjälken och rhizom. På grund av hög variabilitet av växten morfologi under olika miljöförhållanden, antalet prov (provstorlek) och markyta dimensioner som bör provtas (prov dimension) bör noga utvärderas och vara så representativa som möjligt av befolkningen för att minska data variabilitet. Dessutom rengöring rötter och blad från undervattensstjälken innan analys är minutiösa arbete som kräver särskild uppmärksamhet att undvika overestimations. Slutligen, innan bearbetning av bilder, rekommenderas att noggrant välja bredd av diameter klasser och minsta diameter använder programvarualternativ för att utesluta allt som inte är en stolon eller rhizom från analysen. Varje experiment kräver valet av en minsta diameter, diameter varierar med arter och miljöfaktorer, inklusive kulturella sedvänjor.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
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).
