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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
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 |