Summary
En software-basert image analysesystem gir en alternativ metode for å studere morfologi av stoloniferous og rhizomatous arter. Denne protokollen tillater måleenhet for lengde og diameter på stolons og rotstokker og kan brukes å prøver med store mengder biomasse og et bredt utvalg av arter.
Abstract
Lengde og diameter på stolons eller rotstokker måles vanligvis bruker enkel herskere og calipers. Denne fremgangsmåten er langsom og arbeidskrevende, så det er ofte brukt på et begrenset antall stolons eller rotstokker. Derfor er disse trekkene begrenset i sin bruk i morfologiske karakteristikk av planter. Bruk digital image analyse programvare teknologi kan overvinne feil av måling skyldes menneskelige feil, som pleier å øke antallet og størrelsen av prøver også øke. Protokollen kan brukes for alle typer beskjære, men er spesielt egnet for grovfôr eller gress, der planter er små og tallrike. Torv prøver består av aboveground biomasse og en øvre laget til dybden av maksimal rhizome utvikling, avhengig av arten av interesse. I studier, prøver er vasket fra jord og stolons/rotstokker rengjøres for hånd før analyse av digitalt bilde analyseprogramvare. Prøvene er ytterligere tørket i et laboratorium varme ovnen for å måle tørr vekt; Derfor for hver prøve er resulterende dataene lengde, tørr totalvekt og gjennomsnittlig diameter. Skannede bilder kan korrigeres før analyse av unntatt synlig unødvendige deler, som gjenværende røtter eller blader ikke fjernet med rengjøringen. Faktisk har disse fragmentene vanligvis mye større diameter enn stolons eller rotstokker, så de kan bli lett ekskludert fra analyse ved å feste minimumsdiameteren som ikke anses objekter. Stolon eller rhizome tetthet per areal kan deretter beregnes basert på utvalgsstørrelsen. Fordelen med denne metoden er rask og effektiv måling av lengden og gjennomsnittlig diameter på stort utvalg antall stolons eller rotstokker.
Introduction
Studiet av anlegget morfologi løses stor grad i alle disipliner planter vitenskap inkludert økologi, agronomy, biologi og fysiologi. Anlegget rotsystemet er mye hadde sin betydning i stressmestring, jord stabilitet, plantevekst og produktivitet. Stolons og rotstokker er også mye studert for sin rolle i anlegget forplantning strategier, recuperative evne og karbohydrat lagring. Stolons og rotstokker er endret stammer som vokser horisontalt, enten over bakken (stolons) eller under-bakken (rotstokker). Stolons og rotstokker inneholder også regelmessig plasserte noder og internodes, samt meristematisk noder som kan gi opphav til nye røtter og skyter1. Det har vært et stort antall studier på forskjellige emner gransker røtter, stolons og rotstokker ulike planter2,3,4,5,6,7, 8. Roten systemer, stolons og rotstokker av turfgrasses behandles på grunn av deres betydning i torv kvalitet9, våren grønn opp etter vinteren dormancy10, og slitasje toleranse og recuperative evne til11. Videre studeres disse organene andre avlinger, turfgrasses som ris12, soyabønner4, og mais13og beite der lateral stammer spille en nøkkelrolle i jord erosjon kontroll5.
Root lengde tetthet (roten lengde per jord volum) og gjennomsnittlig diameter måles vanligvis bruker skanning programvare3,4,5,9,14,15, 16,17,18. Omvendt, lengde og diameter på stolons eller rotstokker måles vanligvis med en linjal og caliper3,19,20 krever betydelig tid og arbeid21,22 , 23 , 24. dermed de måles ofte i et begrenset antall stolons eller rotstokker11,20,25 og er ofte begrenset til morfologiske karakterisering av linjeavstand planter bare. Studiet av stolon og rhizom egenskaper i en moden baldakin innebærer prøvetaking store mengder biomasse slik at vanligvis bare stolon og rhizom tørrvekt tetthet (tørr vekt per enhet av overflaten) bestemt7,11, 26 , 27. stolon tørr masse, faktisk kan være lettere målt enn stolon lengde og diameter ved tørking prøver i en ovn. Stolon lengde er imidlertid en viktig arter og varietal tegn som ikke er godt knyttet til tørr masse. En fersk studie på snikende flerårige ryegrass (Lolium perenne) har vist at prøver med høye stolon lengde tetthet ikke gjorde nødvendigvis har høy stolon vekt tetthet6.
Bildeanalyse systemer gjøre analyse av røtter raskere28,29, mer nøyaktig og mindre utsatt for menneskelig feil30,21 enn tradisjonelle, manuelle metoder31,32, 33. i tillegg disse systemene gir høy god og lett-å-bruk verktøy inkludert lys, optisk oppsett og oppløsning, som er ofte kalibrert for hvert skannet bilde34. Pornaro et al. 24 vist at WinRHIZO systemet, en bildet analysesystem spesielt designet for måling av vasket røtter, kan gi en alternativ metode for å analysere stolon og rhizom egenskaper mer fullstendig enn dagens metoder ved å overvinne måling feil forårsaket av menneskelig feil. For en morfologiske beskrivelse og kvantitativ informasjon om stolon og rhizome, kan bildeanalyser systemer brukes til å analysere en rekke prøver raskt, selv med store mengder biomasse, slik at økt statistiske presisjon. Derfor gir rot analyse programvarepakkene en alternativ, pålitelig og hurtig metode for å studere vekst og morfologi av stolons og rotstokker annen plante arter24.
Vi presenterer et eksperiment i nordøstlige Italia for å studere stolon og rhizom utvikling av fire kultivarer av bermudagrass (Cynodon spp.). Studiet som mål å øke kunnskap om utviklingen av stolons og rotstokker seeded ("LaPaloma" og "Yukon") og vegetative ("Patriot" og "Tifway") kultivarer av bermudagrass. Eksperimentet ble etablert i mai 2013, og torv trykkprøver ble innsamlet over tre prøvetaking datoer per år, fra høsten 2013 til sommeren 2015 [mars (før grønne opp), juli (full vekstsesongen) og oktober (før vinteren dormancy)]. For beskrivelse og forklaring av denne metoden brukte vi prøver innsamlet sommeren andre vekstsesongen (juli 2014), som store biomasse av prøvene nå berettiget behovet for en rask analyse. WinRHIZO, en digital image-analyse programvare verktøyet spesielt beregnet på vasket rot målinger, ble brukt til å bestemme stolon lengde tetthet og gjennomsnittlig diameter.
Protocol
1. innsamling av biomasse prøver
- Prøver inkludert aboveground biomasse og en laget med en riktig dybde avhengig av Art (for torv arter, 15 cm dyp er vanligvis tilstrekkelig) å sikre både stolons og rotstokker.
Merk: Total størrelse må vurderes før starte studien, siden destruktive skrives. Generelt, gjennomført jo lenger eksperimentet er, jo større den nødvendige bildestørrelse. - Sjekk grunnforhold før prøvetakingen: Hvis jord er veldig tørr, særlig i tunge jord, kan det være vanskelig å samle inn eksempler. I dette tilfellet vanne flatene før samling å bløtgjøre fargeprøve lag.
- Samle prøver ved en jord core sampler (≥ 8 cm diameter) eller definere arealet å samle med en ramme (≥ 10 x 10 cm), og samle prøvene med en spade. Etiketten hvert utvalg med laboratoriet tape.
- Samle flere tilfeldige prøver per tomten slik at de er representative for befolkningen anlegget.
- Bruk den samme sampler for hele eksperimentet og registrere området som representerer hver prøve for å beregne stolon og rhizome.
Merk: Protokollen kan pauses her, og prøvene kan være lagret i plastposer og bevart ved en temperatur mindre enn-18 ° C.
2. rengjøring biomasse prøver
- Plasser prøven i en stor sil med 0,5-1,5 mm åpninger avhengig av størrelsen på stolon eller rhizome. Åpningene bør være så lite å beholde alle stolons og rotstokker, men stor nok til å tillate jordpartikler fjernes. For sandholdig jord kan to sikter med forskjellige åpninger, plassert oppå den andre, for bedre presisjon og effektivitet.
- Rengjør prøvene med en strøm av vann med nok fjerne jordpartikler uten å skade planter.
- Hente renset prøvene og plassere dem i en skuff med papirhåndklær, ta vare Merk skuffene korrekt.
Merk: Protokollen kan pauses her, og prøvene kan være lagret i plastposer og bevart ved en temperatur mindre enn-18 ° C. - Videre Rengjør prøvene ved å fjerne røttene og bladene med saks. Under denne prosessen skiller stolons og rotstokker, om nødvendig, og registrere tilleggsinformasjon som antall planter, tillers og stolons per plante.
Merk: Fjerne alle rot og blad vev fra stolons og rotstokker forbedrer presisjon. Fin røtter er vanskelig å fjerne; men gjennom digitalt bilde analysen, er det mulig å utelate dem fra analysen ved hjelp av et program som utelukker organer med en diameter mindre enn en valgt verdi (se trinn 5.1), som er definert ganske nøyaktig basert på observasjoner av bilder gjengitt på skjermen. - Sted stolons og rotstokker i papir merket poser.
Merk: Protokollen kan pauses her, og prøvene kan være lagret i plastposer og bevart ved en temperatur mindre enn-18 ° C.
3. skanning og bildeanalyse av prøver
- Plass prøven på et gjennomsiktig plast brett av WinRHIZO standard skanneutstyr. Manuelt plassere stolons og rotstokker bruker laboratorium tang for å minimere overlappende. Store prøver må deles i underutvalg.
- Ikke tilsett vann til skuffen (som anbefalt for røtter), fordi stolons og rotstokker har tilstrekkelig stivhet å unngå overdreven nærhet av organer som kan forårsake leser feil, noe som vanligvis skjer med fine røtter.
- Plassere skuffen på skanneren.
- Slå på skanneren og starte programmet.
- Sjekk bilde PPT på bilde -menyen, kommandoen bilde oppkjøpet parameterenfor en mulig ytterligere kontroll i det lagrede bildet.
- Sjekk terskel i analyse, kommandoen rot & bakgrunn skillet, god klassifisering av pixel tilhører skannede organer.
- Kontroller at hele skuffen overflaten vil bli skannet bilde -menyen, kommandoen bilde oppkjøpet parameteren.
- Sjekk diameter klasse vises for organer fordeling diameter, på det grafiske området over det skannede bildet. Velg 20 lik bredde klasser med 0,1 mm mellomrom ved å klikke på den vannrette aksen i diagrammet. Denne funksjonen gjør utelukkelse av dataene som tilhører røtter eller liten organer, når stolons eller rotstokker ikke var helt renset. Litteraturen rapporterer at de fleste røtter av torv arter har lavere enn 0.2 mm diameter.
Merk: Bredde og antall klasser kan endres mens du tar hensyn til gjennomsnittlig diameter på stolons og rotstokker for analyserte prøver og variasjon rundt dette. En kontroll bør gjennomføres på noen prøver å bestemme minimumsdiameteren skal utelates. - Kjøre første prøve skanning og sjekk at Rediger tillater en god analyse.
- Instruksjonene programvare for å lagre bildet og behandlet analyse. Merk bildet og analyse med eksempeletiketten.
- Fortsett med skanning av alle prøvene.
Merk: Protokollen kan pauses her, og prøvene kan være lagret i plastposer og bevart ved en temperatur mindre enn-18 ° C.
4. måling av tørr vekt
- Bruker en presis elektronisk balanse, sett skannede prøvene i tared aluminium skuff.
- Gjenta trinn 4.1 for alle skannede prøver.
- Sette inn alle prøvene i en ovn satt til 105 ° C og tørke dem i 24 timer.
- Fjerne prøvene og vent til vev vekten har stabilisert seg.
- Veie alle prøvene med deres tare.
- Trekk tare fra innspilte vekten å få nettovekten av hvert utvalg.
5. korrigering av Data og beregning av lengde og vekt tetthet
- Korrigering av lengden og gjennomsnitt diameter
- Konvertere det .txt arkiv skyldes analyse med WinRHIZO til en CSV-fil.
- Bruke resultatene gruppert for diameter klasser for å ekskludere data organer mindre enn 0.2 mm (røtter, del av blader eller riper på skuffen).
- For hver WinRHIZO lese (rader av txt-fil) sum registrert alle lengder for diameter klasser større enn 0.2 mm. Lengden beregnes med denne korreksjonen er den effektive lengden som skal brukes for videre behandling.
- For hver WinRHIZO lesing klasser sum projeksjon områder registrert for diameter mer enn 0.2 mm. Forholdet mellom lengde og projeksjon gir gjennomsnittlig diameter korrigert for utelukkelse av organer med diameter mindre enn 0.2 mm.
- Hvis prøven er delt i underutvalg, beregne den endelige lengden som summen av alle subsample lengder og beregne den endelige gjennomsnittlige diameteren som andelen mellom summen av alle subsample lengder og summen av alle subsample projeksjon områder.
- Ved behov beregne lengde og vekt tetthet per enhet areal basert på utvalgsstørrelsen.
- Bruk dataene innhentet for statistisk analyse.
Representative Results
Et felt eksperiment ble etablert høsten 2013 sammenligne stolon og rhizom utvikling av fire bermudagrass Sorter, inkludert to seeded typer ("LaPaloma" og "Yukon") og to sterile vegetative hybrider ("Patriot" og "Tifway"). Eksperimentell design var en randomisert fullstendig blokk med tre gjennomkjøringer, totalt 12 tomter (2 x 2 m).
Fjorten stolons og fjorten rotstokker fra hver torv-type sorten og vill bermudagrass ble samlet tilfeldig i tomter og fra vill bermudagrass planter vokser nær tomter, totalt 70 stolons og 70 rotstokker. Alle stolons og rotstokker ble renset som beskrevet i protokollen (trinn 2) før videre måling. Internode diameter og lengde ble målt med skyvelære og hersker, henholdsvis, og antall noder regnes for hver stolon eller rhizome. Tiden nødvendig å rengjøre og måler stolon og rhizom med linjalen og caliper ble også registrert. Stolon og rhizom diameter ble beregnet som av alle internode diameter målt. Totalt stolon og totalt rhizome lengder ble beregnet som summen av alle internode lengder. Videre totalt skannet lengder og skannede diameter på stolon og rhizom ble målt ved hjelp av et digitalt bilde analysesystem, som beskrevet i trinn 3 og 5. Tiden nødvendig for å måle stolon og rhizom trekk av digital analyse systemet ble registrert. Hver stolon og rhizom ble så klippe med saks å skille internodes fra noder, og internodes ble brukt til å beregne skannede internode diameter som beskrevet i trinn 3 og 5. Pearsons korrelasjonskoeffisienter ble beregnet for stolons og rotstokker (n = 70 stolons, n = 70 rotstokker) mellom målt og skannet lengder, målt og skannet diameter, antall noder og absoluttverdien til forskjellen mellom målt og skannet diameter, og målt diameter og skannede internode diameter. Lengder målt med linjalen ble brukt til lengder anslått gjennom digitalt bilde analyse systemet.
Regresjonsanalysen angitt en høy korrelasjon mellom stolon skannet lengden og målte lengden (figur 1a), med en skråning på 1,03 og skjæringspunkt for-4.22 og mellom rhizome skannet lengden og målte lengden (figur 1b), med en skråningen av 1,03 og skjæringspunkt for 4.22. Rengjøring for hånd, 14 stolons og 14 rotstokker tok en gjennomsnittlig tid på 21 minutter og 24 s og 11 min og 12 s, henholdsvis. Gjennomsnittstid for å måle lengde og diameter med linjalen og caliper var 14 minutter og 6 s for stolons og 13 min og 35 s rotstokker. Skanning og programvare analyse av prøver ved WinRHIZO tok et gjennomsnitt på 11 min for stolons og 12 min og 4 s rotstokker.
Målt og skannede diameter var også signifikant korrelert både stolons og rotstokker. Forholdet mellom målt og skannede diameter var nær 1:1, som indikerer en god tilpasning av dataene (figur 2a og 2b). Imidlertid skjæringspunktet indikerte at digitalt bilde analysesystem overvurdert målt diameter, spesielt for lave verdier og at høyere verdier av rhizome diameter var undervurdert. Denne overvurdering kan skyldes stolon noder som blir skannet av programvaren, påvirker totale projeksjon overflaten som brukes for beregning av diameter (forholdet mellom totalt projeksjon overflaten og total lengde), og i stedet utelates når målingene laget med tykkelse. Sammenhengen mellom antall noder og forskjellen mellom diameter ved begge metoder (målt og skannet) var betydelig bare i stolons (figur 3a); variasjoner i antall noder forklarte også, bare en liten del av variant av denne forskjellen (R2 = 14%). Betydelig sammenhengen mellom skannet internode diameter og målt diameter (av 1.01 og 0,98 for stolons og rotstokker, henholdsvis; avskjærer av nesten null) (figur 4a og 4b) viser at internode diameter kan estimeres nøyaktig gjennom digitalt bilde analyse systemet så lenge undernoder fjernes. Derfor kan totalt stolon lengde og gjennomsnittlig diameter av prøver av mange stolons eller rotstokker enkelt og nøyaktig kvantifiseres ved hjelp av digitalt bilde analyse systemet.
Som en del av et pågående eksperiment, var ett torv utvalg (20 x 20 x 15 cm dybde) ble samlet i hver tomt sesongbetont fra høsten 2013 til sommeren 2015 og som beskrevet i protokollen. Stolon og rhizom lengden per enhet areal (lengde tetthet) og vekten per enhet areal (vekt tetthet) prøver i juli 2014 presenteres i figur 5. Forskjeller i stolon lengde tetthet ble observert mellom de vegetativt overførte kultivarene ("Patriot" og "Tifway") og sådd de ("La Paloma" og "Yukon"). "Patriot" vises den høyeste rhizome lengde tettheten, etterfulgt av "Tifway" og de seeded kultivarene. Stolon vekt tetthet var annerledes for alle Sorter, med "Patriot" viser den høyeste verdien etterfulgt av "Tifway", "La Paloma" og "Yukon". De vegetativt overførte kultivarene vises også høyere rhizome vekt tettheter enn seeded kultivarer. Utviklingen av stolon og rhizom lengde per enhet areal (lengde tetthet) og vekt per enhet areal (vekt tetthet) av cultivar Patriot hele studieperioden rapporteres i figur 6. Stolon lengde tetthet vises en økning fra mars 2014 til juli 2014, og det gjorde ikke variere fra juli 2014 til juli 2015. Bare noen rotstokker ble funnet i utvalg samlet i oktober 2013 og 2014 mars. Rhizome lengde tetthet økt i juli 2104, nådde sitt høyeste verdier, men igjen i oktober 2014. Stolon vekt tetthet litt økt fra mars til juli 2014; men ble en rask økning observert fra juli til oktober 2014, med en påfølgende reduksjon i mars 2015. Rhizome vekt tetthet hadde en lignende trend rhizome lengde tetthet, med den høyeste verdien i juli 2014.
Programvaren inkluderer i analysen alle objektene i det skannede bildet. Et eksempel på et digitalt bilde analyse oppsett fra WinRHIZO programvare vises (figur 7), der linjer med annen farge overlegg objekter (stolons) med varierende diameter til å beregne den totale lengden per diameter klasse. Vi kan observere at analysen tar konto fragmenter av røtter eller blader. Som beskrevet i trinn 3.9, er det mulig å begrense bredden og antall diameter klasser som er analysert. Histogrammet viser fordelingen av lengder i valgte diameter klasser (figur 7). Dette histogrammet kan brukes til å vurdere minimumsdiameteren klassene skal utelates. En visuell observasjon på denne grafen i den øvre delen av skjermen bildet høydepunktene at lengden har en normalfordeling rundt et gjennomsnitt mener diameter klasse, med unntak av de to første klassene som viser høyere verdier enn de passende normal distribusjon. Selv om prøvene har blitt omhyggelig renset, inkludert disse mindre klassene, kan dataanalyse påvirke resultatene overestimating lengde tetthet og undervurderer gjennomsnittlig diameter. Våre resultater viser at lengden på mindre klasser (diameter < 0.2 mm) utgjorde 13-32% av totale rhizome lengde verdiene fra programvare analyse (tabell 1). Videre ble gjennomsnittlig diameter undervurdert fra 2 til 17% (tabell 1).
Figur 1: Regresjonsanalyse lengde verdier målt med linjalen mot verdier beregnet med digitalt bilde analysesystem bermudagrass stolons24 (a) og) rotstokker (b). Den stiplede linjen representerer en 1:1 ratio. Panelet A har blitt endret fra Pornaro et al. 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Regresjonsanalyse av diameterverdier målt med tykkelse mot verdier beregnet med digitalt bilde analysesystem av bermudagrass stolons24 (a) og rotstokker (b). Den stiplede linjen representerer en 1:1 ratio. Panelet A har blitt endret fra Pornaro et al. 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Regresjonsanalyse av antall noder av bermudagrass stolons24 (a) og rotstokker (b) mot absolutte verdier mellom diameter beregnet med digitalt bilde analysesystem og målt med tykkelse. Den stiplede linjen representerer en 1:1 ratio. Panelet A har blitt endret fra Pornaro et al. 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Regresjonsanalyse av diameterverdier målt med tykkelse mot verdier beregnet med digitalt bilde analyse systemet bermudagrass stolons24 (a) og rotstokker (b) for internodes bare. Den stiplede linjen representerer en 1:1 ratio. Panelet A har blitt endret fra Pornaro et al. 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: eksempel resultatene av lengde og vekt av stolons og rotstokker fra et felt-prøveperiode sammenligne fire ornamenter golfbaner bermudagrass kultivarer (Patriot, Tifway, La Paloma, Yukon). Stolon lengde tetthet (a), rhizome lengde tetthet (b), stolon vekt tetthet (c) og rhizom vekt tetthet (d). Loddrette felt representerer standardfeil av seks replikat. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: eksempel resultatene av lengde og vekt av stolons og rotstokker fra et felt-prøveperiode viser stolon og rhizom utvikling av Patriot bermudagrass cultivar. Stolon lengde tetthet (a), rhizome lengde tetthet (b), stolon vekt tetthet (c) og rhizom vekt tetthet (d). Loddrette felt representerer standardfeil av seks replikat. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7: eksempel oppsett av digitalt bildeanalyse fra WinRHIZO programvare. Det skannede bildet i forgrunnen og søylediagrammer i den øvre delen av skjermbildet viser lengden fordelingen i valgte diameter klasser. De fargede linjene angir bildeanalyse, og hver farge tilsvarer farger diameter klasser i baren diagrammer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Sorten | Blokk | Rhizome lengde (cm/dm2) | Gjennomsnittlig diameter (mm) | ||||
| < 0.2 mm | Totalt | forholdeten | < 0.2 mm | Totalt | 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 lengde på klasser ≤0.2 mm/total lengde | |||||||
| b totale diameteren/diameter klasser ≤0.2 mm | |||||||
Tabell 1: Rhizome lengde tetthet og rhizom gjennomsnittlig diameter med og uten mindre diameter klasser. Lengde tetthet med og uten inkludert diameter klasser mindre enn 0.2 mm og sine prosenter (lengden på klasser ≤ 0.2 mm/total lengde); og gjennomsnittlig diameter med og uten inkludert diameter klasser mindre enn 0.2 mm og sine prosenter (diameter inkludert klasser < 0,2/diameter uten inkludert diameter klasser < 0.2 mm).
Discussion
Protokollen beskrevet her ble utviklet og evalueres for studier av turfgrasses. Men kan det brukes over en rekke stoloniferous eller rhizomatous arter med justeringer etter sine morfologiske kjennetegn, miljøforhold og prøve rengjøring presisjon.
Gjennomsnittlig diameter beregnet ved hjelp av denne protokollen kan ikke sammenlignes internode diameter målt med en tykkelse. Digitalt bilde analysen inneholder noder og internodes i beregningen av gjennomsnittlig diameter, som er forholdet mellom totalt projeksjon overflaten og total lengde. Som diskuteres av Pornaro et al. 24, gjennomsnittlig diameter oppnådd for bermudagrass stolons med WinRHIZO systemet overvurdert gjennomsnittlig diameterverdier målt med tykkelse på internode. Stolon diameter brukes vanligvis til å beskrive diameteren på stolon internodes og er en felles parameter brukt til botaniske beskrivelse18,25. Derfor Pornaro et al. 24 påpekte at gjennomsnittlig diameter anslått gjennom WinRHIZO og manuelt målt internode diameter beskrive to forskjellige morfologi aspekter.
Tiden det tar å utføre denne protokollen er en begrensende faktor for rutinemessig analyse. Den mest tidkrevende fasen er rengjøring av prøvene (trinn 2.4). Basert på vår erfaring, rengjøring ett torv utvalg med store mengder biomasse (dvs. 20 x 20 cm) krever omtrent tre personer jobber for 2 til 4 timer. Som beskrevet i protokollen, er rengjøringen nødvendig for både digital analysesystem og når du bruker caliper og hersker. Når prøver består av et begrenset antall stolons/rotstokker, ligner tiden nødvendig å samle inn data med de to metodene. Men som utvalgsstørrelsen er økt, har programvarebaserte metoden ikke en gang øke, som den eneste begrensende faktoren er areal på skanneren. Tvert imot, øker tiden nødvendig å måle organer med linjalen og tykkelse med antall stolons eller rotstokker komponere prøven.
Studiet av stolon og rhizom trekk i eldre turfgrasses har alltid vært basert på måling av internode lengde og diameter og masse tørr vekt7,11,26,27. På grunn av den store tid å behandle prøver og nedgangen i nøyaktighet med økningen av utvalgsstørrelsen, bør manuelle målinger begrenses til et lite antall stolons eller rotstokker11,20,25. Som sådan, kan de bare være egnet for enkelt-planter. Fordelen med en bilde analysesystem over tradisjonelle metoder er at det som kan måle lengden av store stolon eller rhizome prøver og beregne både lengden tetthet og egenvekt (vekt lengde ratio).
Denne protokollen gir måling av stolon og rhizom og beregning av lengde tettheter i prøver med store biomasse (som stolon eller rhizome vekt er parameterne brukes morfologi beskrivelse). Stolon og/eller rhizome lengden kan være en viktig parameter i mange studier som ikke kan vurderes med gjeldende teknikker. Studier på ulike torv arter6 har vist at stolon vekt og lengde tettheter ikke er alltid er korrelert, indikerer at det kan være ønskelig å måle flere parametere for å tilstrekkelig vurdere stolon og rhizom systemet. Denne metoden bør være spesielt egnet for sorten eller kulturelle ledelse praksis sammenligning.
Flere trinn i protokollen er avgjørende for en vellykket estimering av lengden og gjennomsnittlig diameter på stolons og rotstokker. På grunn av høye variasjon av anlegget morfologi under ulike miljøforhold, antall prøver (utvalgsstørrelsen) og grunnflate dimensjonene som skal Samples (eksempel dimensjon) bør vurderes nøye og være så representant som mulig av befolkningen for å redusere data variasjon. Videre rengjøring røtter og blader fra stolons før analyse er grundig arbeid krever spesiell oppmerksomhet å unngå overestimations. Til slutt, før bildebehandling, anbefales det å nøye velge bredden på diameter klasser og minimum diameter bruker programvarealternativer for å utelukke alt som ikke er en stolon eller rhizome fra analyse. Hvert eksperiment krever valg av en laveste diameter, som diameteren varierer med arter og miljømessige forhold, herunder kulturelle praksiser.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
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).
