Summary
نظام تحليل صور المستندة إلى البرامج يوفر طريقة بديلة لدراسة مورفولوجية الأنواع ستولونيفيروس و rhizomatous. يسمح بقياس طول وقطر ستولونس وجذور هذا البروتوكول ويمكن تطبيقها على عينات مع كمية كبيرة من الكتلة الأحيائية وإلى مجموعة متنوعة واسعة من الأنواع.
Abstract
يتم قياس طول وقطر stolons أو جذور عادة استخدام المساطر بسيطة والفرجار. هذا الإجراء بطيئة وشاقة، حيث أنه كثيرا ما يستخدم في عدد محدود من ستولونس أو جذور. ولهذا السبب، تقتصر هذه الصفات في استخدامها لتوصيف الخصائص المورفولوجية للنباتات. استخدام تكنولوجيا البرمجيات تحليل الصورة الرقمية قد تجاوز أخطاء القياس بسبب الأخطاء البشرية، والتي تميل إلى زيادة عدد وحجم العينات أيضا زيادة. البروتوكول يمكن استخدامه لأي نوع من المحاصيل، بل هو مناسبة خاصة للأعلاف أو الأعشاب، التي تكون فيها النباتات الصغيرة والعديدة. عينات العشب تتألف من الكتلة الأحيائية فوق الأرض، وطبقة تربة علوية إلى العمق للتنمية الحد الأقصى جذمور، اعتماداً على هذه أنواع الفائدة. وفي الدراسات، تغسل عينات من التربة وجذور stolons/يتم تنظيفها باليد قبل التحليل ببرمجيات تحليل الصور الرقمية. كذلك هي تجفف العينات في مختبر لتدفئة فرن لقياس الوزن الجاف؛ ولذلك، يتم البيانات الناتجة لكل عينة، الطول الإجمالي وإجمالي وزن جاف ومتوسط القطر. يمكن تصحيح الصور الممسوحة ضوئياً قبل التحليل باستثناء أجزاء دخيلة مرئية، مثل بقية جذور أو أوراق لا تتم إزالة مع عملية التنظيف. وفي الواقع، عادة ما يكون هذه الشظايا أقطار أصغر بكثير من ستولونس أو جذور، حيث أنها يمكن بسهولة استبعاد من التحليل عن طريق تحديد القطر الأدنى أدناه والتي لا تعتبر الكائنات. رئد أو جذمور الكثافة في وحدة المساحة يمكن ثم يمكن احتساب استناداً إلى حجم العينة. وميزة هذا الأسلوب قياس طول وقطر متوسط إعداد عينة كبيرة من ستولونس أو جذور سريعة وفعالة.
Introduction
دراسة مورفولوجيا النبات هي موجهة إلى حد كبير في جميع التخصصات من علوم النباتات بما في ذلك الإيكولوجيا والهندسة الزراعية، وعلم الأحياء وعلم وظائف الأعضاء. هو درس نظام جذور النباتات على نطاق واسع لأهميته في التسامح الإجهاد واستقرار التربة ونمو النبات وإنتاجية. Stolons وجذور يتم دراسة أيضا على نطاق واسع لدورهم في استراتيجيات إكثار النبات وقدرة النقاهة، وتخزين الكربوهيدرات. ستولونس وجذور هي ينبع المعدلة التي تنمو أفقياً، أما فوق الأرض (ستولونس) أو تحت سطح الأرض (جذور). ستولونس وجذور تحتوي أيضا على العقد متباعدة بانتظام وإينتيرنوديس، فضلا عن العقد ميريستيماتيك التي قادرة على إعطاء الارتفاع لجذور جديدة ويطلق النار على1. وهناك عدد كبير من الدراسات حول مواضيع مختلفة التحقيق في جذور stolons وجذور من مختلف محطات2،3،4،5،،من67، 8. يتم دراسة النظم الجذرية، stolons، وجذور من تورفجراسيس بسبب أهميتها في حلبات جودة9، ربيع الأخضر حتى بعد فصل الشتاء السكون10، وارتداء التسامح والنقاهة قدرة11. وعلاوة على ذلك، تدرس هذه الأجهزة في محاصيل أخرى، تورفجراسيس مثل الأرز12,4من فول الصويا، و الذرة13، والمراعي حيث ينبع الجانبية دوراً رئيسيا في مكافحة تآكل التربة5.
كثافة طول الجذر (الجذر طول الواحدة وحجم التربة) ومتوسط القطر تقاس عادة باستخدام المسح البرمجيات3،،من45،9،،،من1415 17،،من 1618. على العكس من ذلك، طول وقطر stolons أو جذور تقاس عادة بمسطرة وقدمه ذات الورنيّة3،،من1920 وتتطلب قدرا كبيرا من الوقت والعمل21،22 , 23 , 24-ومن ثم فإنهم غالباً ما يقاس بعدد محدود من ستولونس أو جذور11،،من2025 وغالباً ما تكون محدودة لتوصيف الخصائص المورفولوجية محطات متباعدة فقط. وتشمل الدراسة الصفات رئد ورهيزومي في مظلة ناضجة أخذ العينات كمية كبيرة من الكتلة الحيوية حيث تكون عادة إلا رئد رهيزومي الوزن الجاف والكثافة (الوزن الجاف لكل وحدة سطح)11العزم7،، 26 , 27-رئد الكتلة الجافة، في الواقع، يمكن أن يقاس بسهولة أكبر من طول رئد والقطر بتجفيف العينات في فرن. ومع ذلك، هو طول رئد الأنواع الهامة وحرف علىالوفاء ليس جيدا تتصل بوزن جاف. أظهرت دراسة أجريت مؤخرا في زوان المعمرة الزاحفة (زوان معمر) أن العينات مع طول رئد عالية الكثافة لا تملك بالضرورة الوزن رئد عالية الكثافة6.
نظم تحليل الصور تجعل تحليل جذور أسرع28،29، أكثر دقة وأقل عرضه للأخطاء البشرية30،21 من الأساليب التقليدية واليدوية31،32، 33-وعلاوة على ذلك، توفر هذه النظم flexibility عالية وأدوات سهلة الاستخدام بما في ذلك الضوء، والبصرية الإعداد، والقرار، الذي غالباً ما يتم معايرة لكل34من الصورة الممسوحة ضوئياً. بورنارو et al. 24 أثبتت أن نظام وينرهيزو، نظام تحليل صورة مصممة خصيصا لقياس جذور غسلها، قد توفر طريقة بديلة لتحليل السمات رئد ورهيزومي أكثر تماما من الأساليب الحالية عن طريق التغلب على أخطاء القياس الناجمة عن الأخطاء البشرية. لوصف الخصائص المورفولوجية ومعلومات كمية عن النمو رئد وجذمور، يمكن استخدام نظم تحليل الصور لتحليل عدد كبير من العينات بسرعة، حتى مع كمية كبيرة من الكتلة الحيوية، مما يتيح زيادة الدقة الإحصائية. ولذلك، توفر حزم برمجيات تحليل الجذر أسلوب بديل، ومأمونة وسريعة لدراسة النمو ومورفولوجية stolons وجذور النباتات المختلفة الأنواع24.
نحن نقدم تجربة أجريت في شمال شرق إيطاليا لدراسة التنمية رئد ورهيزومي من أربعة أصناف من بيرموداجراس (سينودون spp.). الدراسة تهدف إلى زيادة المعرفة بشأن تنمية ستولونس وجذور في المصنف ("لابالوما" و "يوكون") والأصناف ("باتريوت" و "تيفواي") النباتي من بيرموداجراس. التجربة أنشئت في أيار/مايو عام 2013، وتم جمع عينات العشب أكثر من ثلاثة مواعيد أخذ العينات كل سنة، ابتداء من خريف عام 2013 إلى صيف عام 2015 [آذار/مارس (قبل يصل الأخضر) وتموز/يوليه (موسم النمو الكامل)، وتشرين الأول/أكتوبر (قبل فصل الشتاء السكون)]. لوصف وشرح لهذا الأسلوب، استخدمنا العينات التي تم جمعها في فصل صيف موسم النمو الثاني (تموز/يوليه عام 2014)، كما الكتلة الكبيرة من العينات في هذا الوقت تبرر الحاجة إلى إجراء تحليل سريع. وينرهيزو، تحليل صور رقمية برمجيات أداة مصممة خصيصا للقياسات الجذر غسلها، استخدمت لتحديد كثافة طول رئد ومتوسط القطر.
Protocol
1-جمع العينات الكتلة الأحيائية
- جمع العينات بما في ذلك الكتلة الحيوية فوق الأرض، وطبقة تربة مع عمق مناسبة تبعاً للأنواع (لأنواع العشب، وعلى عمق 15 سم يكفي بوجه عام) لضمان جمع كل من ستولونس وجذور.
ملاحظة: عموما حجم الأرض يجب أن يعتبر قبل بدء الدراسة، حيث سيتم أخذ عينات المدمرة. وبصفة عامة، يعد تجربة أجريت، كلما زاد حجم قطعة الأرض المطلوبة. - التحقق من ظروف التربة قبل جمع عينة: إذا كانت التربة جافة جداً، لا سيما في التربة الثقيلة، قد يكون من الصعب جمع العينات. وفي هذه الحالة، ري القطع قبل جمع لتليين طبقات عينة.
- جمع العينات باستخدام عينة تربة أساسية (≥ قطرها 8 سم) أو تحديد المساحة السطحية لجمع مع إطار (≥ 10 × 10 سم)، وجمع العينات مع بأسمائها. قم بتسمية كل عينة مع الشريط المختبر.
- تجميع عدة عينات عشوائية كل قطعة أرض حيث تكون ممثلة للسكان النباتية.
- استخدام العينات نفسها للتجربة كاملة وسجل المساحة التي تمثل كل عينة حساب كثافة رئد وجذمور.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا، والعينات التي يمكن تخزينها في أكياس بلاستيكية والحفاظ عليه في درجة حرارة تقل عن-18 درجة مئوية.
2-تنظيف الكتلة الأحيائية عينات
- ضع العينة في غربال كبير مع 0.5-1.5 مم الفتحات تبعاً لحجم رئد أو جذمور. ينبغي أن تكون الفتحات صغيرة بما يكفي الاحتفاظ بجميع ستولونس وجذور، لكن كبيرة بما يكفي للسماح لجزيئات التربة المراد إزالتها. للتربة الرملية، وثقب سيتا اثنين مع فتحات مختلفة، وضعت واحدة فوق الأخرى، قد تسمح لتحسين الدقة والكفاءة.
- تنظيف العينات مع تيار مياه مع ما يكفي من القوة لإزالة جسيمات التربة دون إلحاق الضرر بالنباتات.
- استرداد العينات تنظيفها ووضعها في صينية مع مناشف ورقية، مع الحرص على تسمية الصواني شكل مناسب.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا، والعينات التي يمكن تخزينها في أكياس بلاستيكية والحفاظ عليه في درجة حرارة تقل عن-18 درجة مئوية. - كذلك تنظيف العينات عن طريق إزالة الجذور والأوراق مع المقص. أثناء هذه العملية، فصل ستولونس وجذور، إذا لزم الأمر، وتسجيل معلومات إضافية مثل العدد من النباتات، والحرث، وستولونس كل النبات.
ملاحظة: إزالة أنسجة الجذر وأوراق جميع من ستولونس وجذور سيتم تحسين الدقة. جذور غرامة يصعب إزالتها؛ ومع ذلك، من خلال تحليل الصور الرقمية، من الممكن حذف لهم من التحليل باستخدام تطبيق برمجيات التي تستثني الأجهزة التي يبلغ قطرها أقل من قيمة المختار (راجع الخطوة 5، 1)، الذي هو الملاحظات بدقة إلى حد ما على أساس محدد للصور المستنسخة التي تظهر على الشاشة. - ستولونس المكان وجذور في الورقة المسماة أكياس.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا، والعينات التي يمكن تخزينها في أكياس بلاستيكية والحفاظ عليه في درجة حرارة تقل عن-18 درجة مئوية.
3-المسح الضوئي وصورة تحليل العينات
- ضع العينة في علبة بلاستيكية شفافة لفحص المعدات القياسية وينرهيزو. يدوياً ضع ستولونس وجذور استخدام الملقط مختبر للتقليل من التداخل. قد تحتاج إلى عينات كبيرة تقسم عنها.
- لا تقم بإضافة الماء إلى العلبة (كما أوصى للجذور)، لأن ستولونس وجذور صلابة كافية لتجنب القرب المفرط من الأجهزة التي قد تتسبب في أخطاء القراءة، والذي يحدث عادة مع جذور غرامة.
- ضع العلبة على سطح الماسح الضوئي.
- تشغيل الماسح الضوئي، وبدء تشغيل البرنامج.
- تحقق إدارة شؤون الإعلام الصورة في القائمة صورة ، الأمر المعلمة اقتناء الصورة، لعنصر تحكم آخر ممكن في الصورة المحفوظة.
- تحقق عتبة في التحليل، الأمر الجذر وتمييز الخلفية، لتصنيف جيدة بكسل المنتمين إلى الأجهزة التي تم مسحها ضوئياً.
- تحقق من أنه سيتم تفحص سطح علبة كاملة في القائمة صورة ، الأمر المعلمة الحصول على الصورة.
- تحقق من الفئة قطر عرض لتوزيع الأجهزة في القطر، وفي مجال الرسم فوق الصورة الممسوحة ضوئياً. حدد فئات متساوية العرض 20 مع فواصل 0.1 ملم بالنقر فوق المحور الأفقي للرسم البياني. هذه الوظيفة تتيح استبعاد البيانات التي تنتمي إلى جذور أو الأجهزة الصغيرة، عندما تم تنظيف stolons أو جذور ليس تماما. الأدب تقارير أن جذور معظم الأنواع العشب بأقطار أقل من 0.2 مم.
ملاحظة: يمكن تعديل العرض وعدد الفصول مع الأخذ في الاعتبار متوسط قطرها stolons وجذور لتحليل العينات وتقلب حول هذا يعني. وينبغي إجراء عنصر تحكم في بعض العينات لتحديد القطر الأدنى استبعادها. - تشغيل فحص العينة الأولى والتحقق من أن التحرير يسمح بتحليل جيد.
- اتبع التعليمات برمجية لحفظ الصورة ومعالجتها بالتحليل. قم بتسمية الصورة وتحليل مع التسمية عينة.
- المضي قدما في المسح الضوئي لجميع العينات.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا، والعينات التي يمكن تخزينها في أكياس بلاستيكية والحفاظ عليه في درجة حرارة تقل عن-18 درجة مئوية.
4-قياس الوزن الجاف
- استخدام توازن إلكترونية دقيقة، مكان العينات التي تم مسحها ضوئياً في علبة ألومنيوم تريد.
- كرر الخطوة 4.1 لجميع العينات التي تم مسحها ضوئياً.
- إدراج جميع العينات في فرن تعيين إلى 105 درجة مئوية وتجفيفها ح 24.
- إزالة العينات والانتظار حتى يستقر وزن الأنسجة.
- وزن جميع العينات مع تلك الفارغة.
- طرح الفارغة من وزن مسجل للحصول على الوزن الصافي لكل عينة.
5-تصحيح البيانات وحساب الطول والوزن الكثافة
- تصحيح طول وقطر متوسط
- تحويل ملف.txt الناتجة عن التحليل مع وينرهيزو إلى ملف.csv.
- استخدام النتائج المجمعة لفئات القطر لاستبعاد بيانات أجهزة أقل من 0.2 مم (جذور، جزءا من أوراق، أو خدوش على العلبة).
- لكل وينرهيزو قراءة المبلغ (الصفوف من الملف.txt) سجلت جميع أطوال الفئات قطرها أكبر من 0.2 مم. طول حساب مع هذا التصحيح هو طول فعالة تستخدم لمواصلة تجهيز البيانات.
- لكل قراءة وينرهيزو، فئات مجموع مناطق الإسقاط المسجلة للقطر أكثر من 0.2 مم. النسبة بين طول وعرض منطقة يعطي القطر متوسط تصحيح لاستبعاد أجهزة مع أقطار أقل من 0.2 مم.
- إذا كان قد تم تقسيم العينة إلى عنها، حساب الطول النهائي كمجموع أطوال العينة الفرعية كافة، وحساب متوسط القطر النهائي كنسبة بين مجموع كل عينة فرعية أطوال ومبلغ من جميع مناطق الإسقاط فرعية.
- عند الضرورة، حساب كثافة الطول والوزن في وحدة المساحة السطحية على أساس حجم العينة.
- استخدام البيانات التي تم الحصول عليها للتحليل الإحصائي.
Representative Results
تجربة ميدانية أنشئ في خريف عام 2013 لمقارنة التنمية رئد ورهيزومي من أربعة أصناف بيرموداجراس، بما في ذلك نوعين من المصنف ("لابالوما" و "يوكون") وهما الهجينة الخضري العقيمة ("باتريوت" و "تيفواي"). وكان التصميم التجريبي كتلة كاملة عشوائية مع تكرار الثلاث، ليصبح مجموع 12 قطعة (2 × 2 متر).
جمعت stolons أربعة عشر وأربعة عشر جذور من كل الأصناف المستنبطة من نوع العشب و bermudagrass البرية عشوائياً في المؤامرات، وكذلك من النباتات البرية bermudagrass المتنامية بالقرب من المؤامرات، لما مجموعة 70 stolons وجذور 70. تم تنظيف جميع ستولونس وجذور كما هو موضح في البروتوكول (الخطوة 2) قبل مزيد من القياس. وطول قطرها internode قيست باستخدام الفرجار والمسطرة، على التوالي، وكانت تحسب عدد العقد لكل رئد أو جذمور. وسجلت أيضا الأوقات اللازمة لتنظيف وقياس عينات رئد وجذمور بالمسطرة والفرجار. وحسبت أقطار رئد ورهيزومي كوسيلة لجميع أقطار internode قياسه. حسبت مجموع رئد ورهيزومي مجموع أطوال كمجموع أطوال internode كافة. وعلاوة على ذلك، تفحص إجمالي أطوال وأقطار الممسوحة ضوئياً من كل رئد ورهيزومي قيست باستخدام نظام تحليل صور رقمية، كما هو موضح في الخطوتين 3 و 5. وسجلت الأوقات اللازمة لقياس السمات رئد ورهيزومي من نظام التحليل الرقمي. ثم قطعت كل رئد ورهيزومي مع المقص لفصل إينتيرنوديس عن العقد، وإينتيرنوديس قد استخدمت لتقدير قطر internode الممسوحة ضوئياً كما هو موضح في الخطوتين 3 و 5. تم حساب معاملات الارتباط بيرسون ستولونس وجذور (n = 70 stolons، n = جذور 70) بين قياس وتفحص أطوال وقياسها والممسوحة ضوئياً بأقطار وعدد العقد والقيمة المطلقة للفرق بين قياس و أقطار الممسوحة ضوئياً، ويقاس بأقطار وأقطار internode الممسوحة ضوئياً. واستخدمت أطوال تقاس بالمسطرة لمعايرة أطوال تقدر من خلال نظام تحليل الصور الرقمية.
وأشار تحليل الانحدار إلى ارتباط بين طول رئد الممسوحة ضوئياً وقياس الطول (الشكل 1a)، مع منحدر 1.03 واعتراض من-4.22، وكذلك بين طول رهيزومي الممسوحة ضوئياً وقياس الطول (الشكل 1b)، مع المنحدر من 1.03 واعتراض من 4.22. التنظيف باليد، ستولونس 14 وجذور 14 استغرق وقت متوسط 21 دقيقة و 24 ثانية و 11 دقيقة و 12 ثانية، على التوالي. وكان متوسط الوقت لقياس الطول والقطر بالمسطرة والفرجار 14 دقيقة و 6 s stolons و 13 دقيقة و 35 ثانية لجذور. المسح الضوئي وبرامج تحليل العينات باستخدام وينرهيزو استغرق في متوسط 11 دقيقة ل stolons و 12 دقيقة و 4 ثانية لجذور.
قياس وأقطار الممسوحة ضوئياً كانت يرتبط أيضا بدرجة كبيرة في كل من ستولونس وجذور. وكانت العلاقات بين قطر المقاسة والممسوحة ضوئياً قريبة من 1:1، التي تشير إلى حسن صالح للبيانات (الشكل 2 ألف و 2 باء). بيد أن التقاطع أشارت إلى أن نظام تحليل الصور الرقمية المبالغة في تقدير قياس القطر، وخاصة بالنسبة لقيم أقل، وأن كانت الاستهانة بقيم أعلى من قطر جذمور. هذه المبالغة في تقدير قد يكون راجعا إلى العقد رئد التي يتم مسحها ضوئياً بالبرمجيات، والتي تؤثر على سطح الإسقاط الكلي الذي يتم استخدامه لحساب قطر (النسبة بين سطح الإسقاط الإجمالي وإجمالي طول)، وبدلاً من ذلك يتم استبعاد عندما تكون القياسات أدلى مع قدمه ذات الورنيّة. العلاقة بين العدد من الفروع والفرق بين القيم قطر التي حصل عليها كلا الأسلوبين (قياس ومسح) كان كبيرا إلا في ستولونس (الشكل 3 ألف)؛ أيضا، شرح الاختلافات في عدد العقد سوى جزء صغير من اختلاف هذه الفرق (ص2 = 14%). العلاقة الهامة بين الممسوحة ضوئياً internode القطر وقياس القطر (منحدرات 1.01 و 0.98 stolons وجذور، يعترض على التوالي؛ لما يقارب الصفر) (الشكل 4a و 4b) يوضح أن قطر internode ويمكن بدقة تقدير من خلال نظام تحليل الصور الرقمية طالما يتم إزالة العقد. ولذلك، رئد مجموع الطول ومتوسط القطر للعينات التي تتألف من العديد من ستولونس أو جذور يمكن بسهولة ودقة قياسها كمياً باستخدام نظام تحليل الصور الرقمية.
كجزء من تجربة الجارية، عينة العشب واحدة (20 × 20 × 15 سم عمق) جمعت في كل الأرض موسميا من خريف عام 2013 إلى صيف عام 2015 وتم التعامل معها كما هو موضح في البروتوكول. وترد في الشكل 5طول رئد ورهيزومي في وحدة المساحة السطحية (طول الكثافة) والوزن لكل وحدة المساحة (الكثافة الوزن) من العينات التي جمعت في تموز/يوليه عام 2014. الاختلافات في كثافة طول رئد لوحظت بين أصناف نباتياً منشور ("باتريوت" و "تيفواي")، والمصنف منها ("La Paloma" و "يوكون"). "باتريوت" عرض أعلى كثافة طول جذمور، تليها "تيفواي" وأصناف المصنف. كثافة وزن رئد كان مختلفاً بالنسبة لجميع الأصناف، مع "باتريوت" عرض أعلى قيمة تليها "تيفواي"، "La Paloma" و "يوكون". كما عرض أصناف نباتياً منشور أعلى كثافة وزن رهيزومي من أصناف المصنف. تطوير رئد ورهيزومي طول كل وحدة المساحة (الطول الكثافة) والوزن لكل وحدة المساحة (الكثافة الوزن) للأصناف المستنبطة باتريوت طوال فترة الدراسة وترد في الشكل 6. رئد طول كثافة عرض زيادة من عام 2014 في آذار/مارس إلى تموز/يوليه عام 2014، وأنها لم تختلف من تموز/يوليه عام 2014 إلى عام 2015 في تموز/يوليه. تم العثور على جذور عدد قليل فقط في العينات التي جمعت في تشرين الأول/أكتوبر 2013 و 2014 آذار/مارس. زيادة كثافة طول رهيزومي في تموز/يوليه 2104، التوصل إلى قيمها أعلى، ولكنه انخفض مرة أخرى في تشرين الأول/أكتوبر 2014. رئد كثافة الوزن زيادة طفيفة من آذار/مارس إلى تموز/يوليه عام 2014؛ ومع ذلك، لوحظ زيادة سريعة أكثر من تموز/يوليه إلى تشرين الأول/أكتوبر عام 2014، مع انخفاض لاحقة في آذار/مارس عام 2015. وكان رهيزومي الوزن كثافة اتجاها مماثلاً لكثافة طول جذمور، مع قيمة أعلى في تموز/يوليه عام 2014.
ويتضمن البرنامج في التحليل كافة الكائنات في الصورة الممسوحة ضوئياً. ويرد مثال على تخطيط تحليل الصور الرقمية من برامج وينرهيزو (الشكل 7)، حيث خطوط مختلفة الألوان تراكب الكائنات (ستولونس) من القطر متفاوتة لحساب إجمالي طول كل فئة القطر. ويمكننا أن نلاحظ أن التحليل الذي يراعي حساب أجزاء من الجذور أو يترك. كما هو موضح في الخطوة 3، 9، فمن الممكن لتقييد العرض وعدد الفصول القطر التي يتم تحليلها. ويبين الرسم البياني توزيع أطوال إلى فئات مختارة من القطر (الشكل 7). يمكن استخدام هذا الرسم البياني لتقييم فئات الحد الأدنى للقطر لاستبعادها. ملاحظة بصرية لهذا الرسم البياني في الجزء العلوي من الشاشة ويبرز صورة أن الطول له توزيع عادي حول متوسط يعني فئة القطر، باستثناء الفئات الأولى والثانية التي تظهر القيم أعلى من تلك التي من المناسب العادي التوزيع. حتى إذا كانت العينات قد تم بعناية تنظيف، بما في ذلك هذه الفئات الأصغر، تحليل البيانات قد تؤثر على النتائج، يمثلهم كثافة طول والتقليل من قيمة متوسط القطر. النتائج التي توصلنا إليها تظهر أن طول فئات أصغر (قطر < 0.2 مم) استأثرت 13-32% من مجموع رهيزومي طول القيم الناتجة عن تحليل البرمجيات (الجدول 1). علاوة على ذلك، تم التقليل من شأن متوسط قطرها من 2-17 في المائة (الجدول 1).
الشكل 1: تحليل الانحدار لطول القيم تقاس بالمسطرة ضد القيم المقدرة مع نظام تحليل الصور الرقمية bermudagrass stolons24 (أ) و) جذور (ب)- خط متقطع يمثل نسبة 1:1. وقد تم تعديل الفريق ألف من بورنارو et al. 24- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: تحليل الانحدار لقيم القطر يقاس بقدمه ذات الورنيّة القيم المقدرة مع نظام تحليل الصور الرقمية bermudagrass stolons24 (أ) وجذور (ب)- خط متقطع يمثل نسبة 1:1. وقد تم تعديل الفريق ألف من بورنارو et al. 24- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: تحليل الانحدار لعدد العقد bermudagrass stolons24 (أ) وجذور (ب) ضد القيم المطلقة للفرق بين القطر المقدر مع نظام تحليل الصور الرقمية وتقاس قدمه ذات الورنيّة. خط متقطع يمثل نسبة 1:1. وقد تم تعديل الفريق ألف من بورنارو et al. 24- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: تحليل الانحدار لقيم القطر يقاس بقدمه ذات الورنيّة القيم المقدرة مع نظام تحليل الصور الرقمية bermudagrass stolons24 (أ) وجذور (ب) بالنسبة إينتيرنوديس فقط- خط متقطع يمثل نسبة 1:1. وقد تم تعديل الفريق ألف من بورنارو et al. 24- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: نتائج المثال كثافة الطول والوزن ستولونس وجذور من محاكمة ميدانية مقارنة أربعة أصناف bermudagrass المكاتب (باتريوت، تيفواي، ولوس أنجليس لبالوما، يوكون). رئد طول كثافة (أ)، رهيزومي طول كثافة (ب)، رئد الوزن الكثافة (ج)، ورهيزومي الوزن الكثافة (d). أشرطة عمودية تمثل الأخطاء المعيارية لستة replicates. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 6: نتائج المثال كثافة الطول والوزن ستولونس وجذور من محاكمة الحقل عرض التنمية رئد ورهيزومي من صواريخ باتريوت bermudagrass الأصناف المستنبطة. رئد طول كثافة (أ)، رهيزومي طول كثافة (ب)، رئد الوزن الكثافة (ج)، ورهيزومي الوزن الكثافة (d). أشرطة عمودية تمثل الأخطاء المعيارية لستة replicates. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 7: مثال على تخطيط لتحليل الصور الرقمية من برامج وينرهيزو- الصورة الملتقطة بالماسح الضوئي في المقدمة والمخططات الشريطية في الجزء العلوي من الصورة المعروضة على الشاشة تبين توزيع طول في فصول مختارة من القطر. خطوط ملونة تشير إلى تحليل الصورة، ويتوافق مع كل الألوان إلى ألوان الطبقات قطر ذكرت في المخططات الشريطية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| الصنف | كتلة | جذمور طول (سم/مارك ألماني2) | متوسط القطر (ملم) | ||||
| < 0.2 مم | المجموع | نسبة | < 0.2 مم | المجموع | نسبةب | ||
| صواريخ باتريوت | 1 | 231 | 278 | 16.9 | 1.637846 | 1.5994 | 97.7 |
| صواريخ باتريوت | 2 | 304 | 349 | 12.8 | 1.620667 | 1.588371 | 98.0 |
| صواريخ باتريوت | 3 | 304 | 366 | 16.8 | 1.649918 | 1.621367 | 98.3 |
| تيفواي | 1 | 184 | 231 | 20.6 | 2.149745 | 1.9951 | 92.8 |
| تيفواي | 2 | 155 | 193 | 19.9 | 1.866253 | 1.76605 | 94.6 |
| تيفواي | 3 | 119 | 150 | 20.9 | 1.877386 | 1.75865 | 93.7 |
| لوس أنجليس لبالوما | 1 | 17 | 23 | 24.4 | 2.139019 | 1.8904 | 88.4 |
| لوس أنجليس لبالوما | 2 | 26 | 38 | 31.6 | 2.101385 | 1.7455 | 83.1 |
| لوس أنجليس لبالوما | 3 | 34 | 47 | 27.5 | 2.033729 | 1.7354 | 85.3 |
| يوكون | 1 | 32 | 44 | 28.0 | 1.700155 | 1.4945 | 87.9 |
| يوكون | 2 | 17 | 25 | 33.2 | 1.68339 | 1.4284 | 84.9 |
| يوكون | 3 | 67 | 87 | 23.6 | 1.844721 | 1.6774 | 90.9 |
| طول فصول ≤0.2 مم/إجمالي طول | |||||||
| ب مجموع القطر/القطر من فئات ≤0.2 مم | |||||||
الجدول 1: رهيزومي متوسط قطرها مع أو بدون فئات القطر الأصغر وكثافة طول رهيزومي. طول كثافة مع أو بدون بما في ذلك فئات قطرها أقل من 0.2 مم والنسب (طول فصول ≤ 0.2 مم/مجموع طول)؛ ومتوسط قطرها مع أو بدون بما في ذلك فئات قطرها أقل من 0.2 مم والنسب (القطر بما في ذلك فئات < 0.2/القطر دون بما في ذلك القطر فئات < 0.2 مم).
Discussion
البروتوكول هو موضح هنا وتقييمها لدراسة تورفجراسيس. ومع ذلك، يمكن استخدامه أكثر من مجموعة من الأنواع ستولونيفيروس أو rhizomatous مع إجراء التعديلات اللازمة وفقا للخصائص المورفولوجية والظروف البيئية، وعينه التنظيف الدقة.
لا يمكن مقارنة متوسط القطر المقدر عن طريق هذا البروتوكول إلى القطر internode تقاس قدمه ذات الورنيّة. تحليل الصور الرقمية ويشمل العقد وإينتيرنوديس في حساب متوسط القطر، وهو النسبة بين سطح الإسقاط الإجمالي وإجمالي طولها. كما نوقش من قبل بورنارو et al. 24، متوسط قطرها الحصول على ستولونس بيرموداجراس مع وينرهيزو نظام المبالغة في تقدير متوسط قطرها القيم تقاس بقدمه ذات الورنيّة في internode. يستخدم عادة لوصف قطر internodes رئد رئد القطر ومعلمة شائعة المستخدمة لوصف النباتية18،25. ولهذا السبب، بورنارو et al. 24 : أشار إلى أن قطر متوسط يقدر من خلال نظام وينرهيزو والقطر يقاس يدوياً internode وصف جانبين مورفولوجية مختلفة.
الوقت المطلوب لتنفيذ هذا البروتوكول يظل عاملاً مقيداً للتحليل الروتيني. المرحلة الأكثر استهلاكاً للوقت هو تنظيف العينات (الخطوة 2، 4). استناداً إلى تجربتنا، تنظيف عينة واحدة من العشب مع كمية كبيرة من الكتلة الحيوية (أي 20 × 20 سم) ويتطلب حوالي ثلاثة أشخاص يعملون لمدة 2 إلى 4 ساعات. كما ورد في البروتوكول، عملية التنظيف اللازمة لكل نظام التحليل الرقمي وعند استخدام الفرجار والمسطرة. عندما عينة تتكون من عدد محدود من جذور stolons/، يشبه الوقت اللازم لجمع البيانات بالطريقتين. ومع ذلك، كما هو زيادة حجم العينة، الأسلوب القائم على البرامج ليس لديه وقت لاحق زيادة، كما هو العامل الوحيد الذي يحد المساحة السطحية للماسح الضوئي. على العكس من ذلك، زيادة الوقت اللازم لقياس الأجهزة مع المسطرة والفرجار مع العدد من ستولونس أو جذور تتكون العينة.
دراسة السمات رئد ورهيزومي في تورفجراسيس ناضجة دائماً تستند بقياس طول internode والقطر والكتلة الجافة الوزن7،11،،من2627. سبب كبير الوقت اللازم لتجهيز العينات وانخفاض الدقة مع زيادة حجم العينة، ينبغي أن تكون القياسات اليدوية يقتصر على عدد قليل من ستولونس أو جذور11،،من2025. على هذا النحو، قد فقط تكون مناسبة لتجارب معمل واحد. ميزة نظام تحليل الصورة عبر الطرق التقليدية هو أنه يمكن قياس طول رئد كبيرة أو جذمور العينات وحساب كثافة الطول والوزن النوعي (نسبة الوزن للطول).
يسمح هذا البروتوكول لقياس طول رئد وجذمور، وحساب كثافة طول في عينات مع الكتلة الحيوية الكبيرة (رئد أو جذمور الوزن يكون حاليا المعلمة الوحيدة المستخدمة لوصف مورفولوجيا). قد يكون طول رئد و/أو جذمور معياراً هاما في العديد من الدراسات التي لا يمكن تقدير مع التقنيات الحالية. وقد أثبتت الدراسات الأخيرة على حلبات مختلفة الأنواع6 أن كثافة الوزن والطول رئد هي لا يرتبط دائماً، مما يشير إلى أنه قد يكون من المستصوب لقياس متغيرات متعددة لتقييم النظام رئد ورهيزومي على نحو كاف. ينبغي أن تكون هذه الطريقة مناسبة للصنف أو الثقافية بوجه خاص الممارسات الإدارية المقارنة.
عدة خطوات داخل البروتوكول حاسمة لإجراء تقدير ناجح للطول والقطر متوسط ستولونس وجذور. بسبب تقلب عالية من شكلياء النبات تحت ظروف البيئة المختلفة، وعدد العينات (حجم العينة) ومساحة الأرض عينات الأبعاد التي ينبغي أن تكون (البعد عينة) ينبغي تقييمها بعناية وتكون أقرب ما يمكن من السكان بغية الحد من تقلب البيانات. وعلاوة على ذلك، تنظيف جذور ويترك من ستولونس قبل أن يتم تحليل العمل الدقيق التي تتطلب عناية خاصة لتجنب أوفيريستيميشنز. وأخيراً، قبل معالجة الصور، يستحسن أن تختار بعناية عرض قطرها فصول دراسية والحد الأدنى القطر باستخدام خيارات البرمجيات لاستبعاد كل شيء أنه ليس رئد أو رهيزومي من التحليل. كل التجربة يتطلب التحديد لقطرها الحد الأدنى، كما يختلف قطرها مع الأنواع والظروف البيئية، بما في ذلك الممارسات الثقافية.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
لا شيء.
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).
