Summary
소프트웨어 기반 이미지 분석 시스템 stoloniferous 및 rhizomatous 종의 형태를 공부 하는 다른 방법을 제공 합니다. 이 프로토콜의 길이 stolons와 뿌리 줄기의 직경 측정을 허용 하 고 많은 양의 바이오 매스와 샘플 및 다양 한 종에 적용할 수 있습니다.
Abstract
Stolons 또는 뿌리 줄기의 직경 및 길이 간단한 눈금자 및 캘리퍼스를 사용 하 여 일반적으로 측정 된다. 이 절차는 느리고 힘든, 그래서 그것은 제한 된 수의 stolons 또는 뿌리 줄기에 자주 사용 합니다. 이러한 이유로, 이러한 특성은 식물의 형태학 상 특성에 대 한 그들의 사용에 제한 됩니다. 디지털 이미지 분석 소프트웨어 기술 사용 하 여 측정 오류 인간의 실수, 증가 수와 샘플의 크기 또한 증가 하는 경향이 극복할 수 있습니다. 프로토콜 자르기의 어떤 종류에 대 한 사용할 수 있지만 특히 마 초 또는 식물은 작은 잔디에 적합 다 고. 잔디 샘플 지상 바이오 매스와 관심의 종류에 따라 최대 rhizome 개발의 깊이에 위 토양 층으로 이루어져 있다. 연구에서 샘플에서 토양, 세척 되 고 stolons/rhizomes 디지털 이미지 분석 소프트웨어에 의해 분석 하기 전에 손으로 청소는. 샘플 추가; 건조 무게를 측정 하는 오븐을 난방 실험실에서 건조 따라서, 각 샘플에 대 한 결과 데이터는 총 길이, 총 건조 중량, 및 평균 직경. 스캔 한 이미지 나머지 뿌리 또는 잎 청소 과정으로 제거 되지 볼 수 없는 부품를 제외 하 여 분석 하기 전에 수정 될 수 있습니다. 사실, 이러한 파편 일반적으로 있다 stolons 또는 뿌리 줄기, 보다 훨씬 더 작은 직경 그래서 그들은 쉽게에서 제외할 수 있습니다 분석 아래 개체 간주 되지 않습니다 최소 직경을 고정 하 여. 단위 면적 당 stolon 또는 rhizome 밀도 수 다음 수에 따라 계산 샘플 크기. 이 방법의 장점은 신속 하 고 효율적인 측정 길이 stolons 또는 뿌리 줄기의 큰 샘플 숫자의 평균 직경의.
Introduction
식물 형태학의 연구는 크게 생태, 농업 경제학, 생물학, 그리고 생리학을 포함 한 식물 과학의 모든 분야에서 해결 됩니다. 식물 뿌리 시스템 널리 그 중요성에 대 한 스트레스 내성, 토양 안정성, 식물 성장 및 생산성에 공부 했다. Stolons와 뿌리 줄기도 널리 식물 전파 전략, 회복 능력, 그리고 탄수화물 저장에서 그들의 역할에 대 한 공부 했다. Stolons와 뿌리 줄기는 가로로, 중 지상 (stolons) 성장 수정된 줄기 또는 아래-지상 (뿌리 줄기). Stolons와 뿌리 줄기도 정기적으로 간격 노드 internodes, 뿐만 아니라 새로운 뿌리와 새싹1을 야 기한 수 있는 meristematic 노드 포함 되어 있습니다. 뿌리, stolons, 그리고 다양 한 식물2,3,,45,6,7의 뿌리 줄기를 조사 하 고 다른 주제에 대 한 연구의 다양 한 숫자가 되었습니다. 8. 루트 시스템, stolons, 및 turfgrasses의 뿌리 줄기는 잔디 품질9, 봄 그린-최대 겨울 휴면10및 착용 관용과 회복 능력11후에 그들의 중요성 때문에 공부 했다. 또한, 이러한 장기는 또한 다른 작물, 쌀12, 콩4, 그리고 옥수수13, 측면 줄기 토양 침식 제어5에서 핵심적인 역할을 담당할 목초지 등 turfgrasses에서 공부 했다.
루트 길이 밀도 (토양 볼륨 당 루트 길이)와 평균 직경 스캐닝 소프트웨어3,,45,9,14,15를 사용 하 여 일반적으로 측정 된다 16,,1718. 반대로, 길이 직경 stolons 또는 뿌리 줄기의 통치자로 일반적으로 측정 및3,,1920 캘리퍼스와 상당한 시간이 필요 및 노동21,22 , 23 , 24. 그러므로, 그들은 종종 stolons 또는 뿌리 줄기11,,2025 의 제한 된 수에서 측정 되며 종종 간격된 식물만의 형태학 상 특성으로 제한. 성숙한 캐노피에 stolon와 뿌리 줄기 특성의 학업은 보통 단지 stolon와 뿌리 줄기 건조 중량 밀도 (건조 중량 단위 표면 당)는 결정된7,11, 는 많은 양의 바이오 매스를 샘플링 26 , 27. stolon 건조 질량, 사실, stolon 길이 직경 보다 더 쉽게 측정 하 여 수 건조 오븐에서 샘플. 그러나, stolon 길이 중요 한 종 및 varietal 문자는 잘 건조 질량에 관련이 없습니다. 다년생 들어온다 그러나 (Lolium perenne)에 대 한 최근 연구는 높은 stolon 길이 밀도 필요 없 높은 stolon 무게 밀도6시연 했다.
이미지 분석 시스템을 뿌리 더 빠른28,29, 더 정확 하 고 전통적인, 수동 방법31,32, 보다 인간의 오류30,21 에 적은 경향이 분석 33. 또한, 이러한 시스템 높은 flexibility를 제공 하 고 사용 하기 쉬운 도구 빛, 광학 설치, 및 해상도, 종종 각 보정을 포함 하 여 스캔 이미지34. Pornaro 외. 24 시연 씻어 뿌리의 측정을 위해 설계 된 이미지 분석 시스템 WinRHIZO 시스템 현재 방법 보다는 더 완전 하 게 극복 하 여 stolon와 뿌리 줄기 특성을 분석 하는 대체 메서드를 제공할 수 있습니다. 인간의 실수에 의해 발생 하는 측정 오류. 형태 설명 및 stolon와 뿌리 줄기 성장에 정량적 인 정보, 이미지 분석 시스템도 많은 양의 바이오 매스를 증가 통계 정밀도 수 있도록 함께 샘플의 많은 수를 신속 하 게, 분석 하는 방법에 사용할 수 있습니다. 따라서, 루트 분석 소프트웨어 패키지는 대안, 안정적이 고 빠른 방법을 제공 성장과 stolons의 형태와 다양 한 식물 종24의 rhizomes을 공부 합니다.
선물이 bermudagrass (우산 종)의 4 개의 재배의 stolon와 뿌리 줄기 개발 공부를 북동부 이탈리아에서 실시 하는 실험. 연구 목적 stolons와 뿌리 줄기에 시드 ("LaPaloma"와 "유콘")의 개발에 대 한 지식을 증가 하 고 식물 ("애국 자"와 "Tifway") cultivars bermudagrass의. 실험 5 월 2013 년에 설립 되었다 하 고 잔디 샘플 수집 2015의 여름 2013의가 연간 3 샘플링 날짜 [(전 녹색 최대) 3 월, 7 월 (전체 성장 시기를), 및 (겨울 휴면) 전에 10 월]. 설명 하 고이 방법의 설명, 사용 하는 두 번째 자라는 계절 (7 월 2014)의 여름에서 수집 된 샘플으로이 이번에 샘플의 큰 바이오 매스 빠른 분석에 대 한 필요성을 정당화. WinRHIZO, 씻어 루트 측정을 위해 설계 된 디지털 이미지 분석 소프트웨어 도구는 stolon 길이 밀도 평균 직경을 결정 하기 위해 사용 되었다.
Protocol
1. 바이오 매스의 수집 샘플링
- 지상 바이오 매스 및 종류에 따라 적절 한 깊이 가진 토양 층을 포함 하 여 샘플을 수집 (잔디 종, 15 cm 깊이 일반적으로 충분 한) stolons와 뿌리 줄기의 컬렉션을 보장 하기 위해.
참고: 전체 플롯 크기 고려 되어야 합니다 있기 때문에 파괴 샘플을 찍은 것입니다 연구를 시작 하기 전에. 일반적으로, 더 이상 실험은 실시, 필요한 플롯 크기는 커집니다. - 샘플 수집 하기 전에 토양 조건 확인: 토양이 너무 건조 하 고, 무거운 토양에서 특히, 만약 그것은 샘플을 수집 하기 어려울 수 있습니다. 이 경우에, 컬렉션 전에 샘플 레이어를 부드럽게 음모 관개.
- 토양 코어 샘플러 (≥ 8 cm 직경)를 사용 하 여 샘플을 수집 하거나 프레임 수집 표면적 (≥ 10 x 10 cm), 삽을 가진 샘플을 수집. 각 샘플 실험실 테이프로 라벨.
- 그래서 그들은 식물의 인구의 대표 작 당 여러 무작위 샘플을 수집 합니다.
- 전체 실험에 대 한 동일한 샘플러를 사용 하 고 각 샘플 stolon와 뿌리 줄기 밀도 계산을 나타내는 영역을 기록 합니다.
참고: 프로토콜 일시 중지할 수 있습니다 여기에, 그리고 샘플을 비닐 봉지에 저장 하 고 온도에 유지 수 있습니다 미만-18 ° c.
2. 샘플 청소는 바이오 매스
- 0.5-1.5 큰 체에 샘플 배치 stolon 또는 rhizome 크기에 따라 m m 구멍. 구멍 모든 stolons와 뿌리 줄기, 유지 하도록 충분히 작은 되어야 하지만 토양 입자 제거를 허용 하도록 충분히 큰. 모래 토양에 대 한 다른 위에 하나를 배치 하는 다른 구멍으로 두 체는 더 나은 정밀도 및 효율성에 대 한 수 있습니다.
- 식물을 손상 하지 않고 토양 입자를 제거 하는 충분 한 전력 가진 물의 흐름과 함께 샘플을 청소.
- 청소 샘플을 검색 하 고 적절 하 게 쟁반을 돌보는 종이 타월로 쟁반에 넣어.
참고: 프로토콜 일시 중지할 수 있습니다 여기에, 그리고 샘플을 비닐 봉지에 저장 하 고 온도에 유지 수 있습니다 미만-18 ° c. - 더가 위로 뿌리와 잎을 제거 하 여 샘플을 청소. 이 과정 동안, stolons와 뿌리 줄기, 필요 하다 면, 하 고, 타 병, 식물과 식물 당 stolons의 번호와 같은 추가 정보를 기록 합니다.
참고: stolons와 뿌리 줄기에서 모든 뿌리와 잎 조직을 제거 정밀도 향상 됩니다. 잘 뿌리는 제거; 어렵다 그러나, 디지털 이미지 분석을 통해 가능 하다 선택한 값 보다 작은 직경을 가진 장기를 제외 하는 소프트웨어 응용 프로그램을 사용 하 여 분석에서 그들을 생략 하는 이미지의 정의에 따라 상당히 정확 하 게 관측 (참조 단계 5.1), 화면 재현. - 장소 stolons와 뿌리 줄기 종이에 가방을 표시.
참고: 프로토콜 일시 중지할 수 있습니다 여기에, 그리고 샘플을 비닐 봉지에 저장 하 고 온도에 유지 수 있습니다 미만-18 ° c.
3. 스캔 및 이미지 샘플의 분석
- WinRHIZO 표준 장비를 스캔의 투명 한 플라스틱 쟁반에 샘플을 놓습니다. 수동으로 stolons와 뿌리 줄기 중복을 최소화 하기 위해 실험실 집게를 사용 하 여 배치 합니다. 큰 샘플 하위로 분할 해야 합니다.
- Stolons와 뿌리 줄기는 일반적으로 잘 뿌리와 수행 기관의 읽기 오류가 발생할 수 있습니다 과도 한 근접을 피하기 위해 충분 한 강성 때문에 트레이 (뿌리에 대 한 권장)으로, 물을 추가 하지 마십시오.
- 스캐너 표면에 트레이 놓습니다.
- 스캐너를 켜고 프로그램을 실행 시작.
- 이미지 메뉴에서 이미지 dpi를 확인 가능한 추가 컨트롤 저장된 된 이미지에 대 한 이미지 수집 매개 변수를 명령 합니다.
- 명령어는 루트 & 배경 구별, 스캔 한 장기에 속하는 픽셀의 좋은 분류에 대 한 분석, 임계값에 확인 합니다.
- 그 전체 트레이 표면 스캔 될 이미지 메뉴에서 이미지 수집 매개 변수를 명령 확인 하십시오.
- 스캔 한 이미지 위에 그래픽 영역에서 직경 당 기관 배포에 대 한 표시는 직경 클래스를 확인 합니다. 그래프의 가로 축에 클릭 하 여 0.1 m m 간격으로 20 같은 너비 클래스를 선택 합니다. 이 기능은 stolons 또는 뿌리 줄기 완벽 하 게 청소 하지 했다 때 뿌리 또는 작은 장기에 속하는 데이터의 배제를 허용 한다. 문학 잔디 종의 대부분 뿌리 직경 0.2 m m 보다는 보고 합니다.
참고: 너비와 클래스 stolons와 분석된 샘플 및이 평균 주위 변화에 대 한 뿌리 줄기의 평균 직경을 고려 하는 동안 수정할 수 있습니다. 제외할 최소 직경을 결정 하는 몇 가지 샘플 컨트롤을 실시 한다. - 첫 번째 샘플 스캔 실행 하 고 편집 좋은 분석에 대 한 허용 하는지 확인 하십시오.
- 이미지를 저장 하기 위한 소프트웨어 지침 및 분석 처리. 이미지 및 분석 예제 레이블 레이블.
- 모든 샘플의 검사 진행.
참고: 프로토콜 일시 중지할 수 있습니다 여기에, 그리고 샘플을 비닐 봉지에 저장 하 고 온도에 유지 수 있습니다 미만-18 ° c.
4입니다. 건조 중량의 측정
- 정밀한 전자 저울을 사용 하 여, tared 알루미늄 트레이에 스캔 한 샘플을 배치 합니다.
- 모든 스캔 한 샘플 4.1 단계를 반복 합니다.
- 모든 오븐에 샘플 105 ° C로 설정 하 고 24 시간에 대 한 그들을 건조를 삽입 합니다.
- 샘플을 제거 하 고 조직 무게는 안정 될 때까지 기다립니다.
- 그들의 자체와 모든 샘플 무게.
- 각 샘플의 순 중량을 얻기 위해 기록 된 무게에서 자체를 뺍니다.
5. 데이터의 길이 무게 밀도의 계산 보정
- 길이 및 평균된 직경의 정정
- .Csv 파일에 WinRHIZO와 분석에서 결과.txt 파일을 변환 합니다.
- 직경 클래스에 대 한 그룹화 된 결과 사용 하 여 기관 (뿌리, 잎, 또는 트레이에 긁힘의 부분)는 0.2 m m 보다 작은 데이터 제외.
- (.Txt 파일의 행) 합계를 읽고 각 WinRHIZO에 대 한 모든 길이 0.2 m m 보다 큰 직경 클래스에 대 한 기록. 이 보정 계산 길이 추가 데이터 처리에 사용할 효과적인 길이입니다.
- 각 WinRHIZO 독서에 대 한 투영 지역 직경에 대 한 기록 합계 클래스 0.2 m m 이상. 길이 프로젝션 영역 사이의 비율 제공 직경으로 기관의 제외에 대 한 수정 평균 직경 보다 0.2 m m.
- 샘플 하위로 분할 되었습니다, 모든 subsample 길이의 합으로 최종 길이 계산 하 고 모든 subsample 길이의 합계와 모든 subsample 프로젝션 분야의 합계 사이 비율으로 최종 평균 직경을 계산.
- 필요한 경우 샘플 크기에 따라 단위 면적 당 길이 무게 밀도 계산 합니다.
- 통계 분석을 위해 가져온 데이터를 사용 합니다.
Representative Results
현장 실험은 stolon와 뿌리 줄기 2 시드 종류 ("LaPaloma" 및 "유콘")와 두 살 균 식물 하이브리드 ("애국 자"와 "Tifway")를 포함 하 여 4 개의 bermudagrass cultivars 개발 비교 2013가을에 설립 되었다. 실험 설계는 12 플롯 (2 x 2 m)의 총 3 개의 복제 된 무작위 완전 한 블록을 했다.
14 stolons와 각 잔디 형 재배 및 야생 bermudagrass 14 rhizomes 수집 했다 무작위로 음모, 뿐만 아니라 야생 bermudagrass 식물 70 stolons와 70 뿌리 줄기의 총 플롯 근처에서. 더 측정 하기 전에 프로토콜 (2 단계)에 설명 된 대로 모든 stolons와 뿌리 줄기 청소 했다. 올바르면 직경 및 길이 측정 캘리퍼스와 눈금자, 각각, 그리고 노드 수 각 stolon 또는 rhizome 계산 되었다. 청소 하 고 눈금자와 캘리퍼스 stolon와 뿌리 줄기 샘플을 측정 하는 데 필요한 시간 또한 기록 되었다. Stolon와 뿌리 줄기 직경 모든 위치인 직경 측정의 수단으로 계산 했다. 총 stolon와 뿌리 총 줄기 길이 모든 위치인 길이의 합으로 계산 했다. 또한, 총 길이 검사 하 고 각 stolon와 뿌리 줄기의 스캔된 직경 3-5 단계에 설명 된 대로 디지털 이미지 분석 시스템을 사용 하 여 측정 했다. 디지털 분석 시스템에 의해 stolon와 뿌리 줄기 특성을 측정 하는 데 필요한 시간을 기록 했다. 각 stolon와 뿌리 줄기 다음 노드에서 internodes를 분리가 위로 잘라 했다 그리고는 internodes 스캔된 위치인 직경 3-5 단계에 설명 된 대로 예상 하는 데 사용 했다. 피어슨의 상관 관계 계수 stolons와 뿌리 줄기에 대 한 계산 (n 70 stolons, n = = 70 rhizomes) 사이 측정 및 스캔 길이, 직경, 노드 수와 측정된의 차이의 절대 값을 검사 및 측정 및 스캔 한 직경 및 측정된 직경 스캔된 위치인 직경. 눈금자 측정 길이 디지털 이미지 분석 시스템을 통해 예상 길이 보정 하기 위해 사용 되었다.
회귀 분석 표시 rhizome 스캔 길이 측정된 길이 (그림 1b), 사이 에서도 stolon 스캔 길이 1.03의 기울기와 절편의-4.22, 측정된 길이 (그림 1a) 사이의 높은 상관 관계를 1.03 및 4.22의 절편의 사면입니다. 손으로 청소, 14 stolons와 14 rhizomes 했다 21 분 24 s 및 11 분의 평균 시간과 12 s, 각각. 측정 길이 직경 캘리퍼스 눈금자와 평균 시간 14 분 되었고 6 stolons와 13 분 및 35 s rhizomes에 대 한 s. WinRHIZO를 사용 하 여 샘플의 검사 및 소프트웨어 분석 했다 stolons와 12 분 4 11 분의 평균 rhizomes에 대 한 s.
측정 하 고 스캔된 직경 stolons와 뿌리 줄기도 크게 상관 했다. 측정 및 스캔 직경 간의 관계 1:1, 적합 한 데이터 (그림 2a와 2b)를 나타내는 가까이 했다. 그러나, 절편 표시 디지털 이미지 분석 시스템은 특히 낮은 값에 대 한 측정된 직경을과 대 평가 하 고 뿌리 줄기 직경의 높은 가치 과소평가 했다. 이 과대평가 stolon 노드 직경을 계산에 사용 되는 총 투영 표면에 영향을 미치는 소프트웨어에 의해 검색 되는 원인일 수 있습니다 (총 투영 표면 사이의 총 비율 길이), 대신 측정은 때를 제외 하 고 캘리퍼스로 만든. 노드 수 간의 상관 관계 두 방법 (측정 및 검사)에 의해 얻은 직경 값 사이의 차이 했다 stolons (그림 3a);에 중요 한 또한, 노드 수 있는 변이이 차이의 변이의 단지 작은 부분 설명 (R2 = 14%). 중요 한 상관 관계를 사이 발견 위치인 직경을 스캔 하 고 직경을 측정 (1.01 및 stolons와 뿌리 줄기, 0.98의 거의 0의 각각; 차단) (그림 4a 및 4b) 그 위치인 직경을 보여줍니다 추정 수 있습니다 될 정확 하 게 디지털 이미지 분석 시스템을 통해로 노드 제거 됩니다. 따라서, 수많은 stolons 또는 뿌리 줄기에 의해 구성 된 샘플의 총 stolon 길이 평균 직경 수 쉽고 정확 하 게 측정할 수 디지털 이미지 분석 시스템을 사용 하 여.
진행 중인 실험의 일환으로, 하나의 잔디 샘플 (20 x 20 x 15 c m 깊이) 여름 2015가 2013에서 계절 각 플롯에 수집 되었고 프로토콜에 설명 된 대로 처리 했다. 단위 면적 (길이 밀도) 당 stolon와 뿌리 줄기 길이 단위 면적 (무게 밀도) 7 월 2014에서 수집 된 샘플의 당 무게는 그림 5에 표시 됩니다. Stolon 길이 밀도 차이 ("애국 자"와 "Tifway") vegetatively 전파 된 재배 품 정 사이 관찰 되었다 고 시드 ("La Paloma"와 "유콘") 것 들. "애국 자" "Tifway"와 시드 cultivars 높은 rhizome 길이 밀도, 표시. Stolon 무게 밀도가 했다 모든 cultivars에 대 한 다른 "애국 자" "Tifway", "La Paloma" 및 "유콘" 가장 높은 값을 보여주는. Vegetatively 전파 cultivars도 시드 cultivars 보다 높은 rhizome 무게 밀도 표시 됩니다. 단위 면적 (길이 밀도) 당 stolon와 뿌리 줄기 길이 단위 면적 (무게 밀도) 품종 연구 기간에 걸쳐 애국 자는 그림 6에 보고의 당 무게의 개발. Stolon 길이 밀도 표시 2014 년 7 월, 3 월 2014에서 증가 하 고 그것은 7 월 2015 년 7 월 2014에서 다양 하지 않았다. 만 몇 뿌리 줄기 10 월 2013과 2014 년 3 월에서 수집 된 샘플에서 발견 되었다. Rhizome 길이 밀도 증가 7 월 2104, 10 월 2014 년 다시 감소 하지만 그것의 가장 높은 값에 도달. Stolon 무게 밀도 약간 증가 3 월에서 7 월 2014; 그러나, 더 빠른 증가 관찰 되었다 7 월에서 10 월 2014 년, 2015 년 3 월 이후 감소와. Rhizome 무게 밀도 rhizome 길이 밀도, 7 월 2014에 가장 높은 값을 비슷한 추세를 했다.
소프트웨어는 분석에 스캔 한 이미지에 있는 모든 개체를 포함 되어 있습니다. WinRHIZO 소프트웨어에서 디지털 이미지 분석 레이아웃의 예 (그림 7), 다른 색상의 선을 직경 클래스 당 총 길이 계산 하는 다양 한 직경의 개체 (stolons)을 오버레이 표시 됩니다. 우리는 분석 계정 뿌리의 조각으로 또는 잎을 볼 수 있습니다. 3.9 단계에 설명 된 대로 너비와 분석 되는 직경 클래스의 수를 제한할 수는. 히스토그램 선택 된 직경 클래스 (그림 7)에 길이의 분포를 보여줍니다. 이 히스토그램은 제외할 최소 직경 클래스를 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다. 길이 평균 주위 정규 분포는 화면 이미지 하이라이트의 상단 부분에이 그래프의 시각적 관찰 피팅 정상 보다 더 높은 값을 표시 하는 처음 두 클래스를 제외 하 고 직경 클래스를 의미 배포입니다. 샘플가지고 신중 하 게 청소, 이러한 작은 클래스를 포함 하는 경우에 데이터 분석 결과, 길이 밀도과 대 평가 과소 평가 평균 직경 영향을 수 있습니다. 우리의 결과 작은 클래스의 길이 (직경 < 0.2 m m) 소프트웨어 분석 (표 1)에서 발생 하는 총 rhizome 길이 값의 13-32%를 차지 했다. 또한, 평균 직경 2-17% (표 1)에서 과소 평가 했다.
그림 1: 값에 대 한 눈금자 측정 길이 값의 회귀 분석 추정 bermudagrass stolons24 (a)의 디지털 이미지 분석 시스템 및) 뿌리 줄기 (b). 점선된 라인 1:1 비율을 나타냅니다. 패널 A Pornaro 그 외 여러분 에서 수정 되었습니다. 24. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: bermudagrass stolons24 (a)와 뿌리 줄기 (b) 디지털 이미지 분석 시스템 값에 대해는 캘리퍼스로 측정 하는 직경 값의 회귀 분석 추정. 점선된 라인 1:1 비율을 나타냅니다. 패널 A Pornaro 그 외 여러분 에서 수정 되었습니다. 24. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: bermudagrass stolons24 (a)와 (b)의 직경 차이의 절대 값에 대 한 뿌리 줄기의 노드 수의 회귀 분석 디지털 이미지 분석 시스템으로 추정 하 고는 캘리퍼스로 측정. 점선된 라인 1:1 비율을 나타냅니다. 패널 A Pornaro 그 외 여러분 에서 수정 되었습니다. 24. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: bermudagrass stolons24 (a)와 (b)에 대 한만 internodes rhizomes의 디지털 이미지 분석 시스템 값에 대해는 캘리퍼스로 측정 하는 직경 값의 회귀 분석 추정. 점선된 라인 1:1 비율을 나타냅니다. 패널 A Pornaro 그 외 여러분 에서 수정 되었습니다. 24. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: stolons와 비교 4 이와 bermudagrass cultivars (애국 자, Tifway, La Paloma, 유콘) 필드 평가판에서 뿌리 줄기의 길이 무게 밀도의 결과 예. Stolon 길이 밀도 (a), 뿌리 줄기 길이 밀도 (b), stolon 무게 밀도 (c), 및 rhizome 무게 밀도 (d). 세로줄 6 복제의 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: stolons와 뿌리 줄기 stolon와 뿌리 줄기 애국 bermudagrass 품종의 개발을 보여주는 필드 시험에서의 길이 무게 밀도의 결과 예. Stolon 길이 밀도 (a), 뿌리 줄기 길이 밀도 (b), stolon 무게 밀도 (c), 및 rhizome 무게 밀도 (d). 세로줄 6 복제의 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: WinRHIZO 소프트웨어에서 디지털 이미지 분석의 예를 들어 레이아웃. 전경에서 스캔 한 이미지와 화면 이미지의 위쪽 부분에 가로 막대형 차트 선택한 직경에 길이 분포를 보여준다. 컬러 라인 이미지 분석 나타내고 각 색 가로 막대형 차트에는 직경 클래스의 색에 해당 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 품종 | 블록 | Rhizome 길이 (cm/dm2) | 평균 직경 (mm) | ||||
| < 0.2 m m | 총 | 비율은을 | < 0.2 m m | 총 | 비율b | ||
| 애국 자 | 1 | 231 | 278 | 16.9 | 1.637846 | 1.5994 | 97.7 |
| 애국 자 | 2 | 304 | 349 | 12.8 | 1.620667 | 1.588371 | 98.0 |
| 애국 자 | 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 |
| 라 팔 로마 | 1 | 17 | 23 | 24.4 | 2.139019 | 1.8904 | 88.4 |
| 라 팔 로마 | 2 | 26 | 38 | 31.6 | 2.101385 | 1.7455 | 83.1 |
| 라 팔 로마 | 3 | 34 | 47 | 27.5 | 2.033729 | 1.7354 | 85.3 |
| 유콘 | 1 | 32 | 44 | 28.0 | 1.700155 | 1.4945 | 87.9 |
| 유콘 | 2 | 17 | 25 | 33.2 | 1.68339 | 1.4284 | 84.9 |
| 유콘 | 3 | 67 | 87 | 23.6 | 1.844721 | 1.6774 | 90.9 |
| 클래스 ≤0.2 m m/총 길이 길이 | |||||||
| b 클래스 ≤0.2 m m의 총 직경/직경 | |||||||
표 1: Rhizome 길이 밀도 및 rhizome 평균 직경 더 작은 직경 클래스 없이. 길이 밀도 0.2 m m (길이 클래스 ≤ 0.2 m m/총 길이); 그들의 비율 보다는 더 작은 직경 클래스를 포함 하지 않고 그리고와 0.2 m m 및 그들의 비율 보다는 더 작은 직경 클래스를 포함 하지 않고 평균 직경 (직경 클래스를 포함 하 여 < 0.2/직경 직경을 포함 하지 않고 클래스 < 0.2 m m).
Discussion
여기에 설명 된 프로토콜 개발 및 turfgrasses의 연구에 대 한 평가. 그러나, 그것은 stoloniferous 또는 rhizomatous 종 그들의 형태학 상 특성, 환경 조건 및 정밀도 청소 하는 샘플에 따라 필요한 조정의 범위에 걸쳐 사용할 수 있습니다.
이 프로토콜을 사용 하 여 추정 하는 평균 직경 캘리퍼스로 측정 하는 위치인 직경에 비해 수 없습니다. 디지털 이미지 분석 포함 노드와 internodes 평균 직경, 전체 투영 표면 사이의 전체 비율입니다 계산에 길이. Pornaro 그 외 여러분 에 의해 언급 했 듯이 24, 평균 직경 bermudagrass stolons는 위치인에서 캘리퍼스로 측정 하는 WinRHIZO과 대 평가 하는 시스템 평균 직경 값 획득. Stolon 직경 stolon internodes의 직경을 설명 하기 위해 일반적으로 사용 되 고 식물 설명18,25에 사용 되는 일반적인 매개 변수입니다. 이런 이유로, Pornaro 외. 24 평균 직경 WinRHIZO 시스템을 통해 추정 및 수동으로 측정된 위치인 직경 설명 두 가지 다른 형태학 측면 지적 했다.
이 프로토콜을 수행 하는 데 필요한 시간에 일상적인 분석에 대 한 제한 요소가 남아 있다. 가장 시간이 많이 걸리는 단계 샘플 (2.4 단계)의 청소입니다. 많은 양의 바이오 매스와 하나의 잔디 샘플을 청소 하는 우리의 경험에 따라 (즉, 20 x 20 cm) 3 명이 약 2 ~ 4 시간 동안 일. 프로토콜에 설명 된 대로 청소 과정 때 필요한 디지털 분석 시스템 및 캘리퍼스 눈금자를 사용 하 여. 샘플 stolons/뿌리 줄기의 제한 된 수의 구성, 두 가지 방법으로 데이터를 수집 하는 데 필요한 시간이 비슷합니다. 그러나, 샘플 크기 증가로 소프트웨어 기반 메서드는 없습니다 후속 시간 증가, 유일한 제한 요소는 스캐너의 표면 영역으로. 그와 반대로, 캘리퍼스 눈금자와 장기를 측정 하는 데 필요한 시간이 stolons 또는 뿌리 줄기는 샘플 구성의 수가 증가 합니다.
성숙한 turfgrasses에 stolon와 뿌리 줄기 특성의 연구 항상 있 길이 측정에 근거 하 고 지름과 질량 건조 무게7,11,,2627. 샘플 및 샘플 크기의 증가 함께 정확도 감소를 처리 하는 데 필요한 큰 시간이, 수동 측정 stolons 또는 뿌리 줄기11,,2025의 적은 수로 제한 해야 합니다. 따라서, 단일 공장 실험에 대 한 적합 한 수만 있습니다. 이미지 분석 시스템의 전통적인 방법에 비해 장점은 큰 stolon 또는 뿌리 줄기의 길이 측정할 수 있는 샘플을 길이 밀도 비 중량 (무게-길이 비율)을 계산.
이 프로토콜은 stolon와 뿌리 줄기 길이 측정 및 큰 바이오 매스 (어떤 stolon 또는 뿌리 줄기에 대 한 무게는 현재 형태 설명에 사용 되는 유일한 매개 변수)와 샘플의 길이 밀도의 계산에 대 한 수 있습니다. Stolon 그리고/또한 뿌리 줄기 길이 현재 기술로 예상할 수 없는 많은 연구에서 중요 한 매개 변수를 있을 수 있습니다. 다른 잔디 종6 에 대 한 최근 연구는 stolon 무게와 길이 밀도 항상 상관 하지, 그것은 stolon와 뿌리 줄기 시스템을 적절 하 게 평가 하는 여러 매개 변수를 측정 하는 것이 좋습니다 있을 수 있습니다 나타내는 증명 하고있다. 이 메서드는 특히 품종에 대 한 적합 한 또는 문화 되어야 관리 사례 비교.
프로토콜 내에서 몇 가지 단계는 길이의 성공적인 추정과 stolons와 뿌리 줄기의 평균 직경에 대 한 중요 합니다. 다른 환경 조건, 수 샘플 (샘플 크기) 및 지상 지역에서 식물 형태학의 높은 다양성 때문에 해야 하는 차원 샘플 (샘플 차원) 신중 하 게 평가 되어야 한다 고의 가능한 대표 데이터의 가변성을 감소 시키기 위하여 인구입니다. 또한, 청소 뿌리 그리고 분석은 세심 한 작업을 과대평가 피하기 위해 특별 한 주의 요구 하기 전에 stolons에서 나뭇잎. 마지막으로, 이미지를 처리 하기 전에 신중 하 게 선택 하는 직경 클래스와 최소 직경의 모든 것을 제외 하는 소프트웨어 옵션을 사용 하 여 stolon 또는 분석에서 rhizome 폭을 추천 된다. 각 실험 직경 변화 한다 종와 문화적 관행을 포함 한 환경 조건으로 최소 직경의 선택을 필요 합니다.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
없음입니다.
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).
