En mjukvaran-baserat bild analyssystem ger en alternativ metod för att studera morfologi av revor och insjöar arter. Detta protokoll tillåter mätning av längd och diameter på undervattensstjälken och rhizomer och kan tillämpas för prover med en stor mängd biomassa och till en mängd olika arter.
Längd och diameter på undervattensstjälken eller rhizomer mäts vanligen med enkel linjaler och bromsok. Detta förfarande är långsam och mödosam, så det används ofta på ett begränsat antal undervattensstjälken eller rhizomer. Därför är dessa egenskaper begränsade deras användning för morfologisk karakterisering av växter. Användning av digital bild analys programvaruteknik kan övervinna mätfel på grund av mänskliga misstag, som tenderar att öka eftersom antalet och storleken av prover också öka. Protokollet kan användas för alla typer av gröda men är särskilt lämplig för foder eller gräs, där växterna är små och många. Turf prover består av aboveground biomassa och en övre markskiktet till djupet av maximal rhizom utveckling, beroende på art av intresse. I studier, proverna tvättas från marken, och undervattensstjälken/rhizomer städas för hand före analys av digital bild analys programvara. Proverna torkas ytterligare i ett laboratorium som uppvärmning ugnen för att mäta torrsubstans. för varje prov är därför de resulterande data totala längd, totala torrvikt och genomsnittliga diameter. Skannade bilder kan korrigeras före analys genom att utesluta synliga främmande delar, såsom återstående rötter eller blad inte bort med reningsprocessen. Dessa fragment har faktiskt normalt mycket mindre diameter än undervattensstjälken eller rhizomer, så de kan uteslutas enkelt från analys genom att fastställa den minsta diametern under vilken objekt inte räknas. Stolon eller rhizom densitet per ytenhet kan sedan beräknas baserat på urvalets storlek. Fördelen med denna metod är snabb och effektiv mätning av längd och genomsnittliga diameter stort urval nummer av undervattensstjälken eller rhizomer.
Studien av växten morfologi behandlas i stort sett i alla discipliner av växter vetenskap inklusive ekologi, agronomi, biologi och fysiologi. Anläggningen rotsystemet studeras allmänt för dess betydelse i stresstolerans, jordens stabilitet, växternas tillväxt och produktivitet. Undervattensstjälken och rhizom studeras också allmänt för sin roll i växten förökning strategier, rekuperativ förmåga och kolhydrat lagring. Undervattensstjälken och rhizom är modifierade stammar som växer horisontellt, antingen ovan jord (undervattensstjälken) eller nedanför-jord (jordstammar). Undervattensstjälken och jordstammar innehåller också regelbundet fördelade noder och internoder, samt meristematic noder som kan ge upphov till nya rötter och skott1. Det har varit ett stort antal studier om olika ämnen undersöka rötter, undervattensstjälken och rhizom av olika växter2,3,4,5,6,7, 8. Rotsystem, undervattensstjälken och rhizom av turfgrasses studeras på grund av sin betydelse i turf kvalitet9våren gröna upp efter vintern dvala10, och slitage tolerans och rekuperativ förmåga11. Dessutom studeras dessa organ också i andra grödor, turfgrasses såsom ris12, sojabönor4, och majs13och betesmarker där laterala stjälkar spelar en nyckelroll i smutsa erosion kontroll5.
Root längd täthet (roten längd per jord volym) och genomsnittliga diameter mäts vanligen med scanning programvara3,4,5,9,14,15, 16,17,18. Omvänt, längd och diameter på undervattensstjälken eller rhizomer mäts vanligen med en linjal och OK3,19,20 och kräver betydande tid och arbetskraft21,22 , 23 , 24. därför de mäts ofta i ett begränsat antal undervattensstjälken eller rhizomer11,20,25 och är ofta begränsade till morfologisk karakterisering av placerade växter bara. Studien av stolon och rhizom drag i en mogen baldakin innebär provtagning en stor mängd biomassa så att vanligt endast stolon och rhizom torrvikt densitet (torr vikt per enhet av yta) är beslutsam7,11, 26 , 27. stolon torrvikt, i själva verket kan vara lättare mätt än stolon längd och diameter genom torkning av prover i en ugn. Stolon längd är dock en viktiga arter och sorter karaktär som inte är väl relaterade till torrvikt. En färsk studie om krypande rajgräs (Lolium perenne) visat att prover med hög stolon längd täthet inte nödvändigtvis hade hög stolon vikt densitet6.
Bildanalys system gör analysen av rötter snabbare28,29, mer exakt, och mindre benägna att mänskliga fel30,21 än traditionella manuella metoder31,32, 33. Dessutom dessa system ger hög flexibilitet och lätt-till-använda verktyg inklusive ljus, optisk inställningar och upplösning, som ofta kalibreras för varje skannad bild34. Pornaro et al. 24 visat att WinRHIZO systemet, en bild analyssystem speciellt utformad för mätning av tvättade rötter, kan tillhandahålla en alternativ metod för att analysera stolon och rhizom drag mer fullständigt än nuvarande metoder genom att övervinna mätfel orsakas av mänskliga misstag. För en morfologisk beskrivning och kvantitativa uppgifter om stolon och rhizom tillväxt, kan bildanalys system användas för att analysera ett stort antal prover snabbt, även med en stor mängd biomassa, möjliggör ökad statistisk precision. Därför ger rot analys programvarupaket en alternativ, pålitlig och snabb metod för att studera tillväxten och morfologi av undervattensstjälken och rhizom av olika växt arter24.
Vi presenterar ett experiment som utförts i nordöstra Italien för att studera stolon och rhizom utveckling av fyra sorter av miljardär (Cynodon spp.). Studien syftade till att öka kunskapen om utvecklingen av undervattensstjälken och rhizomer i seedade (”LaPaloma” och ”Yukon”) och vegetativt (”Patriot” och ”Tifway”) sorter av miljardär. Experimentet grundades i maj 2013 och torv prover samlades över tre provtagning datum per år, från hösten 2013 till sommaren 2015 [mars (innan den gröna upp), juli (hela växtsäsongen) och oktober (före vintern dvala)]. För beskrivning och förklaring av denna metod använde vi prov som samlats i sommaren av andra växtsäsongen (juli 2014), som den stora biomassan av proverna vid denna tid motiverat behovet av en snabb analys. WinRHIZO, en digital bild-analys programvaruverktyg specifikt utformade för tvättade rot mätningar och användes för att bestämma stolon längd täthet och genomsnittliga diameter.
Protokollet beskrivs här utvecklades och utvärderades för studien av turfgrasses. Det kan emellertid användas över en rad revor eller insjöar arter med nödvändiga justeringar enligt deras morfologiska kännetecken, miljöförhållanden och prov rengöring precision.
Den genomsnittliga diameter uppskattas med hjälp av detta protokoll kan inte jämföras med internoden diametern mätt med ett skjutmått. Den digital bildanalys omfattar noder och internoder i beräkningen av genomsnittlig diameter, som är förhållandet mellan totala projektionsyta och total längd. Som diskuteras av Pornaro et al. 24, genomsnittliga diameter erhålls för miljardär undervattensstjälken med WinRHIZO system överskattade genomsnittliga diameter värden uppmätta med klaven på internoden. Stolon diameter är vanligtvis används för att beskriva stolon internoder diameter och är en vanlig parameter som används för botaniska Beskrivning18,25. Av denna anledning, Pornaro et al. 24 påpekade att genomsnittliga diameter beräknad genom WinRHIZO system och manuellt uppmätta internoden diameter beskriver två olika morfologi aspekter.
Den tid som krävs för att utföra detta protokoll är fortfarande en begränsande faktor för rutinanalyser. Den mest tidsödande fasen är rengöring av proverna (steg 2,4). Baserat på vår erfarenhet, rengöring ett turf prov med en stor mängd biomassa (dvs., 20 x 20 cm) kräver ungefär tre personer som arbetar för 2 till 4 timmar. Som beskrivs i protokollet, är reningsprocessen nödvändigt för både digital analys systemet och när du använder bromsok och linjal. När prover består av ett begränsat antal undervattensstjälken/rhizomer, är tid som krävs för att samla in data med de två metoderna liknande. Dock som urvalets storlek ökas, har programvara-baserade metoden inte en efterföljande tid öka, som den enda begränsande faktorn är ytan på skannern. Tvärtom ökar tid som krävs för att mäta organ med linjal och bromsok med antalet undervattensstjälken eller rhizomer skriver provet.
Studien av stolon och rhizom drag i mogna turfgrasses har alltid varit baserad på mätning av internoden längd och diameter och massa torr vikt7,11,26,27. På grund av den stora tiden som krävs för att behandla prover och minskningen i noggrannhet med ökningen av urvalsstorlek, bör manuella mätningar begränsas till ett litet antal undervattensstjälken eller rhizomer11,20,25. Som sådan, kanske de endast lämplig för singel-växt experiment. Fördelen med en bild analyssystem jämfört med traditionella metoder är att det som kan mäta längden på stora stolon eller rhizom prover och beräkna både längd densitet och specifik vikt (vikt-längd förhållandet).
Detta protokoll möjliggör mätning av stolon och rhizom längd och beräkning av längd tätheter i prover med stor biomassa (för vilka stolon eller rhizom vikt är för närvarande den enda parameter som används för morfologi beskrivning). Stolon eller rhizom längd kan vara en viktig parameter i många studier som inte kan beräknas med nuvarande tekniker. Nyligen genomförda studier på olika turf arter6 har visat att stolon vikt och längd tätheter inte är alltid korrelerade, vilket indikerar att det kan vara önskvärt att mäta flera parametrar för att adekvat bedöma systemet stolon och rhizom. Denna metod bör vara särskilt lämplig för sort eller kulturella management övar jämförelse.
Flera steg inom protokollet är avgörande för en framgångsrik uppskattning av längd och genomsnittlig diameter av undervattensstjälken och rhizom. På grund av hög variabilitet av växten morfologi under olika miljöförhållanden, antalet prov (provstorlek) och markyta dimensioner som bör provtas (prov dimension) bör noga utvärderas och vara så representativa som möjligt av befolkningen för att minska data variabilitet. Dessutom rengöring rötter och blad från undervattensstjälken innan analys är minutiösa arbete som kräver särskild uppmärksamhet att undvika overestimations. Slutligen, innan bearbetning av bilder, rekommenderas att noggrant välja bredd av diameter klasser och minsta diameter använder programvarualternativ för att utesluta allt som inte är en stolon eller rhizom från analysen. Varje experiment kräver valet av en minsta diameter, diameter varierar med arter och miljöfaktorer, inklusive kulturella sedvänjor.
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 |