Summary
هذا عالية الإنتاجية، telemetric، كله-- النباتات المياه العلاقات gravimetric طريقة الظاهري تمكن قياسات مباشرة ومتزامنة في الوقت الحقيقي، فضلا عن تحليل الصفات الفسيولوجية متعددة ذات الصلة بالغلة المشاركة في التفاعلات الحيوية النباتية والبيئية.
Abstract
10 - يشكل الأمن الغذائي لسكان العالم المتزايدين مصدر قلق كبير. والبيانات التي توفرها الأدوات الجينومية تتجاوز بكثير ما توفره من بيانات فينبتيبيك، مما يخلق فجوة معرفية. ولمقابلة التحدي المتمثل في تحسين المحاصيل من أجل إطعام سكان العالم المتزايدين، يجب سد هذه الفجوة.
تعتبر السمات الفسيولوجية سمات وظيفية رئيسية في سياق الاستجابة أو الحساسية للظروف البيئية. 10- وتستند تقنيات الفينوتيب العالية الإنتاجية (HTP) التي أدخلت مؤخراً إلى الاستشعار عن بعد أو التصوير، وهي قادرة على قياس الصفات المورفولوجية بشكل مباشر، ولكنها تقيس المعلمات الفسيولوجية بشكل رئيسي بشكل غير مباشر.
هذه الورقة تصف طريقة للphenotyping الفسيولوجية المباشرة التي لديها العديد من المزايا للذهون الوظيفية للتفاعلات النباتية والبيئة. فهو يساعد المستخدمين على التغلب على العديد من التحديات التي تواجهها في استخدام أنظمة gravimetric خلايا الحمل وتجارب وعاء. وستمكن التقنيات المقترحة المستخدمين من التمييز بين وزن التربة ووزن النبات ومحتوى مياه التربة، مما يوفر طريقة للقياس المستمر والمتزامن للتربة الديناميكية والظروف النباتية والغلاف الجوي، إلى جانب قياس السمات الفسيولوجية الرئيسية. هذه الطريقة تسمح للباحثين بتقليد سيناريوهات الإجهاد الميداني عن كثب مع الأخذ في الاعتبار آثار البيئة على فسيولوجيا النباتات. هذا الأسلوب يقلل أيضا من آثار وعاء، والتي هي واحدة من المشاكل الرئيسية في ظاهري ما قبل الميدان. وهو يتضمن نظام تغذية الظهر الرتض الذي يتيح تصميم تجريبية عشوائية حقا في كثافة النباتات مثل الحقل. ويرصد هذا النظام عتبة الحد من محتوى التربة والماء (θ) ويسمح بترجمة البيانات إلى المعارف من خلال استخدام أداة تحليلية آنية ومورد إحصائي على الإنترنت. هذه الطريقة لقياس سريع ومباشر من الاستجابات الفسيولوجية من النباتات متعددة إلى بيئة ديناميكية لديه إمكانات كبيرة لاستخدامها في الفحص لالصفات المفيدة المرتبطة الاستجابات للإجهاد اللاأحيائي، في سياق تربية ما قبل الحقول وتحسين المحاصيل.
Introduction
ضمان الأمن الغذائي لأعداد سكانية متزايدة في العالم في ظل تدهور الظروف البيئية هو حاليا أحد الأهداف الرئيسية للبحوث الزراعية1،2،3. وقد عزز توافر الأدوات الجزيئية الجديدة إلى حد كبير برامج تحسين المحاصيل. ومع ذلك، في حين توفر الأدوات الجينومية كمية هائلة من البيانات، فإن الفهم المحدود لالصفات الظاهرية الفعلية يخلق فجوة معرفية كبيرة. سد هذه الفجوة هو واحد من أكبر التحديات التي تواجه العلوم النباتية الحديثة4،5،6. لمواجهة التحديات التي تنشأ في عملية تحسين المحاصيل وتقليل الفجوة المعرفية نوعي جيني، يجب علينا أن نوازن نهج genotypic مع واحد فينوسنتي7،8.
في الآونة الأخيرة، جعلت مختلف عالية الإنتاجية الظاهري (HTP) منصات ممكن الظاهري غير تدميرية من مجموعات النباتات الكبيرة مع مرور الوقت وهذه المنصات قد تساعدنا على الحد من الفجوة المعرفة نوعي نوعيالجيلي 6،8،9،10. وتسمح تقنيات فحص HTP بقياس الصفات في أعداد هائلة من النباتات خلال فترة زمنية قصيرة نسبياً، وذلك بفضل الروبوتات والأحزمة الناقلة أو الزنايات المستخدمة لنقل النباتات أو أجهزة الاستشعار (على التوالي)، بدلاً من التقنيات التي يتم تشغيلها يدوياً على أساس تبادل الغاز أو التصوير. ومع ذلك، فإن الكميات الهائلة من البيانات التي تنتجها أنظمة المشاركة في الاتصالات تطرح تحديات إضافية في معالجة البيانات وتحليلاً11،12.
معظم هذه المنصات HTP تنطوي على تقييم سمات فينبتيبيك من خلال أجهزة الاستشعار الإلكترونية أو الحصول على صورة الآلي13,14. يتضمن فينوميات الميدان المتقدمة نشر أجهزة الاستشعار القريبة وتقنيات التصوير في الميدان، فضلا عن مقياس قياسي عالي الدقة والدقة والكبر من السكان. يجب دمج بيانات الاستشعار والصور مع بيانات أخرى متعددة النظم لإنشاء نهج فينومي كلي من الجيل الثاني16. ومع ذلك، فإن التقدم المنهجي في الحصول على البيانات، والتعامل معها ومعالجتها أصبحت ذات أهمية متزايدة، حيث أن تحديات ترجمة المعلومات المتعلقة بأجهزة الاستشعار إلى معارف قد استُهلت بشكل كبير خلال السنوات الأولى من بحوث الفينومات النباتية13. ومع ذلك ، فإن موثوقية ودقة تقنيات التصوير المتاحة حاليا للphenotyping في عمق التفاعلات الديناميكية نوعي البيئة واستجابات الإجهاد النباتي مشكوك فيها17،18. وعلاوة على ذلك، فإن النتائج الناتجة عن البيئات الخاضعة للرقابة كثيرا ما تكون مختلفة جدا عن تلك التي لوحظت في الميدان، ولا سيما عندما يتعلق الأمر بالجفاف والإجهاد الظاهري. ويرجع ذلك إلى الاختلافات في الوضع الذي تعاني منه النباتات من حيث حجم التربة، وبيئة التربة، ومقاومة الميكانيكا بسبب انخفاض رطوبة التربة أثناء الإجهاد الناجم عن الجفاف. ولذلك، فإن النتائج من البيئات الخاضعة للرقابة يصعب استقراء إلى الميدان19. وأخيراً، فإن سعر دخول أنظمة المشاركة القائمة على الصور مرتفع جداً، ليس فقط بسبب سعر أجهزة الاستشعار، ولكن أيضاً بسبب الروبوتات والأحزمة الناقلة والملطّجة، التي تتطلب أيضاً معايير أعلى من البنية التحتية لمرفق النمو والصيانة الكبيرة (العديد من الأجزاء المتحركة التي تعمل في بيئة الدفيئة).
في هذه الورقة، نقدم منصة ظاهرية قياسي بالمشاركة مصممة لحل العديد من المشاكل المذكورة أعلاه. وتتيح تكنولوجيا القياس عن بعد القياس الآلي ونقل البيانات من المصدر (المصادر) عن بُعد إلى محطة استقبال لأغراض التسجيل والتحليل. هنا ، نبرهن على منصة HTP-telemetric غير تدميرية تتضمن مقاييس وزن متعددة (نظام gravimetric) وأجهزة استشعار بيئية. ويمكن استخدام هذا النظام لجمع مجموعة واسعة من البيانات وحسابها الفوري (لا حاجة إلى تحليل الصور) مثل كسب الكتلة الحيوية للنباتات الكاملة، ومعدلات التتحين، والتسحال الدوّانة، وتدفقات الجذور، وكفاءة استخدام المياه. ويمثل التحليل في الوقت الحقيقي للبيانات الضخمة التي يتم تغذيتها مباشرة إلى البرنامج من وحدة التحكم في النظام خطوة هامة في ترجمة البيانات إلى المعرفة14 التي لها قيمة كبيرة في صنع القرار العملي، مما يوسع إلى حد كبير المعرفة التي يمكن الحصول عليها من تجارب التحلل البيئي الخاضعة للرقابة، بشكل عام، ودراسات الاحتباس الحراري للإجهاد على الجفاف، على وجه الخصوص.
ومن المزايا الأخرى لمنصة القياس عن بعد قابلية التوسع وسهولة التركيب ومتطلباتها الدنيا من البنية التحتية لمرفق النمو (أي يمكن تركيبها بسهولة في معظم مرافق النمو). وعلاوة على ذلك، وبما أن هذا النظام القائم على أجهزة الاستشعار لا يحتوي على أجزاء متحركة، فإن تكاليف الصيانة منخفضة نسبيا، بما في ذلك كل من سعر الدخول وتكاليف الصيانة الطويلة الأجل. فعلى سبيل المثال، فإن سعر نظام قياس الجرافيمترات الذي يضم 20 وحدة، بما في ذلك نظام تغذية التغذية المرتدة لكل محطة ومحطة للأرصاد الجوية والبرامجيات، سيكون مماثلا لسعر نظام واحد محمول لتبادل الغازات لعلامة تجارية رائدة.
الأرز(Oryza sativa L.) كان يستخدم كمحصول نموذجي والجفاف هو العلاج فحص. وقد تم اختيار الأرز لأنه محصول الحبوب الرئيسية مع التنوع الوراثي واسعة وأنه هو الغذاء الرئيسي لأكثر من نصف سكان العالم20. الجفاف هو عامل إجهاد بيئي غير أحيائي رئيسي يمكن أن يضعف نمو النبات وتنميتها، مما يؤدي إلى انخفاض غلة المحاصيل21. وقد استُخدم هذا الجمع بين المعالجة المحصولية لبيان قدرات المنصة وكمية ونوعية البيانات التي يمكن أن تنتجها. لمزيد من المعلومات حول الخلفية النظرية لهذه الطريقة، يرجى الاطلاع على 22.
Protocol
في هذا البروتوكول، أشرنا إلى 4 أوعية L محملة على 20 سم × 20 سم، مع كل وعاء يحتوي على مصنع واحد. نفس البروتوكول قابل للتطوير بسهولة ويمكن استخدامه مع الأواني أكبر بكثير (ما يصل إلى 25 لتر محملة على 40 سم × 40 سم المقاييس، مع التكيف الخطية فقط لتدابير البروتوكول) والعديد من النباتات في وعاء. لذلك البروتوكول يستطيع كنت بسهولة كيّفت لمحطات من كثير أنواع وأحجام. الرجاء الرجوع إلى الشكل 1 و 2 لمكونات النظام.
1. إعداد الأواني للتجربة
- إدراج مرشح التربة. انتشار شبكة النايلون (صافي) على رأس وعاء كله ووضع صافي حامل على رأس الشبكة. بيد، ببطء دفع حامل صافي في منتصف الطريق إلى أسفل داخل وعاء كله. تأكد من أن صافي لا يزال ينتشر بشكل موحد كما هو دفعها إلى أسفل بين الأواني اثنين.
- إدراج عصا الألياف الزجاجية (القطب) بين الأواني اثنين ودفعها وصولا الى أسفل وعاء كله، والتأكد من أنه على الجانب الخارجي من الشبكة وكذلك لا يدفع الشبكة.
- قبل دفع حامل الصافية على طول الطريق إلى أسفل، دفع صافي أسفل باليد من داخل وعاء وضبطه بحيث ينتشر بشكل موحد وبإحكام على الجزء السفلي من وعاء مرة واحدة وقد تم إدراج حامل صافي بالكامل(الشكل 2CI).
- الشريحة حلقة طوقا من الجزء السفلي من وعاء انشاء المذكورة أعلاه، ثلث الطريق حتى جانب وعاء. تأكد من أن الشقوق من حلقة فتح نحو الجزء السفلي من وعاء (الشكل 2CII).
- كرر الخطوات 1.1-1.4 لجميع الأواني التجريبية قبل المتابعة إلى الخطوة التالية. عشوائية موقع النباتات (الشكل 2D؛ إما في تصميم كتلة عشوائية أو تصميم عشوائي تماما) باستخدام تطبيق مصفوفة Randomizer.
ملاحظة: لتحميل البرنامج المجاني ولمزيد من المعلومات، يرجى الاطلاع على الرابط: https://drive.google.com/open?id=1y4QbTpxRK5Lx430xzu1RFdrlcL8pz_1q). - تسمية الأواني وفقا لمواقعها في مجموعة داخل الدفيئة. على سبيل المثال، بطاقة "B10D" تتوافق مع وعاء موجود في الجدول B في العمود 10 والصف D. إعداد ثلاثة أواني إضافية لكل جدول لقياسات محتوى التربة والمياه (يرجى الاطلاع على القسم 7.1).
2. تنمو النباتات
- اختيار المتزايد (بوتينغ) المتوسطة التي تناسب التجربة. اختيار الوسيلة المناسبة للتجربة أمر بالغ الأهمية، ويعتمد الاختيار الصحيح على عدة عوامل (انظر المناقشة). بالنسبة للمستخدمين لأول مرة، نوصي بشدة باستخدام وسيلة صغيرة الحجم، والسيراميك، والسامية. الرجاء الرجوع إلى الجدول 1 والجدول 2 للحصول على مزيد من المعلومات للمساعدة في اختيار الوسيلة المناسبة للتجربة.
- انبات البذور في التجويف الصواني مع بوتينغ المتوسطة المطلوبة. إذا كان ذلك ممكنا، القيام بذلك داخل نفس الدفيئة لاستخدامها في الجزء الرئيسي من التجربة، من أجل التأقلم النباتات إلى الظروف البيئية داخل هذا الدفيئة.
- إذا لم تكن الشتلات تنبت في الصواني ، وزرعها في صواني تجويف تحتوي على وسيط بوتينغ. زرع شتلة واحدة في كل تجويف والسماح لها تنمو حتى جذورها كثيفة بما يكفي لاتخاذ شكل تجويف (سد التربة الجذر).
- ترك تجاويف 5-7 دون الشتلات لقياسات وزن التربة (فقط بوتينغ المتوسطة; الشكل 3). لمزيد من المعلومات، يرجى الاطلاع على القسم 5.9.
3. تحسين مستوى الإشارة إلى الضوضاء
ملاحظة: تحسن الخطوات التالية جودة القياسات وتخفض مستويات الضوضاء.
- معايرة الميزان.
- استخدام مستوى الروح للتحقق من أن جميع lysimeters هي مستوى ومن ثم بدء عملية معايرة الوزن. استخدم وزنين قياسيين (1-10 كجم). تنفيذ المعايرة في حين أن الحاوية الخضراء، بما في ذلك جميع المقابس، على خلية التحميل.
- ضع وزن المعايرة الأول (الأفتح) على كل خلية تحميل.
- في برنامج التشغيل، انتقل إلى علامة التبويب المعايرة واختر الوزن للنقطة الأولى. ثم، حدد موضع خلية التحميل حيث تم وضع الوزن وانقر فوق الحصول على النقطة1 (الشكل التكميلي 1A). يمكن تطبيق هذه الخطوة على عدة خلايا تحميل في وقت واحد.
- كرر للوزن الثاني وانقر على الحصول على النقطة2.
- انقر فوق تطبيق المعايرة.
- ضمان كمية كافية من النباتات ذات الحجم المناسب للتجربة
ملاحظة: أصغر النبات، وأضعف الإشارة سيكون (على سبيل المثال، الوزن من الماء في يوم واحد مقابل وزن وعاء). والخطوات التالية تساعد على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.- بدء التجربة عندما مصنع ينبت حوالي 10٪ من قدرة المياه وعاء الأقصى.
ملاحظة: على سبيل المثال، إذا كان العمل مع المتوسطة الرملية التي تحتوي على ما يقارب 1 لتر من الماء في وعاء القدرات (انظر الجدول 2)، بدء التجربة عندما النباتات تتسرب حوالي 100 مل يوميا. إذا كان العمل مع وسيطة على أساس الخث الذي يحمل حوالي 2 لتر من المياه في وعاء القدرة (انظر الجدول 2)، تبدأ القياسات عندما تظهر النباتات حوالي 200 مل يوميا. - تقدير النتح النباتية اليومية الأولية قبل تحميله على النظام عن طريق قياس (يدويا) الصباح مقابل مساء الاختلافات الوزن في بضع شتلات.
- عند العمل مع النباتات الصغيرة، وضعت عدة نباتات في كل وعاء (على سبيل المثال، ستة النباتات arabidopsis في واحد 3.9 لتر وعاء23، للوصول إلى الحد الأدنى الموصى به من مستوى من النتح)*.
- بدء التجربة عندما مصنع ينبت حوالي 10٪ من قدرة المياه وعاء الأقصى.
4. إعداد التجربة
ملاحظة: تم تصميم عملية إعداد التجربة لتأخذ في الاعتبار وزن جميع أجزاء النظام، وهي وزن وسيط بوتينغ (بما في ذلك وزن التربة والمياه في سعة وعاء) والوزن الأولي للشتلات. اتبع الخطوات التالية:
- إذا كان ذلك ممكناً، العمل مع المكونات الثابتة مماثلة لها أوزان مشابهة. وتشمل مكونات الوزن الساكنة مجموعات وعاء، مسابير التربة وغيرها من أجزاء بلاستيكية.
- لبدء تجربة جديدة، افتح برنامج التشغيل. افتح علامة التبويب "تجارب" في القائمة على الجانب الأيسر من الشاشة. انقر فوق إنشاء جديد أو تكرار خصائص التجربة من تجربة سابقة بالنقر بزر الماوس الأيمن على التجربة المطلوبة واختيار تكرار. إعادة تسمية التجربة (الشكل التكميلي 1B).
- تأكد من عدم استخدام أية وحدة في تجربة مختلفة قيد التشغيل حالياً في النظام. تحقق من أن جميع النباتات في الجدول النباتات تطابق التصميم التجريبي. إذا لم يكن الأمر كذلك، قم بتغيير الجدول وفقا للتصميم (يرجى الاطلاع على الأقسام 5.18 و 6 والشكل التكميلي 1C).
- ابدأ التجربة بالنقر على اسم التجربة ثم انقر فوق ابدأ.
- اتخاذ القياسات اليدوية من الأواني الفارغة المعدة مسبقا (وعاء مزدوج، صافي، عصا وطوقة عصابة سوداء). إذا كان استخدام أجزاء مماثلة بعضها البعض، فإن متوسط الوزن من 10 منهم تكون كافية.
- خلط بوتينغ المتوسطة جيدا مع بعض الماء، لمدة 1 ساعة على الأقل، بحيث ينهار إلى جزيئات متجانسة ومشبعة، لضمان التوحيد والتجانس. بالنسبة للمستخدمين لأول مرة، نوصي بشدة باستخدام وسيلة سهلة الاختراق، خزفية، صغيرة الحجم (انظر الجدول 1 والجدول 2). كخيار ثان، استخدم الرمال الخشنة.
- استخدام خلاط ميكانيكي (على سبيل المثال، خلاط الخرسانة).
- عندما يتم استخدام وسط متجانس للغاية (أي الرمال الصناعية) ، تخطي الخطوة 4.6.1.
- ملء جميع الأواني بشكل موحد للتجربة مع بوتينغ المتوسطة المناسبة (على سبيل المثال، الرمل والتربة أو الخث).
- إدراج المدلى بها من قالب تجويف (الشكل 3B) التي هي مماثلة في الشكل والحجم لسد التربة الجذرية من الشتلات (من صينية تجويف) في منتصف وسط بوتينغ المتوسطة. ادفعه بالكامل اضغط على الجزء السفلي من وعاء ضد الكلمة عدة مرات للتأكد من أن يتم توزيعها بشكل جيد في وعاء واسطة بوتينغ. كرر لجميع الأواني.
- المياه الأواني جيدا وشطف قبالة خارج الأواني. السماح الأواني لاستنزاف لمدة 30 دقيقة قبل الاستمرار في الخطوة التالية. تأكد من أن الأواني تستنزف بحرية. إذا كان بوتينغ المتوسطة المصارف ببطء شديد (على سبيل المثال، الخث الكثيفة)، premix مع الركيزة ملهواء (على سبيل المثال، perlite؛ يرجى الاطلاع أيضا الجدول 1 والجدول 2) لضمان سرعة الصرف الصحي.
- بعد توقف الصرف تماما، ضع كل الأواني المملوءة على وسط صفيف الليسيمتر (في الحاويات الخضراء الموجودة بالفعل) وفقا للتصميم التجريبي (الشكل 2A).
- تأكد من تركيب الحاويات الخضراء بشكل صحيح في غطاء خلية التحميل وعدم لمس بعضها البعض.
- في برنامج التشغيل، افتح علامة التبويب التجربة وحدد علامة التبويب قياس المكونات. انقر فوق كائن القياس. اسم القياس "1st القياس"(الشكل التكميلي 1D).
- وضع الزّرّة الريّيّة، المسابير وأغطية الوعاء على كلّ وعاء. تأكد من أن خطوط لمنافذ متعددة drippers والكابلات التحقيق معتمدة من قبل كل من المدرجات (تعلق على وحدات لكل مقياس lysimeter؛ الشكل 1E) قبل وضعها في الأواني. تأكد من أن جميع النابر، تحقيقات وأغطية يتم وضعها بشكل آمن.
- انتظر حتى 3 دقائق حتى يتم أخذ قياس جديد (يتم جمع البيانات تلقائيًا كل 3 دقائق) ثم افتح علامة التبويب Experiment . حدد علامة التبويب التجربة وانقر على التجربة. ميتا الوسم هذا القياس إلى "1st القياس" التي اتخذت وتسمية "المكونات الثابتة"(الشكل التكميلي 1E). يتم استخدام العلامات الوصفية عند الرغبة في تسجيل قيمة وزن يتم تحديدها بطرح قيمة مقاسة من قيمة أخرى.
- بعد إجراء أي تعديلات ضرورية على النظام، انتظر نقطة بيانات جديدة ليتم تسجيلها (كل 3 دقائق) قبل أخذ القياس التالي.
- تحقق من عمود المكونات الثابتة للتأكد من أن القيم المسجلة في جدول النباتات لا تتضمن القيم المتطرفة. إذا كان أي من الأوزان المسجلة منخفضة جدا أو عالية جدا، والتحقق من أي تدخل في خلية الحمل (على سبيل المثال، تأكد من أن لا شيء لمسها) ومن ثم أخذ قياس جديد (بعد أن كان النظام لا يزال لمدة 3 دقائق).
- انقر فوق علامة التبويب النباتات. تصدير الجدول النباتات كجداول بيانات، إضافة متوسط وزن وعاء (من الخطوة 4.5) لقياس المكونات الثابتة - "وزن Tare". حفظ الملف وتحميله (علامة التبويب الاستيراد).
- تأكد من أن يتم إدراج جميع التنقيط بشكل آمن في وسط بوتينغ وإلى الأنابيب القادمة من وحدة التحكم. مرة أخرى في برنامج التشغيل، في علامة التبويب التجربة، حدد سيناريوهات المعالجات. انقر على إنشاء جديد لإنشاء "خطة" جديدة.
- في الخطة، اختر الخطوة الأولى (إنشاء خطوة جديدة إذا لزم الأمر) وافتحها. اختر "اختبار" للعلاج و "أبدا" لإنهاء. في خيار الخطوة، اختر أي علاج مدرج في علامة التبويب علاجات الري فوق التجارب (الشكل التكميلي 1F؛ يرجى الاطلاع أيضًا على الخطوة 4.21). اضغط على علامة التبويب تطبيق.
- استخراج الجدول Plants كجداول بيانات، وإضافة "خطة" إلى العمود "المعالجة" وإضافة "1" إلى العمود الخطوة. حفظ الملف وتحميله.
- تحت علامة التبويب "علاجات الري"، اختر معالجة "الاختبار" وحددها لوقت الري من 4 إلى 5 دقائق [مع مقدار الوقت المحدد اعتمادا على محتوى المياه الحجمي (VWC) من التربة المستخدمة] لتمكين الصرف. تعيين الوقت 2 دقيقة إلى الأمام والذهاب إلى الأواني في الدفيئة. يمكن أيضاً إنشاء علاجات أخرى. (راجع الشرح التفصيلي في الخطوة 7.4.)
- تحقق بصريا أن جميع النازفين يعملون وأن المياه يقطر من سد استنزاف مثقبة من الحاوية الخضراء.
- في التجربة، تغيير معالجة الري على خطة "X"، الخطوة 1 (يرجى الاطلاع على الخطوة 4.19-4.20) إلى معالجة الري المطلوبة. تأكد من أن كل ليلة من الري (مع الرتق؛ انظر الجدول 3 لمكونات الرتق المستخدمة) ينقسم إلى عدة نبضات قصيرة (أحداث) مع فترات توقف كبيرة بينهما (على الأقل ثلاثة أحداث كل ليلة)، لضمان أن تصل التربة إلى قدرتها الميدانية قبل الفجر.
- دع برنامج الري يعمل لمدة يوم أو يومين للسماح للتربة بالوصول إلى طاقتها الحقلية والاستمرار في المرحلة التالية.
5. بدء التجربة
ملاحظة: سيتم استخدام البيانات التي تم جمعها في هذه المرحلة كقيم مرجعية لبقية التجربة. ولذلك، من المهم اتباع الخطوات التالية بعناية.
- كرر الخطوات من 4.18 إلى 4.20. بدلا من ذلك، بدء العملية في الصباح الباكر، وليس بعد فترة طويلة من آخر خطوة الري.
- تحقق بصريا أن جميع الأواني المروية وأن السائل الري الزائد يقطر من سد استنزاف مثقبة من الحمام الأخضر.
- إزالة الأخضر، والمكونات غير مثقبة (من أدنى فتحة) من الحاوية الخضراء والسماح لتصريف المياه تماما. ثم، وضع المكونات مرة أخرى في مكانها(الشكل 1D). إذا كان العمل على "الصرف 0" (أي، مع فتح أسفل حفرة / قابس الصرف جوفاء متصلة على أدنى حفرة)، تخطي هذه الخطوة.
- في برنامج التشغيل، افتح علامة التبويب الخاصة بالتجربة ثم انتقل إلى قياس المكونات. انقر على قياس الكائن وسمي القياس باسم "Cast-pre". إزالة بلطف كل من يلقي من الأواني ثم انتظر 3 دقائق لقياس جديد ليتم تسجيلها (الشكل التكميلي 1D).
- انقر على قياس الكائن، سمّه "Cast-post" وعلامة التعريف القياس إلى "Cast-pre". الخيار سوف تلقائيا حساب الفرق بين القيمتين قياس وإعطاء الوزن المدلى بها للتحقق من حساسية الوزن.
- تحقق من قيم الوزن في جدول Plants. وينبغي ألا يزيد الفرق بين قياسات "cast-post" عن 20 أو 30 غراماً.
- لقياس وزن التربة الرطبة، في برنامج التشغيل، انتقل إلى علامة التبويب قياس المكونات في التجربة وحدد خيار قياس وزن التربة الرطب. أخذ القياس عن طريق النقر OK عند سؤال. تحقق من قياسات الوزن الرطب التربة في الجدول النباتات من تجربة yotheur. وسوف تظهر في الوزن "التربة الرطب الوزن" العمود(الشكل التكميلي 1D, G).
- إذا كانت بعض القياسات تبدو متقلبة بشكل غير ملائم، يرجى القيام بما يلي:
- تأكد من أن كل وعاء يتم وضعه بشكل صحيح ولا يلمس أي وعاء (ق) المجاورة.
- قطع وحدة التحكم الأولى على الطاولة من الكهرباء (يتم توصيل بقية وحدات التحكم بشكل متسلسل إلى بعضها البعض وبالتالي سيتم إيقاف كذلك) لمدة 2 دقيقة ثم إعادة الاتصال به.
- قياس يدويا متوسط الوزن من عدد قليل (5-10) تجاويف مع بوتينغ المتوسطة (من الخطوة 2.3) دون الشتلات (سد التربة). [تأكد من أن المقابس التربة مروية بشكل جيد (أي إلى قدرة الحقل بعد الصرف) قبل القياسات اليدوية.] في علامة التبويب "مكونات القياس"، اضغط على تعيين شتلة الوزن السائب للتربة وملء متوسط الوزن(الشكل التكميلي 1D).
- انقر فوق قياس الوزن الأولي للنبات. هذا القياس الأول هو نقطة مرجعية قبل الزراعة(الشكل التكميلي 1D).
- تأكد من أن الشتلات في الصواني تجويف المروية بشكل جيد (أي، إلى قدرة الحقل بعد الصرف الصحي). سحب بلطف الشتلات مع سد التربة الجذرية من التجاويف، والتأكد من عدم اصابتها، ووضعها بعناية في تجاويف التي أدلى بها يلقي في الأواني، وفقا لتصميم التجربة. من الأفضل نقل النباتات عند الفجر أو الغسق ، من أجل تقليل الإجهاد إلى النباتات (أي تقليل الذبول).
- انتظر لمدة 3 دقائق. انقر فوق قياس الوزن الأولي للنبات مرة أخرى. هذا القياس الثاني هو الوزن الأولي للنبات. ميتا الوسم القياس إلى أول واحد (نقطة مرجعية). سيقوم البرنامج بحساب الفرق بين القياسين وطرح الوزن السائب للتربة الشتلة. والنتيجة هي وزن النبات الأولي.
- تحقق من القيم المقاسة في جدول النباتات للتجربة للتأكد من أنها تقع ضمن نطاق معقولومنطقي (الشكل التكميلي 1C).
- تشبع التربة بتكرار الخطوات من 4.18 إلى 4.20.
- تأكد من أن كل الأواني تستنزف بشكل صحيح. إذا لم يكن كذلك، كرر عملية التشبع. انتظر 30 دقيقة حتى يتوقف الصرف. (انظر أيضا الجدول 1 بشأن الاختيار الصحيح من بوتينغ المتوسطة.)
- ضمن علامة التبويب قياس المكونات، انقر فوق قياس وزن المياه المحجوزة (الشكل التكميلي 1D).
- استخراج الجدول النباتات كجداول بيانات، طرح الوزن الأولي النباتية قياس وذرة الوزن السائبة التربة من المياه المحجوزة قياس الوزن ("الاحتياطي مخزون المياه" العمود). تحميل الملف (الشكل التكميلي 1C).
- التأكد من أن الفترة الزمنية التي سيتم خلالها تسجيل النتح اليومي مناسبة لأهداف التجربة. املأ القيم في علامة التبويب العامة الخاصة بالتجربة بالشكل المناسب للمشروع (الشكل التكميلي 1H).
- تعبئة في ساعة الصفر: الوقت الذي سوف البرنامج التحقق ما إذا كان يحتاج إلى الانتقال إلى الخطوة التالية في السيناريو العلاج.
- املأ قيم النتح اليومي: يتم حساب النتح اليومي على أنه الفرق بين نافذتي وزن خلال اليوم، لجميع الأيام. وقت بدء التبّح اليومي هو الوقت الذي سيبدأ فيه البرنامج بقياس متوسط الوزن.
- مراقبة النباتات لمدة 1-2 أيام قبل بدء تجربة جديدة (تكرار وإعادة تسمية التجربة).
6. تغيير الجدول النباتات
- استخراج الجدول النباتات كجداول بيانات وتغيير الجدول وفقا للاحتياجات. لا تقم بتغيير المصانع أو الأسماء أو المواقف. حفظ الملف وتحميله.
- وضع العلامات (تجميع) الأعمدة: لتقديم أو تحليل (يرجى الاطلاع على الخطوة 8) تجميع النباتات على أساس تسميات مشتركة (على سبيل المثال، العلاج، الخط)، إضافة عمود جديد وتسمية بدءاً من # (على سبيل المثال، #Treatment). في هذا العمود، قم بعمل علامة لكل مصنع (على سبيل المثال، لتسمية "#Treatment"، وضع علامة على النباتات على أنها جفاف، والسيطرة، وما إلى ذلك؛ الشكل التكميلي 2).
ملاحظة: البروتوكول المعروض أعلاه هو البروتوكول الأكثر تقدماً وشاملاً لهذا النظام. ومع ذلك، قد يرغب المستخدمون لأول مرة في البدء بالبروتوكول المبسط (انظر MS التكميلية). ينتج عن البروتوكول المبسط معلومات حول عدد أقل من السمات وقد يؤدي إلى مستويات ضوضاء أعلى. ولكن، في الوقت نفسه، فإنه يوفر وسيلة لتصبح أكثر سهولة التعرف على ومعرفة الإجراءات التجريبية الأكثر أهمية، والأجهزة والبرمجيات.
7. تشغيل التجربة
- حساب محتوى المياه gravimetrical التربة / محتوى المياه التربة (SWC القيمة).
ملاحظة: يختلف محتوى المياه في التربة gravimetric عن محتوى المياه في التربة الحجمي (VWC).- قيمة SWC هي النسبة بين الوزن الجاف للتربة والوزن الرطب للتربة. لحساب SWC، استخدم الأواني الثلاثة الإضافية المملوءة بالتربة (الخطوة 1.3) بدون نباتات تم إعدادها سابقًا ووضعها على طاولة جانبية داخل الدفيئة لبضعة أيام وتم ريها بانتظام. وزن التربة الرطبة في علبة الألومنيوم في الصباح الباكر، في أقرب وقت ممكن بعد آخر حدث الري.
- جففي صينية الألمنيوم مع التربة في الفرن (عند 105 درجة مئوية) لمدة 4-5 أيام. تحقق من أن التربة جافة تماما عن طريق اتخاذ اثنين من قياسات الوزن المتتالية على الأقل 60 دقيقة عن بعضها البعض. إذا كانت الأوزان متطابقة، والتربة جافة في الواقع ويمكن تسجيل القياس الأخير على أنه وزن التربة الجافة.
- في برنامج التشغيل، انتقل إلى قياس المكونات وانقر على حساب التربة الجافة الوزن التبويب. املأ التربة الأوزان الرطبة والجافة لكل عينة، انقر فوق تطبيق والانتهاء (الشكل التكميلي 3).
- بدلاً من ذلك، حساب SWC يدوياً باستخدام المعادلة الموضحة أدناه.
- متوسط قياسات SWC اثنين من أخذ يدوي من ثلاثة الأواني على الأقل. حدد علامة التبويب قياس المكونات وانقر على حساب التربة الجافة الوزن θg [ز / ز] قيمة, انقر فوق تطبيق والانتهاء. سيتم حساب الأوزان الجافة للتربة لجميع الأواني التجربة تلقائيا من قبل البرنامج (على افتراض أن جميع الأواني في التجربة تحتوي على نفس المتوسطة; الشكل التكميلي 1D والشكل التكميلي 3).
- تطبيق علاجات الري. يمكن تطبيق سيناريوهات الري من خلال وضع خطة معالجة خطوة بخطوة.
- لإنشاء خطة جديدة لمعالجة الري، انتقل إلى معالجة الري، انقر على إنشاء جديد، وسمي العلاج الجديد. افتح العلاج المحدد في قائمة علاجات الري وانقر على الافتراضي "00:00".
ملاحظة: في النافذة الرئيسية(الشكل التكميلي 4A)، يشير "الوقت" إلى الوقت الذي سيتم فيه فتح الصمام (أي بداية معالجة الري). "صمام" هو صمام ليتم فتحه (A أو B، اعتمادا على الصمام الذي هو متصل إلى الحل المطلوب). يشير "نوع الأوامر" إلى نوع البيانات التي سيتم استخدامها لتحديد وقت إغلاق الصمام:- حسب الوقت – كم ثانية صمام سوف تكون مفتوحة.
- حسب الوزن – زيادة الوزن / الماء (بالجرام) التي تضاف إلى وعاء عن طريق الري.
- بواسطة النتح – يمكن تطبيق الري بشكل تفاضلي على كل وعاء على أساس ينتح كل مصنع على حدة خلال اليوم السابق. يمكن للمستخدم أن يقرر ما هي النسبة المئوية من النتح في اليوم السابق سيتم تطبيقها أثناء الري. (في ظل حالة المروية جيدا، يقترح إعطاء المصنع أكثر من 100٪، من أجل غسل التربة وتعويض نمو النبات.) وينبغي أن تُعطى النباتات المعالجة للجفاف كميات أقل من المياه، مع أحجام دقيقة تستند إلى معدل الإجهاد المطلوب للجفاف.
- بواسطة أجهزة الاستشعار – الري يمكن تطبيقها وفقا لقراءة أجهزة الاستشعار، مثل السماح عازلة واضحة (والتي يمكن استخدامها لتحديد VWC). حدد نوع المستشعر والمعلمة المطلوبة وقيمة المعلمة المطلوبة.
- جميع الاحتمالات تشمل خيار مهلة التي ستغلق الصنبور حتى لو لم يتم التوصل إلى الشروط المحددة. تعيين مهلة لفترة أطول من الشروط المحددة.
- بعد تحديد علاجات الري للتجربة، افتح التجربة المطلوبة في قائمة التجارب، افتح سيناريو المعالجة،افتح الخطة الافتراضية وحدد الخطوة الأولى(الشكل التكميلي 4B).
- في العلاج، اختر معالجة الري من القائمة. ثم، في الإنهاء، اختر الشرط المناسب لإيقاف الخطوة الحالية والانتقال إلى الخطوة التالية.
- بعد اختيار سيناريو الري، فتح الجدول النباتات التجربة (الشكل التكميلي 2) وإدخال "العلاج" و "الخطوة" لكل مصنع. "العلاج" هو اسم سيناريو العلاج و "الخطوة" هو رقم الحدث داخل سيناريو العلاج.
- لإنشاء خطة جديدة لمعالجة الري، انتقل إلى معالجة الري، انقر على إنشاء جديد، وسمي العلاج الجديد. افتح العلاج المحدد في قائمة علاجات الري وانقر على الافتراضي "00:00".
- خطط لمعالجة الجفاف.
- كل مصنع فردي لديه معدل تملّي فريد بناء على حجمه وموقعه في الدفيئة. لتمكين معالجة الجفاف القياسية (أي، معدل تجفيف مماثل لجميع الأواني أثناء المعالجة)، تخطيط سيناريو الجفاف والتحكم فيه من خلال أداة الري الراجعة للنظام(الشكل التكميلي 5).
8. تحليل البيانات باستخدام برنامج تحليل البيانات
- افتح برنامج تحليل البيانات (مثل تحليلات SPAC). انقر على الزاوية اليمنى العليا لتحديد نظام التحكم واسم التجربة(الشكل التكميلي 6A). في العمود من الجانب الأيسر من الشاشة، حدد التجارب (الشكل التكميلي 6B) واكتب اسم التجربة في شريط الاسم ضمن قسم البحث. سيظهر اسم التجربة أسفل قسم البحث، في قسم التجارب(الشكل التكميلي 6C). انقر على التجربة لفتح قسم المعلومات والنباتات (الشكل التكميلي 6D).
- في قسم المعلومات، قم بتحرير تاريخ بدء WUE وWUE النهائي لفترة لا تقل عن 3 أيام (ويفضل أكثر) قبل بدء معالجة الجفاف ثم انقر فوق تحديث. وWUE وقيمة R2 لكل وعاء سوف تظهر في قسم النباتات. اختر استبعاد أي مقياس بقيمة WUE سالبة أو قيمة R2 أقل من 0.5 بالنقر على رمز "العين" تحت العمود النشط، والذي يتحول بعد ذلك إلى اللون الأحمر. وهذا سيستبعد الجدول (المصنع) المحدد من جميع العمليات الحسابية الأخرى. يمكن تصدير البيانات عن طريق النقر على زر بيانات التصدير في قسم النباتات(الشكل التكميلي 6D).
- في العمود الموجود على الجانب الأيسر من scree، انقر على التحليل. ثم تظهر أقسام فرعية مختلفة: عارض الرسم البياني، الرسم البياني، T-test، ANOVA و Piecewise منحنى خطي.
- انقر على عارض الرسم البياني. في قسم عوامل التصفية، قم بتعيين التواريخ الخاصة بالتجربة.
- انقر على تسميات (يرجى الاطلاع على الخطوة 6) لتحديد مجموعة المجموعات التجريبية (النمط الجيني) والعلاج (ق). تلقائيا، جميع الأواني في المجموعة المحددة سوف تظهر في القسم الفرعي النبات. في هذا القسم الفرعي، قم بإلغاء تحديد أي أواني (نباتات) بالنقر عليها. يمكن تحديد ما يصل إلى معلمتين مختلفتين للاختيار في وقت واحد على أنه "معلمة Y1" و "معلمة Y2". أخيرا، انقر على إظهار الرسم البياني ( الشكل التكميلي5).
- سيظهر رسم بياني خطي لقيم المعلمة المحددة في إطار Graph Viewer لكل مصنع. إزالة البيانات من النباتات الفردية أو إضافة إلى الرسم البياني عن طريق النقر على رموز وسيلة الإيضاح الخاصة بهم على يمين الرسم البياني. في الزاوية اليمنى العليا، هناك أيضا خيارات لتصدير البيانات كجداول بيانات ولتكبير نافذة Graph Viewer لملء الشاشة الكاملة (هذه الوظيفة الخام تحميل البيانات ذات الصلة لجميع النوافذ الأخرى). ستظهر خيارات أخرى لتعديل الرسم البياني إذا تم نقل المؤشر إلى الزاوية اليمنى العليا من الشاشة(الشكل التكميلي 5).
- تعرض وحدة الرسم البياني توزيع سمة واحدة في مجموعات السكان وفيما بينها لفترة زمنية معينة. لاستخدام هذه الوحدة، انقر فوق الرسم البياني.
- في المقطع عوامل التصفية، قم بتعيين التاريخ والوقت، المعلمة، التسميات والنباتات كما هو موضح في الخطوة 8.4.1. حدد تسميات متعددة (مجموعات) بالنقر على الرمز + . أخيرا، انقر على إظهار الرسم البياني ( الشكل التكميلي7).
- سيظهر الرسم البياني في قسم المدرج التكراري، حيث يوجد خيار لتغيير "Bins" و "Date" في أعلى الشاشة. في الركن الأيمن العلوي، هناك خيارات مختلفة كما هو موضح في الخطوة 8.4.2. في المقطع مخطط الموقع، يمكن رؤية الموقع الفعلي للنباتات على الجدول التجريبي وقيم سمات كل منها(الشكل التكميلي 7).
- انقر على تي اختبار. لمقارنة الوسائل إحصائياً لأي سمة قياس من مجموعتين، أدخل التواريخ، التسميات، النباتات والمعلمات في قسم "T-اختبار معلمات"، كما هو موضح في الخطوة 8.4.1.
- تعيين نطاق الساعات لحساب متوسط قيم نقاط البيانات خلال الفترة الزمنية للفائدة (الافتراضي هو عرض تقديمي مستمر 24 ساعة). أخيرا، انقر على إظهار الرسم البياني ( الشكل التكميلي8).
- سوف تظهر نافذتين على الجانب الأيمن من الشاشة. أعلى واحد هو قسم عارض الرسم البياني لجميع النباتات المحددة من كل من المجموعتين. أسفل هذا الإطار هو المقطع اختبار T، والتي سوف تظهر مقارنة المجموعتين كما t-اختبار المعلمة الفسيولوجية المحددة. يمكن ضبط مستويات الأهمية عن طريق تغيير قيمة α في الزاوية اليسرى العليا من المقطع T-test. ستظهر نقطة حمراء تحت قيم مختلفة بشكل كبير. في أعلى الزاوية اليمنى، عرض خيارات مختلفة، كما هو موضح في الخطوة 8.4.2 (الشكل التكميلي 8).
- انقر على ANOVA. لمقارنة الوسائل إحصائياً لأي سمة قياس عبر أكثر من مجموعتين، أدخل التواريخ والتسميات والنباتات والمعلمات في قسم "الفلاتر"، كما هو موضح في الخطوة 8.5.1.
- حدد تسميات متعددة (مجموعات) بالنقر على الرمز + (كما في الخطوة 8.5). تعيين نطاق الساعات. وأخيرا، انقر على "إظهار الرسم البياني"(الشكل التكميلي 9).
- في قسم ANOVA، استخدم اختبار ANOVA (HSD لـ Tukey) لمقارنة المعلمات الفسيولوجية للمجموعات المختلفة. تمثل الأشرطة الأخطاء القياسية (±SE). في الركن الأيمن العلوي من الشاشة، هناك خيارات مختلفة كما هو موضح في الخطوة 8.4.2. انقر على الرسم البياني الخطي لعرض مقارنة شريط الرسم البياني ليوم معين. الحروف المختلفة تشير إلى المجموعات التي تختلف اختلافا كبيرا عن بعضها البعض(الشكل التكميلي 9A).
- عرض العلاقة بين حركية النتح النباتي بأكمله أو التناول الفموي و VWC هو طريقة أكثر دقة لمقارنة الاستجابات الفسيولوجية للنباتات المختلفة للجفاف ، بالمقارنة مع نهج قائم على الوقت. تقديم هذه العلاقة باستخدام "قطعة الحكمة منحنى خطي" وظيفة.
- انقر فوق منحنى خطي جزئي. أدخل التواريخ والتسميات والنباتات والمعلمات (كلاً من المحورين ص والمحور ص) ثم قم بتعيين نطاق الساعات في قسم "الفلاتر"، كما هو موضح أعلاه.
ملاحظة: يجب أن يكون تاريخ "من" أقرب وقت ممكن إلى تاريخ بدء العلاج. - تعيين المعلمة المحور س لتكون VWC ومعلمة المحور ص كمعلمة الفيزيولوجية للاختيار (على سبيل المثال، معدل النتح، واتلاط الفم، الخ). أخيرا، انقر على إظهار الرسم البياني. في قسم "تصفية"، انقر على تحديد جميع التوصيات ثم انقر على إظهار الرسم البياني ( الشكلالتكميلي 10).
ملاحظة: يمكن الحصول بسهولة على المعلمات الفسيولوجية الأخرى (مثل، النتح المطّرق، ومعدل النتح، والوزن الأولي للنبات، والتدفق الزائد، وتدفق الجذور، وما إلى ذلك) والمعلمات البيئية (مثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية، وما إلى ذلك) عن طريق برنامج SPAC (مثل الشكل التكميلي 9C). لمزيد من المعلومات حول الخلفية النظرية لحساباتهم، يرجى الاطلاع على Halperin et al. (2017).
- انقر فوق منحنى خطي جزئي. أدخل التواريخ والتسميات والنباتات والمعلمات (كلاً من المحورين ص والمحور ص) ثم قم بتعيين نطاق الساعات في قسم "الفلاتر"، كما هو موضح أعلاه.
Representative Results
وكانت مدة التجربة 29 يوما. وقد اجريت التجربة فى اغسطس عندما يكون الطقس المحلى دافئا ومستقرا والايام طويلة . تم استخدام سيناريوهين مختلفين للري لإثبات قدرة منصة الفينوتيب على مقارنة السلوك الفسيولوجي لثلاثة أنواع مختلفة من الأرز (أي إنديكا وكارلا وريسوتو) في وجود الإجهاد الجفاف. كان هناك علاجان لجفاف الإجهاد: (1) الري الأمثل [حتى وصل كل وعاء إلى طاقته في الليل بعد الري (السيطرة)] و (2) جفاف بدأ بعد 5 أيام من بدء التجربة، واستمر لمدة 14 يوما، وأعقبته فترة نقاهة مدتها 10 أيام (الري الأمثل، أيام 19-29). من أجل البساطة ، لا تظهر جميع الأصناف والمجموعات في الأرقام المعروضة هنا. وأظهرت النتائج أن نظام القياس عبر القياسات عبر الاتصالات يمكن أن يقيس بكفاءة التغيرات في الأحوال الجوية والتربة وعلم وظائف الأعضاء في النباتات.
الظروف البيئية
وقد تم رصد الظروف البيئية [الإشعاع النشط ضوئياً (PAR) والعجز في ضغط البخار (VPD)] طوال التجربة من خلال مسبار جوي. وتشير البيانات التي تم جمعها إلى أن PAR و VPD ظلت متشابهة على مدى الأيام المختلفة وعلى مدار اليوم (الشكل 4).
تم قياس VWC للأوعية المعالجة بالجفاف بواسطة مسابير التربة طوال الفترة التجريبية. بيانات VWC التي تم جمعها من سيرة ذاتية واحدة معالجة الجفاف. يتم رسمها مصنع Indica في الشكل 5.
المعلمات الفسيولوجية
ازداد النتح اليومي تدريجياً في جميع العلاجات الأربعة (كارلا- مكافحة, كارلا-الجفاف, ريسوتو السيطرة وريزوتو الجفاف) خلال المرحلة الأولى من التجربة, خلالها كانت جميع النباتات المروية جيدا. وفي وقت لاحق، حدث انخفاض في النتح الذي ارتبط بفترة الجفاف (اليوم الخامس إلى اليوم 18) في العلاجين المحرومين من المياه. وفي وقت لاحق، خلال فترة الانتعاش (من اليوم 18 فصاعدا)، ازداد النتح اليومي مرة أخرى في المجموعتين المحرومتين من المياه، ولكن إلى مستوى أقل بكثير من المستوى الذي لوحظ قبل معالجة الجفاف(الشكل التكميلي 9B).
ارتفع متوسط الوزن النباتي المحسوب (أي معدل زيادة وزن النبات) بشكل مستمر بين كل من Karla - ControlومعالجاتKarla-drought أثناء المرحلة الأولى من التجربة ، عندما تلقت جميع النباتات ريًا مماثلًا (أيام 1-5). عندما تم تطبيق معالجة الجفاف على السيرة الذاتية. نباتات كارلا (أيام 5-18)، توقفت تلك النباتات عن اكتساب الوزن ولم تستأنف اكتساب الوزن حتى مرحلة الانتعاش. في تلك المرحلة، كانت هناك زيادة في الوزن التي سارت ببطء أكثر مما لوحظ للسيطرة. في المقابل، فإن أوزان كارلا-مصانع التحكم زادت بشكل مستمر طوال الفترة التجريبية(الشكل 6).
الشكل 1: مكونات وإعداد نظام الظاهري gravimetric.
(أ) وزنها lysimeter. يتضمن مقياس الحمولة خلية التحميل، التي تحول الحمل الميكانيكي للجسم إلى شحنة كهربائية، ومنصة معدنية تغطي الجزءين العلوي والسفلي من خلية التحميل، بحيث يمكن قياس وزن الجسم بشكل صحيح. (ب) يتم تغطية الlysimeter مع كتلة البوليسترين وغطاء من البلاستيك للعزل الحراري. (C) أجزاء مقياس. يتم وضع خزان مياه (حاوية خضراء) على غطاء مقياس المزيج لجمع السائل الذي يستنزف من الوعاء. ويقترن الحاوية الخضراء إلى غطاء أخضر، الذي لديه فتحة مستديرة كبيرة من خلالها يتم إدراج وعاء. يتم إرفاق طوقا مطاطي أسود إلى جانب واحد من الغطاء الأخضر، ويتم إرفاق وعاء إلى الجانب الآخر، لتقليل فقدان المياه عن طريق التبخر من الحاوية. الغطاء الأخضر اثنين من الثقوب أخذ العينات (صغيرة وكبيرة) فوق تمديد الصرف الصحي، والتي يتم مختومة مع المقابس المطاطية. (D) المقابس. الحاوية لديها تمديد الصرف مع أربعة ثقوب (مع المقابس) في ارتفاعات مختلفة، والتي يمكن استخدامها لضبط مستوى المياه في الحاوية بعد الصرف من خلال توقف حفرة معينة (حجم المياه الاحتياطي). وسيعتمد حجم المياه المرغوب فيه على الأنواع النباتية، ونوع واسطة البوتينغ المستخدمة، واحتياجات النباتات من المياه (أي حجم النتح اليومي المقدر). (E) وحدة التحكم تتكون من مربع مستطيل أخضر يحتوي على وحدة تحكم إلكترونية وصمامات اللولبي. هناك ثقوب من خلالها حل الرتيج يمكن أن تدخل وتخرج الأواني، فضلا عن مآخذ لتوصيل خلية الحمل وأجهزة استشعار مختلفة. ويمكن تطبيق العلاجات المختلفة، مثل مستويات مختلفة من الملوحة أو تكوينات معدنية مختلفة، عن طريق محلول الرتيب. يتم توصيل حامل معدني بوحدة التحكم، ليمسك بالأنابيب والكابلات ويمنعها من لمس الأواني وإضافةالوزن. المكونات الأخرى المطلوبة هي (F) مسبارات التربة (على سبيل المثال، الرطوبة ودرجة الحرارة وأجهزة الاستشعار EC - 5TE)، اختياري (G)متعددة منافذ الناقط (للانقاذ و / أو تطبيقات العلاج) و (H) مسابير الغلاف الجوي [لقياس العجز في ضغط البخار (VPD) والإشعاع]. (I) مجموعة واحدة مجهزة تجهيزا كاملا. (J) صفيف مجهز بالكامل في الدفيئة، والأسهم الصفراء التي تشير إلى مسابير الغلاف الجوي التي تمكن تطبيع السفح على أساس الظروف الجوية المحلية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: الأجزاء المطلوبة لإعداد وعاء واحد.
(أ - ج) وهناك حاجة إلى المكونات التالية: واحد وعاء 4 L، واحد وعاء 4 لتر مع عدم وجود أسفل لتكون بمثابة حامل صافي، قطعة واحدة دائرية من شبكة النايلون (حجم المسام = 60 شبكة) مع قطر مزدوج أن من الجزء السفلي من وعاء، غطاء واحد مع الثقوب المعينة لقطر النباتات والري، واحد 60 سم، عصا الألياف الزجاجية البيضاء (القطب) واحد خاتم طوقا أسود. (D) مثال على خطة الجدول التي تم فيها عشوائية الأواني. في الدفيئة، وكان كل جدول 1-18 أعمدة وأربعة صفوف، وهنا استخدمنا 24 مواقف. ومع ذلك، يمكن بسهولة تعديل بنية الصفيف إلى أي شكل استناداً إلى حجم الدفيئة الخاصة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: إعداد وعاء.
( أ) النباتات التي تنمو في الصواني تجويف. (شتلات الطماطم المعروضة هنا ليست سوى مثال؛ العديد من أنواع النباتات الأخرى يمكن زراعتها بنفس الطريقة). (ب) يلقي من قوالب لـ (C) خلق تجاويف في وسط بوتينغ التي سوف (D) تناسب بشكل وثيق المقابس التربة الجذرية من الشتلات، لضمان زرع ناجحة من (ه) الشتلات في الأواني. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: الظروف الجوية على مدار التجربة.
يُظهر المحور الصادي على اليمين عجز ضغط البخار اليومي (VPD) والمحور y على اليسار يظهر الإشعاع النشط الضوئي (PAR) على مدى الأيام الـ 29 المتتالية من التجربة. تم إنتاج هذا الرسم البياني من قبل برنامج تحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: المحتوى المائي الحجمي (VWC) الذي يقاس بمسبار التربة على مدار التجربة.
تمثل البيانات قيم VWC لسيرة واحدة. مصنع إنديكا الذي خضع لمعالجة الجفاف طوال فترة التجربة، بما في ذلك الانتعاش. تم إنتاج هذا الرسم البياني من قبل برنامج تحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: أوزان النبات الكامل (تعني ± SE) خلال الفترة التجريبية بأكملها للسيرة الذاتية. كارلا تحت جيدا المروية (السيطرة) وظروف الجفاف.
وتمت مقارنة المجموعات باستخدام ANOVA (هـ س. توكي) ( ANOVA)؛ و "هـزات" من "10000" (ANOVA) (من SSD من Tukey; p < 0.05). كل يعني ± SE يمثل ما لا يقل عن أربعة مصانع. وقد تم إنتاج الرسم البياني والتحليل الإحصائي من خلال برنامج تحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل التكميلي 1: تشغيل إطارات البرامج لإعداد تجربة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 2: جدول "النباتات" كجداول بيانات؛ برامج التشغيل. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 3: نافذة البرمجيات لحساب الوزن الجاف للتربة؛ برامج التشغيل. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 4: نافذة البرمجيات لإقامة معالجة الري؛ برامج التشغيل. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 5: إطار عارض الرسم البياني لتحليل البيانات. في تجربتنا، استخدمنا ثلاثة أصناف من الأرز (أي إنديكا وكارلا وريسوتو) وسيناريو ري مختلفين، وهما (السيطرة) والمروية بشكل جيد والجفاف. وكشفت البيانات الخام الاختلاف في وزن النباتات على مدى التجربة. كل خط يمثل مصنع واحد / وعاء. خلال النهار ، والنباتات تبين ، وبالتالي فإن النظام يفقد الوزن ، كما يمكن أن نرى في منحدرات المنحنيات اليومية. كانت الأواني تروى كل ليلة بكامل طاقتها ، كما تمثل القمم في المنحنيات. وأعقب حدث الري تصريف أي مياه زائدة بعد أن تشبعت وسطة بوتينغ. في البداية، كانت جميع النباتات مروية بشكل جيد (السيطرة). ومنذ 7 آب/أغسطس 2018، خضع نصف المصانع لمعالجة الجفاف. وفي الوقت نفسه، ظلت بقية المصانع تتلقى الري الأمثل. وتحققت عملية استعادة تفاضلية من خلال إعادة الري إلى النباتات المعالجة بالجفاف، ابتداء من 20 آب/أغسطس 2018 (مما سمح لكل مصنع بالتجربة بدرجة مماثلة من الإجهاد) والاستمرار في نهاية التجربة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
تمكن أداة الري الراجعة الخاصة بالنظام المستخدم من تصميم برامج الري لكل وعاء على حدة على أساس الوقت أو وزن الوعاء أو البيانات من مستشعر التربة (مثل VWC) أو نتح النبات خلال اليوم السابق. يمكن ري كل مصنع بشكل فردي بطريقة مخصصة بناءً على أدائه الخاص. ويقلل هذا الري التفاضلي من الفوارق بين محتويات مياه التربة في المصانع، بحيث تتعرض جميع النباتات لمعالجة الجفاف الخاضعة للرقابة بغض النظر عن احتياجاتها الفردية من المياه.
الشكل التكميلي 6: نافذة تحليل البيانات لتحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 7: نافذة الرسم البياني لتحليل البيانات. ويبين هذا الشكل تمثيلا بيانيا لتوزيع قيم النتح اليومي في أصناف الأرز الثلاث المختلفة (أي إنديكا وكاريلا وريسوتو) في ظروف (مراقبة) مروية جيدا. الرسم البياني السفلي يمثل تصور خريطة الحرارة من النباتات يوميا النتح على أساس الموقع المادي للأوعية على الطاولة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 8: نافذة اختبار T لتحليل البيانات. الخطوط تمثل الاختلافات في النتح اليومي (سمة فسيولوجية أساسية ومهمة) بين صنفين من أصناف الأرز (أي كارلا وريسوتو) في ظروف (مراقبة) مروية بشكل جيد. تظهر النافذة الينتح اليومي للنباتات الفردية (أعلى اليمين) ومقارنة الوسائل ± SE لكل مجموعة أجريت باستخدام اختبار الطالب t-test (أسفل اليمين). وقد تم إجراء التحليل الإحصائي تلقائيا من قبل البرنامج. النقاط الحمراء تمثل اختلافات كبيرة بين العلاجات وفقا للطالب t-الاختبارات; p < 0.05. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 9: إطار ANOVA لتحليل البيانات. (أ) التمثيل البياني للاختلافات في النتح اليومي بين صنفين من الأرز (مثل كارلا وريسوتو) في ظروف (مكافحة) المروية جيداً والجفاف على مدى فترة التجربة بأكملها. بدأت معالجة الجفاف بعد 5 أيام من بدء التجربة. النقر على أي يوم سوف تقدم (ب) مقارنة المجموعات باستخدام ANOVA (هس دي توكي; ف < 0.05) ، هنا في 12TH AUG. كل يعني ± SE يمثل ما لا يقل عن أربعة مصانع. ويمكن أيضاً تقديم نفس المجموعات على أنها (ج) معدل التتحّد النباتي الكامل المستمر (وسائل ± SE) على مدى الفترة التجريبية بأكملها. وقد تم إنتاج الرسوم البيانية والتحليل الإحصائي من خلال برنامج تحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 10: تحليل البيانات قطعة الحكمة منحنى إطار خطي. تُظهر هذه النافذة المنحنيات الخطية الحكيمة للقطعة لثلاثة أصناف أرز (أي إنديكا وكارلا وريسوتو) في ظروف الجفاف. يمكن للبرنامج إجراء تحليل تناسب خطية قطعة الحكمة من العلاقة بين أي معلمة الفسيولوجية (هنا، ومحتح يومي) ومحتوى المياه الحجمي المحسوب (VWC) من النباتات التي تخضع لمعالجة الجفاف. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
مواد تكميلية. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذه المواد.
| متوسط | وصف | |
| رمل خشن | رمل السيليكا 20-30 (شاشات الشبكة العلوية والسفلى التي تم تمرير الرمال من خلالها: 0.841 و 0.595 مم، على التوالي) | |
| الرمل الناعم | رمل السيليكا 75-90 (شاشات الشبكة العليا والسفلى التي تم تمرير الرمال من خلالها: 0.291 و 0.163 مم، على التوالي) | |
| التربة القائمة على الخث | Klasmann 686 | |
| التربة اللّاميّة (التربة الطبيعية) | التربة الرملية التي أخذت من الطبقة العليا من قطعة أرض في مزرعة تجريبية لكلية الزراعة والأغذية والبيئة، رحوفوت، إسرائيل | |
| الفيرميكوليت | فيرميكوليت 3G | |
| بيرليت | Perlite 212 (حجم النطاق: 0.5-2.5 ملم) | |
| السماد | بينتال 11 بوتينغ التربة | |
| مسامية، خزفية، متوسطة صغيرة الحجم | الملف الشخصي السيراميك المسامية 20-50 (شاشات الشبكة العلوية والسفلى التي تم تمرير السيراميك الأرض من خلالها: 0.841 و 0.297 ملم، على التوالي) | |
| مسامية، سيراميك، متوسطة ذات حجم مختلط | الملف الشخصي السيراميك المسامية 50% 20-50 شبكة و 50% 20-6 شبكة, 0.841 – 3.36 مم | |
الجدول 1: وسائل الإعلام بوتينغ.
| نوع وسائط التربة / المعلمات | رمل خشن | الرمل الناعم | لوام التربة | بيرليت | الفيرميكوليت | السيراميك المسامي المختلط الحجم | السيراميك المسامية الصغيرة الحجم | التربة القائمة على الخث | السماد |
| إجمالي المياه (TW، مل) | 860 ± 7.2 (واو) | 883.1 ± 24 (واو) | 1076.3 ± 35.9 (E) | 1119-9 ± 8-5 (هـ) | 1286 ± 22.4 (دال) | 1503.6 ± 15.4 (ج) | 1713 ± 25.9 (باء) | 1744.3 ± 8-2 (باء) | 2089.6 ± 61.6 (أ) |
| محتوى الماء الحجمي (VWC، مل3/مل3) | 0.26 (واو) | 0.27 (واو) | 0.33 (هـ) | 0.35 (هـ) | 0.4 (دال) | 0.46 (ج) | 0.53 (باء) | 0.54 (باء) | 0.65 (أ) |
| كثافة السوائب (BD، ز/ سم3) | 1-7 (ألف) | 1-6 (باء) | 1.5(C) | 0.1 (H) | 0.2 (واو) | 0.8 (دال) | 0.7 (E) | 0.2 (ز) | 0.1 (ز) |
| استقرار وزن التربة (SWS, g/d) | ±2.3 ± 0.3 (باء) | ±4.3 ± 0.3 (باء) | ±2.9 ± 0.9 (باء) | ±14.9 ± 0.7 (أ) | ±7.6 ± 2.8 (باء) | ±1.3 ± 0.1 (باء) | ±1.9 ± 0.4 (باء) | ±6.7 ± 0.8 (باء) | ±4.3 ± 1-2 (باء) |
| التربة استقرار الوزن مع المياه المحجوزة في الحمام (ز / يوم؛ يرجى الاطلاع على القسم 6.14) | 3 ± 0.4 (باء) | 3.3 ± 0.4 (باء) | 3-2 ± 1-2 (باء) | 6.3 ± 0.5 (أ) | 2.7 ± 0.8 (باء) | 1.6 ± 0.3 (باء) | 1.9 ± 0.3 (باء) | 10.6 ± 3 (أ) | 1.5 ± 0.3 (باء) |
| محتوى الرطوبة gravimetric سعة وعاء (SWC؛ يرجى الاطلاع على القسم 8.2) | 0.18 (زاي) | 0.23 (زاي) | 0.23 (زاي) | 3-79 (ج) | 3.0 (دال) | 0.74 (واو) | 0.99 (هـ) | 4-25 (باء) | 6-13 (أ) |
| قدرة الصرف النسبي | ممتازة | متوسط | متوسطة - منخفضة | ممتازة | ممتازة | ممتازة | ممتازة | منخفضه | متوسط |
| الوقت النسبي للوصول إلى سعة وعاء | سريع | سريع | سريع | بطيئه | بطيئه | سريع | سريع | بطيئه | بطيئه |
| قدرة تبادل الcation النسبية (CEC) | منخفضه | منخفضه | منخفضه | منخفضه | عاليه | عاليه | عاليه | عاليه | عاليه |
| التوافق مع: | |||||||||
| غسل الجذر (في نهاية التجربة) | ++ | ++ | + | ++ | + | ++ | ++ | - | - |
| معالجة المغذيات/المنشطة البيولوجية | ++ | ++ | - | ++ | + | + | + | - | - |
| علاجات الملوحة | ++ | ++ | + | ++ | + | ++ | ++ | + | - |
| قياس دقيق لمعدلات النمو | ++ | ++ | + | -,+ | + | ++ | +++ | + | + |
| استعادة الهيكل المادي للتربة بعد الجفاف | +++ | +++ | ++ | + | - | +++ | +++ | -,+ | - |
| * إجمالي الماء (TW، مل) = التربة الوزن الرطب (في وعاء القدرات) – التربة الجافة الوزن. محتوى الماء الحجمي (VWC) = حجم التربة/الطاقة الحرارية. | |||||||||
| كثافة السوائب (BD) = التربة الجافة الوزن / حجم التربة. استقرار وزن التربة (SWS) = متوسط التغير في الوزن الرطب للتربة على مدى 4 أيام متتالية (متوسطة السعة وعاء مع عدم وجود نبات بعد الري الماضي). | |||||||||
| وعاء قدرة gravimetric الرطوبة المحتوى (SWC); للحسابات، يرجى الاطلاع على القسم 7.2. | |||||||||
الجدول 2: الخصائص العامة لـ 9 وسائط مختلفة من وسائل اغصاء الأراضي وتوافقها مع منصة gravimetric. وقد اتخذت القياسات باستخدام 4-L الأواني مليئة 3.2 لتر من المتوسط في قدرة الحقل (وعاء القدرة). وتظهر البيانات كوسيلة ± SE. تشير الحروف المختلفة في الأعمدة إلى اختلافات كبيرة بين وسائل الإعلام، وفقًا لاختبار HSD من Tukey(P < 0.05; 3 ≤ n ≤ 5).
| مكونات الرتيج | التركيز النهائي (جزء في المليون) | التركيز النهائي (mM) |
| NaNO3 | 195.8 | 2.3 |
| H3PO4 | 209 | 0.000969 |
| KNO3 | 271.4 | 2.685 |
| مغسمو4 | 75 | 0.623 |
| ZnSO4 | 0.748 | 0.0025 |
| الاتحاد الـ4 | 0.496 | 0.00198 |
| MoO3 | 0.131 | 0.00081 |
| MnSO4 | 3.441 | 0.0154 |
| البوراكس | 0.3 | 0.00078 |
| C10H12N2NaFeo8 (Fe) | 8.66 | 0.0204 |
| وتختلف درجة الـ PH من محلول الري النهائي من النازل (بعد التخفيف مع ماء الصنبور) بين 6.5 و 7. | ||
الجدول 3: مكونات الرتيجيشن.
Discussion
تعكس فجوة المعرفة في النمط الجيني -النمط الظاهري تعقيد التفاعلات البيئية من النمط الجيني x (التي استعرضها18،24). قد يكون من الممكن سد هذه الفجوة من خلال استخدام عالية الدقة، HTP-telemetric التشخيص ومنصات الفرز الظاهري التي يمكن استخدامها لدراسة الأداء الفسيولوجي للنبات كله والمياه- حركية العلاقة8,9. تعقيد التفاعلات البيئية النمط الجيني x يجعل الظاهري تحديا، لا سيما في ضوء مدى سرعة النباتات استجابة لبيئاتها المتغيرة. وعلى الرغم من توافر نظم مختلفة للدّينات في الوقت الراهن، فإن معظم تلك النظم يعتمد على الاستشعار عن بعد وتقنيات التصوير المتقدمة. وعلى الرغم من أن هذه النظم توفر قياسات متزامنة، فإن قياساتها تقتصر إلى حد ما على الصفات المورفولوجية والفيزيولوجية غير المباشرة25. الصفات الفسيولوجية مهمة جدا في سياق الاستجابة أو الحساسية للظروف البيئية26. لذلك ، يمكن أن توفر القياسات المباشرة التي يتم اتخاذها باستمرار وفي وقت واحد بدقة عالية جدًا (على سبيل المثال ، 3 دقائق) وصفًا دقيقًا جدًا للسلوك الفسيولوجي للنبات. وعلى الرغم من تلك المزايا الكبيرة لنظام قياس الموارد، يجب أيضاً أن تؤخذ في الاعتبار حقيقة أن هذا النظام ينطوي على بعض العيوب المحتملة. وتنجم المساوئ الرئيسية عن الحاجة إلى العمل مع الأواني وفي ظروف الدفيئة، التي يمكن أن تشكل تحديات كبرى أمام تنظيم المعالجة (لا سيما تنظيم معالجة الجفاف) وقابلية التكرار التجريبي.
من أجل معالجة هذه القضايا، ينبغي للمرء أن توحيد الضغوط المطبقة، وخلق بنية تجريبية عشوائية حقا، والحد من آثار وعاء ومقارنة السلوكيات الديناميكية متعددة من النباتات في ظل الظروف البيئية المتغيرة في غضون فترة قصيرة من الزمن. 10- يتناول نهج ال PHTP-telemetric العملي الظاهر الوارد وصفه في هذه الورقة تلك المسائل كما هو مبين أدناه.
من أجل ربط استجابة المصنع الديناميكية مع بيئتها الديناميكية والتقاط صورة كاملة وكبيرة للتفاعلات المعقدة بين النبات والبيئة ، يجب قياس الظروف البيئية (الشكل 4) والاستجابات النباتية (الشكل التكميلي 9B) بشكل مستمر. هذه الطريقة تمكن من قياس التغيرات المادية في بوتينغ المتوسطة والغلاف الجوي بشكل مستمر وفي وقت واحد، جنبا إلى جنب مع الصفات النباتية (التربة - النبات - الغلاف الجوي المستمر، SPAC).
للتنبؤ على أفضل وجه كيف ستتصرف النباتات في هذا المجال ، من المهم تنفيذ عملية الفينوتيب في ظل ظروف مماثلة قدر الإمكان لتلك الموجودة في الحقل18. نقوم بإجراء التجارب في دفيئة تحت ظروف شبه خاضعة لتقليد الظروف الميدانية قدر الإمكان. واحدة من أهم الشروط هو نمو أو بوتينغ المتوسطة. اختيار أنسب بوتينغ المتوسطة لتجربة نظام gravimetric أمر بالغ الأهمية. من المستحسن اختيار وسط التربة التي تستنزف بسرعة، ويسمح لتحقيق سريع للقدرة وعاء ولديه قدرة وعاء مستقرة للغاية، كما أن هذه الميزات تسمح لقياسات أكثر دقة من قبل نظام gravimetric. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضا النظر في العلاجات المختلفة التي سيتم تطبيقها في التجربة. على سبيل المثال، تتطلب العلاجات التي تتضمن الأملاح أو الأسمدة أو المواد الكيميائية استخدام وسيط صيّغ خامل، ويفضل أن يكون ذلك باستخدام قدرة منخفضة على التبادل. ومن شأن علاجات الجفاف المطبقة على الأنواع النباتية المنخفضة الاضاءة أن تعمل على أفضل نحو مع وسائط البوتينغ ذات المستويات المنخفضة نسبياً من VWC. وعلى النقيض من ذلك، فإن علاجات الجفاف البطيئة المطبقة على النباتات عالية التهيئة ستعمل بشكل أفضل مع وسائل الإعلام بوتينغ مع مستويات VWC عالية نسبيا. إذا كانت الجذور مطلوبة لتحليل ما بعد التجربة (مثل مورفولوجيا الجذر، والوزن الجاف، وما إلى ذلك)، فإن استخدام وسيط ذي محتوى منخفض نسبياً من المواد العضوية (أي الرمل أو السيراميك المسامي أو البيرلايت) سيجعل من الأسهل غسل الجذور دون الإضرار بها. بالنسبة للتجارب التي ستستمر لفترات أطول ، من المستحسن تجنب الوسائط الغنية بالمواد العضوية ، لأن هذه المادة العضوية قد تتحلل مع مرور الوقت. يرجى الاطلاع على الجدول 1 والجدول 2 للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً عن هذا الموضوع.
المجال الظاهرية والظاهرة الدفيئة (ما قبل الميدان) لها أهدافها الخاصة وتتطلب مجموعة تجريبية مختلفة. يساعد الانتقاء الظاهري قبل الميدانية على اختيار الأنماط الجينية المرشحة الواعدة التي لديها احتمال كبير في القيام بعمل جيد في الميدان ، للمساعدة في جعل التجارب الميدانية أكثر تركيزًا وفعالية من حيث التكلفة. ومع ذلك ، قبل الحقل الظاهري ينطوي على عدد من القيود (على سبيل المثال ، آثار وعاء) التي يمكن أن تسبب النباتات لأداء مختلف مما كانت عليه في ظل الظروف الميدانية18،27. حجم وعاء صغير، وفقدان المياه عن طريق التبخر والتدفئة من المقاييس هي أمثلة على العوامل في تجارب الاحتباس الحراري التي قد تؤدي إلى آثار وعاء18. تم تصميم الأسلوب الموضح هنا لتقليل تلك التأثيرات المحتملة بالطريقة التالية:
(أ) يتم اختيار حجم الوعاء على أساس النمط الجيني الذي سيتم فحصه. النظام قادر على دعم أحجام مختلفة وعاء (تصل إلى 25 لتر) ومعالجات الري، مما يتيح فحص أي نوع من النباتات المحاصيل.
(ب) يتم عزل الأواني ومقاييس الموازين لمنع نقل الحرارة وأي ارتفاع في درجة حرارة الأواني.
(ج) ينطوي هذا النظام على نظام للري والصرف مصمم بعناية.
(د) هناك وحدة تحكم منفصلة لكل وعاء، لتمكين التعشية الحقيقية مع الري الذاتي والعلاجات التي تخضع للمراقبة الذاتية.
(هـ) يأخذ البرنامج في الاعتبار VPD المحلية المصانع في حساب القذف المظلة. يرجى الاطلاع على توطين محطات VPD المتعددة في الشكل 1J.
يتضمن هذا النظام قياسات فسيولوجية مباشرة في كثافات النباتات الشبيهة بالميدان ، مما يلغي الحاجة إلى إما مساحات كبيرة بين النباتات أو تحريك النباتات للphenotyping القائم على الصور. ويشمل هذا النظام تحليل البيانات في الوقت الحقيقي، فضلا عن القدرة على الكشف بدقة نقطة الإجهاد الفسيولوجية (بلانت) لكل مصنع. وهذا يمكن الباحث من مراقبة النباتات واتخاذ القرارات بشأن كيفية إجراء التجربة وكيفية جمع أي عينات على مدار التجربة. تسهل معايرة الوزن السهلة والبسيطة للنظام عملية معايرة فعالة. نظم عالية الإنتاجية تولد كميات هائلة من البيانات، والتي تقدم إضافية معالجة البيانات والتحديات التحليلية11،12. تحليل في الوقت الحقيقي من البيانات الضخمة التي يتم تغذيتها مباشرة إلى البرنامج من وحدة تحكم خطوة هامة في ترجمة البيانات إلى المعرفة14 التي لها قيمة كبيرة لاتخاذ القرارات العملية.
قد تكون طريقة ال PHTP-telemetric الفيزيولوجية هذه مفيدة لإجراء تجارب الاحتباس الحراري في ظروف قريبة من الميدان. النظام قادر على قياس وحساب الاستجابات الفسيولوجية ذات الصلة بالمياه مباشرة من النباتات إلى بيئتها الحيوية، مع التغلب على معظم المشاكل المرتبطة تأثير وعاء بكفاءة. قدرات هذا النظام هي في غاية الأهمية في مرحلة ما قبل الميدان الظاهري، لأنها توفر إمكانية التنبؤ بعقوبات العائد خلال المراحل المبكرة من نمو النبات.
Disclosures
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
وقد تم دعم هذا العمل من قبل برنامج البحوث المشتركة بين المؤسسة الدولية للعلوم والتكنولوجيا والشؤون الاجتماعية (منحة رقم 2436/18) كما تم دعمه جزئيا من قبل وزارة الزراعة والتنمية الريفية الإسرائيلية (مراكز يوجين كاندل المعرفية) كجزء من جذر المسألة - مركز المعرفة لمنطقة الجذر للاستفادة من الزراعة الحديثة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Atmospheric Probes | SpectrumTech/Meter group | 3686WD | Watchdog 2475 |
| 40027 | VP4 | ||
| Array Randomizer | None | The software "Array Randomizer" can be used for creating an experimental design of a randomized block design, or fully random design. It was developed to have better control over the random distribution of the experimental samples (plants) in order to normalize the atmospheric microvariation inside the greenhouse. | |
| Free download and more information, please click on the following link: https://drive.google.com/open?id=1y4QbTpxRK5Lx430xzu1RFdrlcL8pz_1q | |||
| Cavity trays | Danish size with curved rim for nursery | 30162 | 4X4X7 Cell, 84 cell per tray https://desch.nl/en/products/seed_propagation_trays/danish-size-with-curved-rim-for-nursery~p92 |
| Coarse sand | Negev Industrial Minerals Ltd., Israel | ||
| Compost | Tuff Marom Golan, Israel | ||
| Data Analysis software | Plant-Ditech Ltd., Israel | SPAC Analytics | |
| Drippers | Netafim | 21500-001520 | PCJ 8L/h |
| Fine sand | Negev Industrial Minerals Ltd., Israel | ||
| Loamy soil (natural soil) | |||
| Nylon mesh | Not relevant (generic products) | ||
| Operating software | Plant-Ditech Ltd., Israel | Plantarray Feedback Control (PFC) | |
| Peat-based soil | Klasmann-Deilmann GmbH, Germany | ||
| Perlite | Agrekal , Israel | ||
| Plantarray 3.0 system | Plant-Ditech Ltd., Israel | SCA400s | Weighing lysimeters |
| PLA300S | Planter unit container | ||
| CON100 | Control unit | ||
| part of the planter set | Fiberglass stick | ||
| part of the planter set | Gasket ring | ||
| Operating software | |||
| SPAC Analytics software | |||
| Porous, ceramic, mixed-sized medium | Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA | ||
| Porous, ceramic, small-sized medium | Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA | ||
| Pots | Not relevant (generic products) | ||
| Soil | Bental 11 by Tuff Marom Golan | ||
| Soil Probes | Meter group | 40567 | 5TE |
| 40636 | 5TM | ||
| 40478 | GS3 | ||
| Vermiculite | Agrekal , Israel |
References
- Ray, D. K., Mueller, N. D., West, P. C., Foley, J. A. Yield Trends Are Insufficient to Double Global Crop Production by 2050. PLoS One. 8, 66428 (2013).
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. The future of food and agriculture: Trends and challenges. , Rome. (2017).
- Dhankher, O. P., Foyer, C. H. Climate resilient crops for improving global food security and safety. Plant, Cell & Environment. 41, 877-884 (2018).
- Chen, D., et al. Dissecting the phenotypic components of crop plant growthand drought responses based on high-throughput image analysis w open. Plant Cell. 26, 4636-4655 (2014).
- Ubbens, J. R., Stavness, I. Deep Plant Phenomics: A Deep Learning Platform for Complex Plant Phenotyping Tasks. Frontiers in Plant Science. , (2017).
- Danzi, D., et al. Can High Throughput Phenotyping Help Food Security in the Mediterranean Area. Frontiers in Plant Science. , (2019).
- Miflin, B. Crop improvement in the 21st century. Journal of Experimental Botany. 51, 1-8 (2000).
- Dalal, A., et al. Dynamic Physiological Phenotyping of Drought-Stressed Pepper Plants Treated With "Productivity-Enhancing" and "Survivability-Enhancing" Biostimulants. Frontiers in Plant Science. , (2019).
- Moshelion, M., Altman, A. Current challenges and future perspectives of plant and agricultural biotechnology. Trends in Biotechnology. 33, 337-342 (2015).
- Singh, A., Ganapathysubramanian, B., Singh, A. K., Sarkar, S. Machine Learning for High-Throughput Stress Phenotyping in Plants. Trends in Plant Science. 21, 110-124 (2016).
- Houle, D., Govindaraju, D. R., Omholt, S. Phenomics: The next challenge. Nature Reviews Genetics. 11, 855-866 (2010).
- Fiorani, F., Schurr, U. Future Scenarios for Plant Phenotyping. Annual Review of Plant Biology. 64, 267-291 (2013).
- Tardieu, F., Cabrera-Bosquet, L., Pridmore, T., Bennett, M. Plant Phenomics, From Sensors to Knowledge. Current Biology. 27, 770-783 (2017).
- Negin, B., Moshelion, M. The advantages of functional phenotyping in pre-field screening for drought-tolerant crops. Functional Plant Biology. , (2017).
- Gebremedhin, A., Badenhorst, P. E., Wang, J., Spangenberg, G. C., Smith, K. F. Prospects for measurement of dry matter yield in forage breeding programs using sensor technologies. Agronomy. 9, 65 (2019).
- Roitsch, T., et al. New sensors and data-driven approaches-A path to next generation phenomics. Plant Science. 282, 2-10 (2019).
- Li, L., Zhang, Q., Huang, D. A review of imaging techniques for plant phenotyping. Sensors (Switzerland). 14, 20078-20111 (2014).
- Gosa, S. C., Lupo, Y., Moshelion, M. Quantitative and comparative analysis of whole-plant performance for functional physiological traits phenotyping: New tools to support pre-breeding and plant stress physiology studies. Plant Science. 282, 49-59 (2019).
- Araus, J. L., Cairns, J. E. Field high-throughput phenotyping: the new crop breeding frontier. Trends in Plant Science. 19, 52-61 (2014).
- Ito, V. C., Lacerda, L. G. Black rice (Oryza sativa L.): A review of its historical aspects, chemical composition, nutritional and functional properties, and applications and processing technologies. Food Chemistry. 301, 125304 (2019).
- Anjum, S. A., et al. physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research. , (2011).
- Halperin, O., Gebremedhin, A., Wallach, R., Moshelion, M. High-throughput physiological phenotyping and screening system for the characterization of plant-environment interactions. The Plant Journal. 89, 839-850 (2017).
- Yaaran, A., Negin, B., Moshelion, M. Role of guard-cell ABA in determining steady-state stomatal aperture and prompt vapor-pressure-deficit response. Plant Science. 281, 31-40 (2019).
- Dalal, A., Attia, Z., Moshelion, M. To produce or to survive: how plastic is your crop stress physiology. Frontiers in Plant Science. 8, 2067 (2017).
- Araus, J. L., Kefauver, S. C., Zaman-Allah, M., Olsen, M. S., Cairns, J. E. Translating High-Throughput Phenotyping into Genetic Gain. Trends in Plant Science. 23, 451-466 (2018).
- Ghanem, M. E., Marrou, H., Sinclair, T. R. Physiological phenotyping of plants for crop improvement. Trends in Plant Science. 20, 139-144 (2015).
- Sinclair, T. R., et al. Pot binding as a variable confounding plant phenotype: theoretical derivation and experimental observations. Planta. 245, 729-735 (2017).
