Yöntem makalesi

Şeker Kamışı Kök Sistemlerini Karakterize Etmek için Çok Yönlü Fenotipleme Yaklaşımları

DOI:

10.3791/63596

⸱

17 Ağustos 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Crop Production, Indian Council of Agricultural Research-Sugarcane Breeding Institute (ICAR-SBI), 2Division of Crop Improvement, ICAR-SBI, 3ICAR-SBI Research Centre, 4ICAR-SBI Regional Centre

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kök sistemi özelliklerini karakterize etmek, özellikle şeker kamışında henüz emekleme aşamasında olan araştırma alanlarından biridir. Şeker kamışı köklerini kesin olarak fenotip yapmak için birden fazla yaklaşımın entegre edilmesi, geleneksel ve moleküler ıslah için tanımlanmış özelliklerin ve mekanizmaların kullanılmasını sağlayan kapsamlı ve bütünsel sonuçlara yol açar.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kökler, su ve besin maddelerinin birincil iletkenleridir ve stresli ortamlarda büyüme ve verimin sürdürülmesinde hayati bir rol oynar. Bitki köklerinin incelenmesi, özellikle şeker kamışı (Saccharum spp.) için geçerli olan yerinde değerlendirme ve numune almada metodolojik zorluklar ortaya çıkarmaktadır. 1920'lerde geleneksel yöntemler, şeker kamışı kök sistemlerindeki genotipik varyasyonu belgeledi, daha sonra yakın zamana kadar şeker kamışı kök özellikleri hakkında çok az çalışma bildirildi. Morfolojiye ek olarak, allelopatik etkiler ve/veya mikrobiyal simbiyoz için afinite dahil olmak üzere rizosfer özellikleri, bitki oluşumunu ve hayatta kalmasını belirler.

Sonuç olarak, kök sistemleri şeker kamışının yer üstü verimliliğini tanımlar. İklime dayanıklı çeşitlerin itici gücüyle, şeker kamışının kök sistemi özelliklerindeki değişkenliği keşfetmek ve kullanmak daha alakalı hale geliyor. Bu makale, Hindistan Tarımsal Araştırma Konseyi-Şeker Kamışı Yetiştirme Enstitüsü'ndeki (ICAR-SBI) bir bilim adamı ekibi tarafından istihdam edilen, hendek örneklemesi ile saha kazısı, kök çekirdek örnekleyicisinin kullanımı, kök örneklemesi için yükseltilmiş platformlar ve hidroponik kültür altında bitki yetiştirme dahil olmak üzere şeker kamışı kökü fenotiplemesi için çok yönlü yaklaşımları açıklamaktadır.

Bitki köklerini doğal yetişme ortamlarında değerlendirmek için hendek örneklemesi ile saha kazısı zorunludur. Saha koşullarını simüle eden yükseltilmiş platformların ve bir kök çekirdek örnekleyicinin kullanılması, zaman içinde önemli bir azalma, tek tip numune boyutu ve daha az kök materyali kaybı ile alternatif yaklaşımlardır. Hidroponik bitki kültürü, organik bileşiklerin eksüdasyonu ve mikrobiyal etkileşimler dahil olmak üzere morfoloji, anatomik özellikler ve rizosfer biyolojisinin incelenmesine izin verir. Farklı örnekleme yöntemleri kullanılarak yapılan farklı deneylerden elde edilen veriler, şeker kamışının kök sistem özellikleri hakkındaki bilgi zenginliğine katkıda bulunur.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Önemli bir besin ve biyoenerji kaynağı olan şeker kamışı (Saccharum spp.), tropikal ve subtropikal iklim koşullarına sahip birçok ülkede yetiştiriciliğe uygun önemli bir endüstriyel üründür. Karbon asimilasyonu için C4 fotosentetik yolu sayesinde şeker kamışı, su ve gübre gibi çiftlik girdilerini verimli bir şekilde kullanarak oldukça verimlidir. Şeker kamışının hasat sonrası işlenmesi, yan ürünleri olan melas, etanol ve enerjinin yanı sıra şeker ve jaggery gibi ekonomik açıdan değerli ürünler verir. Şeker kamışı, toplam ekilebilir arazinin yaklaşık% 1,5'i olan 25.97 Mha'lık bir alanda yaklaşık 100 ülke tarafından üretilmektedir. Hindistan tek başına dünya şeker kamışı üretiminin %16'sına (yaklaşık 306 Mt) katkıda bulunuyor ve ortalama 70 t·ha-1 1 verimlilikle katkıda bulunuyor. Şeker kamışı üretimini büyük ölçüde etkileyen başlıca abiyotik stresler arasında su açıkları, su birikintileri, aşırı sıcaklıklar ve besin eksikliği, tuzluluk, sodyukluk ve alkalinite gibi toprak özellikleri bulunur. Abiyotik strese dayanıklı mahsuller geliştirmenin en büyük zorluğu, stres koşulları altında önemli bir verim avantajı sağlayan belirli özellikleri belirlemektir.

Şeker kamışı fizyolojisinin, kamış verimliliğini büyük ölçüde etkileyen kök-sürgün ilişkisi de dahil olmak üzere çeşitli yönleri tam olarak anlaşılamamıştır. Şeker kamışı kökü, sürgünler kadar iyi çalışılmamıştır, ancak set kökleri, sürgün kökleri ve yetişkin kökleri gibi farklı türler, değişen işlevlerle gelişimsel olarak farklı olabilir. Çimlenme2 sırasında ortaya çıkan sett köklerinin sayısı ve uzunluğu ile ilgili genotipik farklılıklar gözlenmiştir. Sett kökleri, şeker kamışı tomurcuklarının çimlenmesinde rol oynar, erken mahsul oluşumunu sağlar ve daha sonra gelişmekte olan sürgününtabanından çıkan sağlam sürgün kökleri ile değiştirilir 3. Sett köklerinde gözlenen ince dallar, genç bitkilerin sabitlenmesine yardımcı olur ve yerini sürgün köklerine bırakana kadar su ve besin maddelerinin emilmesine yardımcı olur. Sett köklerine benzer şekilde, sürgün kökleri de bastonun alt, genişlememiş boğum aralarında bulunan kök primordiasından kaynaklanır.

Sürgün kökleri bitkide daha uzun süre kaldığı için set köklerine göre 4x-10x daha kalındır. Sürgün kökleri, şeker kamışının tek kök sistemini oluşturur ve daha fazla büyüme ve gelişmede önemli bir rol oynar. Sürgün köklerinin canlılığı, bitkinin genel vejetatif gücü ile pozitif olarak ilişkilidir. Sett köklerinin ve sürgün köklerinin devrinden kaynaklanan köklerin sürekli gelişimi, mevcut çevre koşullarına sürekli uyum sağlayan şeker kamışının "yetişkin kök sistemine" yol açar. Genel olarak, daha derin, daha üretken bir kök sistemi, mahsul için daha sığ bir kök dağılımından daha fazla su ve besin sağlar. Periyodik diseksiyonlar, toprak nem içeriği yüksek olduğunda sığ kök sistemlerinin gözlendiğini, buna karşın su tablası düştükçe çok daha derin bir kök sisteminin geliştiğini ortaya koymuştur2. Şeker kamışındaki kök sistemi, mahsulün hasat edilmesinden sonra bile aktif kalır ve yeraltı tomurcuklarından yeni sürgün kökleri çıkana kadar ratoon mahsulünün büyümesine katkıda bulunur4. Kök açısı ve kök dallanma seviyesi, bitki kökleri tarafından keşfedilen toprağın hacmini belirleyen iki önemli faktördür. Genotipik bir özellik olan kök açısı, biyotik ve abiyotik streslere toleransı artırmak için geleneksel ıslah veya moleküler yaklaşımlarla değiştirilebilir. Aksine, kök dallanma seviyesi çoğunlukla çevreden etkilenir ve kök gelişiminin periyodik olarak izlenmesini ve yerel toprak koşullarına tepkisini gerektirir.

Şeker kamışı köklerinin anatomik özellikleri, genotip ve çevre ile ilgili farklılıkları belirlemek için incelenmiştir. Şeker kamışındaki sett köklerinin anatomisi, mısır gibi diğer otlardaki olgun köklerinkine benzer, burada korteks düzenli bir düzende iyi farklılaşmış hücre katmanları içerir. Endodermis suberize edilir, ardından tek katmanlı bir perisikl gelir. Maksi elementleri, radyal olarak düzenlenmiş ve floem grupları ile serpiştirilmiş ana iletkenler veya su ve besin iyonlarıdır, ikincisi iki eşlik eden hücreye sahip bir elek elemanı içerir. Farklılaşmamış hücrelerin büyük merkezi kütlesi kök özünü oluşturur. Şeker kamışı çeşitlerinin farklı anatomik özellikleri, kök hidrolik özelliklerine karşılık gelir ve böylece su hareketini etkiler. Şeker kamışının kök anatomik özelliklerindeki farklılıklar üzerine yapılan erken çalışmalar, düşük nem stresi koşulları altında, endodermisin hemen içindeki katmanlarda, öz ile vasküler bölge arasında ve damarların etrafındaki katmanlarda hücre duvarında belirgin kalınlaşma gözlendiğini ortaya koymuştur5. Bu tür kalınlaşmış hücreler, özsuyun geriye doğru akışını önlemek ve stres sırasında mekanik mukavemet için bir adaptasyon olabilir.

Şeker kamışının kuraklık direncinde rol oynayan bazı önemli özellikler arasında ekzodermal katmanların nispi kalınlığı ve sayısı, korteksin stele oranı, korteksteki hücreler arası boşluklar ve kalınlaşmış kök kıl uçları yer alır. Kortikal hücrelerin kapladığı alanın, sürgün köklerinin yıldız dokularının kapladığı alana oranları, şeker kamışı çeşitleri arasında önemli ölçüde farklıdır ve stelin alanına göre geniş değişkenlik gösterir6. Şeker kamışı köklerinin hidrolik iletkenliği, sürgün köklerindeki metoksilem elementlerinin büyüklüğü ve sayısı ile ilgilidir. Kök içindeki hidrofobik hücre katmanlarının apoplastik su hareketi bölgelerini tanımlaması muhtemeldir. Suberize Casparian bantları, hidrofobik bariyerler olarak görev yapan endodermiste ve hipodermiste (ekzodermis olarak adlandırılır) bulunur. Kortikal hücrelerin parçalanması, gelişim yaşına bakılmaksızın yaşlı köklerde ve hipoksik koşullara maruz kalan bitkilerde lizijen aerenkima oluşumuna yol açar. Su basması stresi sırasında aerenkima oluşumu, dayanıklı çeşitlerdebüyümenin sürdürülmesi ile ilişkilidir 7.

Erianthus arundinaceus [Retzius] Jeswiet (Saccharum spp.) köklerinin morfolojisi ve anatomisi, çevresel streslere karşı güçlü toleransı ile ilişkilidir8. Erianthus arundinaceus kökleri, daha derin toprak bölgelerinden su ve besin iyonlarının alımını kolaylaştırmak için yoğun kök tüyleri ile dik açılarda dağılmış düğüm kökleri sergiler. Derin kök sistemi, dik büyüme açılarıyla büyüyen birçok düğüm kökünden oluşur. Düğüm köklerinin çapı, büyük ksilem damarlarının boyutu ve sayısı ile ilişkilidir, ilki 0,5 mm ila 5,0 mm arasında değişir. Bu düğüm kökleri ayrıca, dış kortekste (ekzodermis) odunsu sklerenkim, korteksin orta kısmında lizijen aerenkim ve steldeki nişasta granüllerini gösteren bir hipodermis ile rizomatöz bir kılıf oluşturur. Mimari ve morfolojik özelliklere ek olarak, kök sızıntılı organik bileşikler, makul allelopatik etkiler ve / veya mikrobiyal simbiyoz için afinite ile bitki çimlenmesini, oluşumunu ve hayatta kalmasını belirlemede önemli bir rol oynar.

Kök enzimatik aktivitesi ve kök kapağı pigmentasyonu ve yaralanma üzerine gençleşme potansiyeli dahil olmak üzere morfolojinin daha ince ayrıntıları, hidroponik kültür9 altında yetiştirilen şeker kamışı çeşitlerinde belgelenmiştir. Kök büyümesi, hem kök sisteminin şekli hem de boyutu açısından toprak ortamındaki değişikliklere oldukça plastik bir tepki gösterir. En verimli şeker kamışı çeşidi, stresli koşullarda daha iyi hayatta kalmaya yardımcı olan, buna bağlı olarak daha az sayıda köke sahip, az sayıda veya optimal sayıda sürgün içeren bir çeşittir. Bu nedenle, kök sisteminin sistematik çalışması, herhangi bir ürün iyileştirme programının önemli bir bileşenini oluşturmalıdır10. Köklere odaklanan deneylerin çoğu çoğunlukla gelişimsel yönlere dayanırken, fonksiyonel plastisiteye odaklanma genellikle eksiktir11. Yapısal dağılımın yanı sıra, fonksiyonel kök plastisitesi stres altında hayatta kalmada çok önemli bir rol oynar ve bu nedenle, yetiştiricileri abiyotik stres toleransı için seçim hattına kök sistemi özelliklerini dahil etme ve şeker kamışının sağlamlığını artırma çabalarında destekleyecektir.

Stresli ortamlarda büyüme ve verimin sürdürülmesindeki önemi göz önüne alındığında, şeker kamışının kök sistemi özelliklerindeki doğal değişkenliği araştırmak ve kullanmak önemlidir. Üstün kök sistemleri kazandıran bileşen özelliklerinin ve mekanizmalarının seçimine yapılan vurgu, değişen iklim koşullarında daha iyi mahsul performansı için ileriye giden yoldur. Fenotipik değerlendirme uzun ve maliyetli bir süreçtir; Bununla birlikte, çok yönlü yaklaşımların entegrasyonu, mahsul iyileştirmedeki faydasına muazzam bir değer katacaktır. Bu el yazmasında, şeker kamışında kök fenotiplemesi için dört farklı yaklaşım tanımlanmıştır, her biri kendi yararları ve dezavantajları vardır, bu da kapsamlı ve bütünsel sonuçlara ulaşmak için ortak bir çabanın gerekli olduğunu ima eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Hendek örneklemesi ile saha kazısı

  1. Tarlada ticari şeker kamışı melezlerini (bundan böyle "çeşitler" olarak anılacaktır), 120 cm'lik bir sıra aralığında, 90 cm'si sıralar içinde olacak şekilde, önerilen uygulama paketini (POP) izleyerek yetiştirin.
  2. Mahsulün olgunluk aşamasının sonunda, tarlada bir hendek (1,5 m derinliğinde ve 1,0 m genişliğinde) kazmak için bir ekskavatör kullanın. Sürekli su jeti ile köklere zarar vermeden kök bölgelerinden toprakların temizlenmesini sağlayın (Şekil 1).
  3. Yapışan toprak gevşediğinde, kamışı kök sistemi ile birlikte sökün ve kök sayısının, kök uzunluğunun, hacminin ve ağırlığının manuel olarak ölçülmesi için laboratuvara götürün.

figure-protocol-1
Şekil 1: Köklerin arazi kazısı için hendek örnekleme yöntemi. (A) Tarla boyunca kazılmış yana doğru hendek, (B) su jeti ve (C) açmanın derinliğini gösteren iç görünüm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Örnekleme hatalarını azaltmak için kök çekirdek örnekleyici

  1. Tarlada şeker kamışı kökü örneklemesi için yumuşak çelik (MS) malzeme kullanılarak imal edilmiş, 61 cm yüksekliğinde ve 16 cm çapında, 8 kg ağırlığında silindirik bir kök çekirdek örnekleyici kullanın. Toprağa yerleştirirken kolay nüfuz etmesini kolaylaştırmak için örnekleyicinin alt kenarında keskin bir kenar sağlayın. Örnekleyiciyi kaldırmak için üst kısma 3 cm çapında bilezikler sağlayın (Şekil 2).
  2. Tarladaki şeker kamışı çeşitlerini, iyi mahsul oluşumu ve büyümesini sağlamak için önerilen POP'u takip ederek, 120 cm sıra aralığında, sıra içinde 90 cm olacak şekilde ekilen iki tomurcuklu setlerden yetiştirin.
  3. Mahsulün olgunluk aşamasında, numune alma cihazının üst kenarını birincil sürgüne/bastona sabitleyin ve istenen toprak derinliğine (45 cm) ulaşmak için sürekli olarak çekiçleyin. Tüm toprak kütlesini örnekleyiciye kaldırın ve yapışan kökleri ayırmak için akan su altında dikkatlice yıkayın.
  4. Kökleri iyice yıkadıktan sonra, manuel ölçümle ve ayrıca referans verilen yazılımı kullanarak ilgili sayısallaştırılmış görüntüleri taramak ve analiz etmek için kökleri şeffaf tepsilere yayarak hacmi, yüzey alanını, uzunluğu ve ağırlığı kaydedin (bkz. Malzeme Tablosu).

figure-protocol-2
Şekil 2: Kök çekirdek örnekleyici. (A) Boyutlar, (B) üstten görünüm ve (C) örnekleme alanı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. Farklı fenofazlarda örneklemeyi kolaylaştırmak için kök fenotipleme yapısı

  1. Şeker kamışı köklerinden numune almak için 4,5 m x 10,1 m boyutlarında üç bitişik bölmeden oluşan bir kök fenotipleme yapısı oluşturun ve yeraltı kök sistemini (80-100 cm derinliğe kadar) ortaya çıkarmak için yan duvarların manuel olarak sökülmesi için hükümler oluşturun (Şekil 3). Yan duvarları 1,8 m uzunluğunda, 30 cm genişliğinde ve 4 cm kalınlığında prekast plakalarla inşa edin.
  2. Yapının tarla toprağı ile doldurun ve sıkıştırın, ~ 20 cm'lik bir üst boşluk bırakın ve toprağın havalanmasını kolaylaştırmak için yeterli drenaj delikleri bırakın.
  3. Saccharum officinarum L., Saccharum spontaneum L., Saccharum barberi Jesw., Saccharum sinense Roxb. ve Saccharum robustum Brandes ve Jeswiet ex Grassl'ı içeren germplazm klonlarının tomurcuk cipslerini ekin. (bundan böyle "Saccharum spp. klonları" olarak anılacaktır) ve köklendirme ortamı içeren protraylarda 30 gün boyunca çimlenmelerine izin verin (kırmızı toprak: çiftlik gübresi: kum = 2: 2: 2: 1). İyi mahsul oluşumu ve büyümesini sağlamak için önerilen POP'u izleyerek, 90 cm'lik bir sıra aralığında, 60 cm'lik bir sıra aralığında, düzgün ve sağlıklı yerleşimleri yapıya nakledin.
  4. Biçimlendirici (ekimden 60-120 gün sonra [DAP]) ve büyük büyüme (120-150 DAP) aşamaları sırasında, prekast plakalardan yapılmış yan duvarları manuel olarak çıkarın, ardından kökleri açığa çıkarmak için su jeti sürekli olarak püskürtülür.
  5. Tüm kök sistemini sökün ve uzunluk, hacim ve ağırlığın manuel ölçümü için laboratuvara götürün ve referans verilen yazılımda karşılık gelen sayısallaştırılmış görüntüleri taramak ve analiz etmek için kökleri şeffaf tepsilere yayın (bkz. Malzeme Tablosu).
  6. Bölmelerden birinde sulamayı durdurarak kuraklık stresi uygulayın ve su basması stresini simüle etmek için toprak doygunluğunu korumak için ikinci bölmedeki drenaj deliklerini kapatın. Tarla kapasitesini korumak ve kontrol görevi görmek için üçüncü bölmeyi önerilen POP'a göre sulayın.

figure-protocol-3
Şekil 3: Kök fenotipleme yapısı. (A) Boyutlar, (B) üç bölmeye genel bakış ve (C) bir bölmenin görünümü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

4. Rizosfer biyolojisini incelemek için bitkilerin hidroponik kültürü

  1. Kök biyolojisinin daha ince ayrıntılarını incelemek için şeker kamışı yetiştirmeye elverişli, çevre kontrollü bir serada şirket içi bir hidroponik sistem üretin. Akvaryum pompaları tarafından sağlanan havalandırma ile 15 cm x 20 cm x 20 cm boyutlarındaki cam tanklara ~ 50 L modifiye Hoagland'ın besin solüsyonu (Tablo 50) ekleyin (Şekil 4).
  2. Şeker kamışı çeşitlerinin ve Saccharum spp. klonlarının tomurcuk parçalarını ekin ve kompost hindistan cevizi özü içeren tepsilerde 30 gün boyunca çimlenmelerine izin verin. Düzgün ve sağlıklı çökeltmeleri, tank başına üç çökeltme sıklığında hidroponik tanklara nakledin ve tüm kökü besin çözeltisine yerleştirmeye özen gösterin. Köklerin ışığa maruz kalmamasını sağlamak için tankları siyah bir bezle örtün. Bitkileri dik olarak desteklemek için cam tankların ağzında plastik bir ağ (20 cm x 20 cm) kullanın.
  3. Çimlenme aşamasının sonunda (60 gün), bozulmamış bitkilerin köklerini 50 mL tuzak çözeltisine (steril çift damıtılmış su) 4 saat (0800 saat ila 1200 saat) batırarak kök eksüdalarını toplayın. Toplanan çözeltiyi Whatman filtre kağıdından süzün, ardından anyon değişimi ve ardından katyon değişim reçineleri12 ile doldurulmuş cam sütunlardan geçirin. Ayrıştırılan fraksiyonları kuruyana kadar buharlaştırın ve daha sonraki işlemlere kadar -20 °C'de saklayın.
  4. İşlenmiş kök eksüda örneklerini standart protokole göre organik asitlerin12 belirlenmesi için HPLC ile ve toplam fenoliklerin 13, proteinlerin14, şekerlerin15 ve amino asitlerin16 tahmini için spektrofotometri ile analiz edin.
  5. Kök ucu pigmentasyonunu ve kök kıl yoğunluğunu kaydetmek için kök büyümesini haftalık aralıklarla izleyin. Standart protokole göre 3. ayda enzimlerin, peroksidaz17 ve süperoksit dismutaz18'in aktivitesini ve toplam fenolik içeriği19'u değerlendirin.
  6. Steril bir cerrahi bıçak kullanarak birincil kökte kök ucuna kadar uzunlamasına bir dilim uygulayarak kök yaralanmasına yanıtı değerlendirin ve değişiklikleri periyodik olarak izleyin.
KimyasalSon konsantrasyon
Potasyum nitrat0,608 g· L-1 Serisi
Kalsiyum nitrat1.415 g· L-1 Serisi
Potasyum dihidrojen fosfat0,164 g· L-1 Serisi
Magnezyum sülfat0,560 g· L-1 Serisi
EDTA-ferrik monosodyum tuzu6,00 g·250L-1
Borik asit1,43 g·250L-1
Manganez klorür tetrahidrat0,91 g·250L-1
Çinko sülfat0.11 g·250L-1
Bakır suphate0,04 g·250L-1
Molibdik asit0,01 g250L-1

Tablo 1: Şeker kamışı hidroponik kültürü için modifiye edilmiş besin çözeltisinin bileşimi.

figure-protocol-4
Şekil 4: Hidroponik kurulum. Kurulum (A) şeker kamışı yetiştirmek ve (B) 5 aylık mahsul için özelleştirilmiş (yalnızca fotoğraf çekmek amacıyla siyah bez çıkarılmıştır). Bu şekil Hari ve ark.9'dan değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şeker kamışı çeşitlerinin kök morfolojik özelliklerinde varyasyon
Hendek örneklemesi ile tarladan kazılan ve hidroponik bir kurulumda yetiştirilen Co 62175'teki kök sisteminin temsili görüntüleri Şekil 5A,B'de sunulmuştur. Co 62175 ve Co 99006 çeşitlerinde uzun kökler (~ 100 cm) gözlenirken, Co 99006 en yüksek kök ağırlığını (127 g · topak-1) kaydetmiştir. Kök özellikleri, Co 62175'in kümülatif kök uzunluğu, kök yüzey alanı ve kök hacmi açısınd...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kök sistemleri, şeker kamışının yer üstü verimliliğini tanımlar ve iklime dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi için tüm yönlerinin kapsamlı bir şekilde araştırılmasını ve anlaşılmasını gerektirir. ICAR-SBI'de bitki fizyologları, bir mikrobiyolog, bir ziraat mühendisi, bir biyokimyacı ve bitki ıslahçılarından oluşan bir bilim insanı ekibi, şeker kamışı kök fenotiplemesi için hendek örneklemesi ile saha kazısı, kök çekirdek örnekleyici kullanımı, kök örneklemesi için yükseltilmiş platformla...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan eder.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, şeker kamışı için kök fenotipleme tesisleri kurmak için ICAR-Şeker Kamışı Yetiştirme Enstitüsü, Coimbatore Direktörü tarafından sağlanan altyapıyı ve desteği kabul etmektedir. Hindistan Hükümeti Bilim ve Teknoloji Departmanı Bilim ve Mühendislik Araştırma Kurulu tarafından KV'ye Erken Kariyer Araştırma Ödülü (ECR/2017/000738) şeklinde sağlanan finansman, usulüne uygun olarak kabul edilmektedir. Yazarlar, titiz bir şekilde veri üretmedeki yardımları için Brindha, Karpagam, Rajesh, Sivaraj ve Amburose'a teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Boru hattı aksesuarlarına sahip havalandırma pompasıYerel kaynaklardan satın alındıNAHidroponik şeker kamışı kültürü için kullanılır
Borik asitSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan80266Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Kalsiyum nitratMerkez Uyuşturucu Evi, Hindistan27606Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Kompostlanmış hindistan cevizi özüYerel kaynaklardan satın alındıNAŞeker kamışı setlerini çimlendirmek için kullanılır
bakır sülfatSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan38869Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
DEAE-selülozSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan10529Kök Eksüdalarının İşlenmesi için Anyon Değişim Reçinesi
EDTA-ferrik monosodyum tuzuSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan59389Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Çiftlik bahçesi gübresiYerel kaynaklardan satın alındıNAŞeker kamışı setlerini çimlendirmek için kullanılır
Cam tanklarŞirket içinde üretilmiştirNAHidroponik şeker kamışı kültürü için kullanılır
HPLC HakkındaAgilent Teknolojileri1200 SonsuzlukKök eksüdalarındaki organik asitlerin miktarının belirlenmesi
Magnezyum sülfatSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan29117Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Manganez klorürSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan75113Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Molibdik asitSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan49664Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Potasyum dihidrojen fosfatMerkez Uyuşturucu Evi, Hindistan29608Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
Potasyum nitratMerkez Uyuşturucu Evi, Hindistan29638Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması
TepsilerŞirket içinde üretilmiştirNAŞeker kamışı setlerini çimlendirmek için kullanılır
Kırmızı toprakYerel kaynaklardan satın alındıNAŞeker kamışı setlerini çimlendirmek için kullanılır
Kök çekirdek örnekleyiciŞirket içinde üretilmiştirNAYerinde kök örneklemesi için kullanılır
KumYerel kaynaklardan satın alındıNAŞeker kamışı setlerini çimlendirmek için kullanılır
Seralit-120Sisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan14891Kök eksüdalarının işlenmesi için katyon değişim reçinesi
Destek çerçevesiYerel kaynaklardan satın alındıNAHidroponik şeker kamışı kültürü için kullanılır
Su motoru pompasıYerel kaynaklardan satın alındıNAHidroponik şeker kamışı kültürü için kullanılır
Whatman filtre kağıdı sınıf 1Evrensel Bilimsel1001090Kök sızıntılarının işlenmesi
WinRhizo PRO (yazılım)Regent Instruments Inc., KanadaSTD4800Köklerin analizi için yazılıma sahip iki boyutlu kök tarayıcı
Çinko sülfatSisco Araştırma Laboratuvarları, Hindistan76455Modifiye Hoagland çözeltisinin hazırlanması

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Crops and livestock products. FAOSTAT. , Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (2019).
  2. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
  3. Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J. Growth and function of the sugarcane root system. Field Crops Research. 92 (2-3), 169-183 (2005).
  4. Glover, J. The behaviour of the root-system of sugarcane at and after harvest. Proceedings of the South African Sugar Technologists Association. 42, 133-135 (1968).
  5. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Sugarcane root systems: Studies in development and anatomy. Agricultural Journal of India. 17 (4), 416-418 (1922).
  6. Saliendra, N. Z., Meinzer, F. C. Genotypic, developmental and drought-induced differences in root hydraulic conductance of contrasting sugarcane cultivars. Journal of Experimental Botany. 43 (9), 1209-1217 (1992).
  7. Gilbert, R. A., Rainbolt, C. R., Morris, D. R., Bennet, A. C. Morphological responses of sugarcane to long-term flooding. Agronomy Journal. 99 (6), 1622-1628 (2007).
  8. Shiotsu, F., Abe, J., Doi, T., Gau, M., Morita, S. Root morphology and anatomy of field-grown Erianthus arundinaceus. American Journal of Plant Sciences. 6 (1), 103-112 (2015).
  9. Hari, K., Vasantha, S., Anna Durai, A., Brindha, C., Shruthi, P. Sugarcane root growth and development in hydroponics system. Journal of Sugarcane Research. 7 (2), 71-82 (2017).
  10. Matsuoka, S., Garcia, A. A. F. Sugarcane underground organs: Going deep for sustainable production. Tropical Plant Biology. 4, 22-30 (2011).
  11. Koevoets, I. T., Venema, J. H., Elzenga, J. T. M., Testerink, C. Roots withstanding their environment: Exploiting root system architecture responses to abiotic stress to improve crop tolerance. Frontiers in Plant Science. 7, 1335(2016).
  12. Vengavasi, K., Pandey, R. Root exudation index: Screening organic acid exudation and phosphorus acquisition efficiency in soybean genotypes. Crop and Pasture Science. 67 (10), 1096-1109 (2017).
  13. Bray, H. G., Thorpe, W. V. Analysis of phenolic compounds of interest in metabolism. Methods of Biochemical Analysis. 1, 27-52 (1954).
  14. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., Randall, R. J. Protein measurement with the folin phenol reagent. The Journal of Biological Chemistry. 193 (1), 265-275 (1951).
  15. Hedge, J. E., Hofreiter, B. T. Determination of total carbohydrate by anthrone method. Carbohydrate Chemistry: Volume 17. , Academic Press. New York. (1962).
  16. Moore, S., Stein, W. H. Polyphenol oxidase. Methods in Enzymology. Vol 468. , Academic Press. New York. (1948).
  17. Malik, C. P., Singh, M. B. Plant Enzymology and Histo-enzymology: A text manual. , Kalyani Publications. New Delhi. (1980).
  18. Beauchamp, C., Fridovich, I. Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry. 44, 276-287 (1971).
  19. Singleton, V. L., Rossi, J. A. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic- phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture. 16, 144-158 (1965).
  20. Rege, R. D., Wagle, P. V. Problems of sugarcane physiology in the Deccan canal tract. III. The root-system. The Indian Journal of Agricultural Science. 2 (3), 356-373 (1940).
  21. Ryker, T. C., Edgerton, C. W. Studies on sugar cane roots. LSU Agricultural Experiment Station Reports. 223, (1931).
  22. Jensen, J. H. Some studies of root habits of sugar cane in Cuba. The Tropical Plant Research Foundation. , New York. (1931).
  23. Kücke, M., Schmid, H., Spiess, A. A comparison of four methods for measuring roots of field crops in three contrasting soils. Plant and Soil. 172 (1), 63-71 (1995).
  24. Noordwijk, M., et al. Trench Profile Techniques and Core Break Methods. Root Methods: A handbook. , Springer. Berlin, Heidelberg. (2001).
  25. De Azevedo, M. C. B., Chopart, J. L., Medina, C. C. Sugarcane root length density and distribution from root intersection counting on a trench-profile. Scientia Agricola. 68 (1), 94-101 (2011).
  26. Nissen, T., Rodriguez, V., Wander, M. Sampling soybean roots: A comparison of excavation and coring methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 39 (11-12), 1875-1883 (2008).
  27. Burridge, J. D., et al. An analysis of soil coring strategies to estimate root depth in maize (Zea mays) and common bean (Phaseolus vulgaris). Plant Phenomics. 2020, 3252703(2020).
  28. Schroth, G., Kolbe, D. A method of processing soil core samples for root studies by subsampling. Biology and Fertility of Soils. 18, 60-62 (1994).
  29. Chandran, K., Nisha, M., Arun Kumar, R., Krishnapriya, V. Breeding varieties resistant to waterlogging. ICAR-SBI Annual Report 2016-17. , 128(2016).
  30. Wu, Q., Wu, J., Zheng, B., Guo, Y. Optimizing soil-coring strategies to quantify root-length-density distribution in field-grown maize: Virtual coring trials using 3-D root architecture models. Annals of Botany. 121 (5), 809-819 (2018).
  31. Joshi, D. C., et al. Development of a phenotyping platform for high throughput screening of nodal root angle in sorghum. Plant Methods. 13, 56(2017).
  32. Koyama, T., Murakami, S., Karasawa, T., Ejiri, M., Shiono, K. Complete root specimen of plants grown in soil-filled root box: Sampling, measuring, and staining method. Plant Methods. 17, 97(2021).
  33. Gomathi, R., Gururaja Rao, P. N., Chandran, K., Selvi, A. Adaptive responses of sugarcane to waterlogging stress: An overview. Sugar Tech. 17, 325-338 (2014).
  34. Misra, V., et al. Morphological assessment of water stressed sugarcane: a comparison of waterlogged and drought affected crop. Saudi Journal of Biological Sciences. 27 (5), 1228-1236 (2020).
  35. Robinson, N., et al. Sugarcane genotypes differ in internal nitrogen use efficiency. Functional Plant Biology. 34 (12), 1122-1129 (2007).
  36. Arruda, B., et al. Biological and morphological traits of sugarcane roots in relation to phosphorus uptake. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 16 (4), 901-915 (2016).
  37. Sharma, S., Borah, P., Meena, M. K., Bindraban, P., Pandey, R. Evaluation of genotypic variation for growth of rice seedlings under optimized hydroponics medium. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 78 (3), 292-301 (2018).
  38. Soumya, P. R., Singh, D., Sharma, S., Singh, A. M., Pandey, R. Evaluation of diverse wheat (Triticum aestivum) and triticale (× Triticosecale) genotypes for low phosphorus stress tolerance in soil and hydroponic conditions. Journal of Soil Science. 21, 1236-1251 (2021).
  39. Ganie, A. H., et al. Metabolite profiling and network analysis reveal coordinated changes in low-N tolerant and low-N sensitive maize genotypes under nitrogen deficiency and restoration conditions. Plants. 9 (11), 1459(2020).
  40. Venkatraman, T. S., Thomas, R. Simple contrivances for studying root development in agricultural crops. Agricultural Journal of India. 18, 509-514 (1923).
  41. Clark, R. T., et al. High-throughput two-dimensional root system phenotyping platform facilitates genetic analysis of root growth and development. Plant, Cell and Environment. 36 (2), 454-466 (2013).
  42. Chopart, J. L., Rodrigues, S. R., Azevedo, M. C. B., Medina, C. C. Estimating sugarcane root length density through root mapping and orientation modelling. Plant and Soil. 313, 101-112 (2008).
  43. Chopart, J. L., Azevedo, M. C. B., Le Mezo, L., Marion, D. Functional relationship between sugarcane root biomass and length for cropping system applications. Sugar Tech. 12 (3-4), 317-321 (2010).
  44. De Silva, A. L. C., De Costa, W. A. J. M., Bandara, D. M. U. S. Growth of root system and the patterns of soil moisture utilization in sugarcane under rain-fed and irrigated conditions in Sri Lanka. Sugar Tech. 13 (3), 198-205 (2011).
  45. Otto, R., Silva, A. P., Franco, H. C. J., Oliveira, E. C. A., Trivelin, P. C. O. High soil penetration resistance reduces sugarcane root system development. Soil and Tillage Research. 117, 201-210 (2011).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

eker Kam K k FenotiplemesiK k Sistemi zellikleriHendek rneklemesiK k Karot rneklendiricisiHidroponik K lt rRizosfer BiyolojisiK k MorfolojisiK k EksudalarK k PlastisitesiAnatomik al malar

İlgili makaleler