Name: RGB ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-08T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 37 s
Description: Öğrenin, bitki fenotipleme ve yetiştirme araştırmalarında RGB ve hiperspektral görüntüleme yöntemlerini kullanarak topraklı rizokutularda kök sistemlerini nasıl analiz edeceğinizi. Bu teknik, kök mimarisi ve işlevselliği hakkında kapsamlı bilgi sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar Avusturyalı Bilim Fonu FWF proje numarası P 25190-B16 (kuraklık direnci kökleri) üzerinden fon kabul etmiş oluyorsunuz. Hyperspectral görüntüleme altyapısı kurulması Mali Federal hükümet, aşağı Avusturya (arazi Niederösterreich) yolu ile proje K3-F-282/001-2012 tarafından desteklenmiştir. Şeker pancarı deney AGRANA araştırma alındığı için ek finansman &#38; yenilik Merkezi GmbH (ARIC). Yazarlar Craig Jackson deney ve İngilizce el yazması düzeltilmesi sırasında teknik destek için teşekkür ederiz. Biz de Markus Freudhofmaier kurulması için RGB görüntü kurulum katkıda bulunmuş ve Josef Schodl rhizobox montaj yapımı için kabul edersiniz.

<ol><li>Kutschera, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKutschera%2C+L+%22Wurzelatlas+mitteleurop%C3%A4ischer+Ackerunkr%C3%A4uter+und+Kulturpflanzen%22">Wurzelatlas mitteleuropäischer Ackerunkräuter und Kulturpflanzen</a>. , DLG-Verlags-GmbH, Frankfurt am Main. (1960).</li>
<li>Kenrick, P., Strullu-Derrien, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origin+and+early+evolution+of+roots%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">The origin and early evolution of roots.</a> Plant Physiol. 166, 570-580 (2014).</li>
<li>Franklin, J., Serra-Diaz, J. M., Syphard, A. D., Regan, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+change+and+terrestrial+plant+community+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Global change and terrestrial plant community dynamics.</a> PNAS. 113, 3725-3734 (2016).</li>
<li>MacDonald, G. K., Bennett, E. M., Potter, P. A., Ramankutty, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Agronomic+phosphorus+imbalances+across+the+world%27s+croplands%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Agronomic phosphorus imbalances across the world's croplands.</a> PNAS. 108, 3086-3091 (2011).</li>
<li>Vörösmarty, C. J., Green, P., Salisbury, J., Lammers, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+water+resources%3A+vulnerability+from+climate+change+and+population+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Global water resources: vulnerability from climate change and population growth.</a> Science. 289, 284(2000).</li>
<li>Lobell, D. B., Cassman, K. G., Field, C. B. <a target="_blank" href="http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.environ.041008.093740">Crop yield gaps: their importance, magnitudes, and causes.</a> Annu. Rev. Environ. Resour. 34, 179-204 (2009).</li>
<li>Angus, J. F., Van Herwaarden, A. F. <a target="_blank" href="https://dl.sciencesocieties.org/publications/aj/abstracts/93/2/290">Increasing water use and water use efficiency in dryland wheat.</a> Agron. J. 93, 290-298 (2001).</li>
<li>Lassaletta, L., Billen, G., Grizzetti, B., Anglade, J., Garnier, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/9/10/105011/meta">50 year trends in nitrogen use efficiency of world cropping systems: the relationship between yield and nitrogen input to cropland.</a> Environ. Res. Lett. 9 (10), 105011(2014).</li>
<li>Lynch, J. P. <a target="_blank" href="https://media.eurekalert.org/aaasnewsroom/2010/FIL_000000000282/RSGR.pdf">Roots of the second green revolution.</a> Aust. J Bot. 55, 493-512 (2007).</li>
<li>Comas, L. H., Becker, S. R., Von Mark, V. C., Byrne, P. F., Dierig, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Root+traits+contributing+to+plant+productivity+under+drought%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Root traits contributing to plant productivity under drought.</a> Front. Plant Sci. 4, 442(2013).</li>
<li>Metcalfe, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+extracting+plant+roots+from+soil+which+facilitates+rapid+sample+processing+without+compromising+measurement+accuracy%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytol%22%5BJournal%5D)">A method for extracting plant roots from soil which facilitates rapid sample processing without compromising measurement accuracy.</a> New Phytol. 174, 697-703 (2007).</li>
<li>Kutschera, L., Lichtenegger, E., Sobotik, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKutschera%2C+L+%22Wurzelatlas+der+Kulturpflanzen+gem%C3%A4%C3%9Figter+Gebiete+mit+Arten+des+Feldgem%C3%BCsebaues%22">Wurzelatlas der Kulturpflanzen gemäßigter Gebiete mit Arten des Feldgemüsebaues</a>. , DLG-Verlag, Frankfurt am Main. (2009).</li>
<li>Gioia, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/FP/FP16128">GrowScreen-PaGe, a non-invasive, high-throughput phenotyping system based on germination paper to quantify crop phenotypic diversity and plasticity of root traits under varying nutrient supply.</a> Funct. Plant Biol. 44, 76-93 (2017).</li>
<li>Watt, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+rapid%2C+controlled-environment+seedling+root+screen+for+wheat+correlates+well+with+rooting+depths+at+vegetative%2C+but+not+reproductive%2C+stages+at+two+field+sites%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Bot%22%5BJournal%5D)">A rapid, controlled-environment seedling root screen for wheat correlates well with rooting depths at vegetative, but not reproductive, stages at two field sites.</a> Ann. Bot. 112, 447-455 (2013).</li>
<li>Fiorani, F., Schurr, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Future+scenarios+for+plant+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Future scenarios for plant phenotyping.</a> Annu. Rev Plant Biol. 64, 267-291 (2013).</li>
<li>Metzner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+comparison+of+MRI+and+X-ray+CT+technologies+for+3D+imaging+of+root+systems+in+soil%3A+potential+and+challenges+for+root+trait+quantification%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">Direct comparison of MRI and X-ray CT technologies for 3D imaging of root systems in soil: potential and challenges for root trait quantification.</a> Plant Methods. 11, 1(2015).</li>
<li>Choat, B., Badel, E., Burlett, R., Delzon, S., Cochard, H., Jansen, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Herve_Cochard/publication/294244494_Choat-et-al-2015/links/56bf0bf408ae2f498ef7e2f9.pdf">Non-invasive measurement of vulnerability to drought induced embolism by X-ray microtomography.</a> Plant Physiol. 170, 273-282 (2015).</li>
<li>Metzner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+comparison+of+MRI+and+X-ray+CT+technologies+for+3D+imaging+of+root+systems+in+soil%3A+potential+and+challenges+for+root+trait+quantification%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">Direct comparison of MRI and X-ray CT technologies for 3D imaging of root systems in soil: potential and challenges for root trait quantification.</a> Plant Methods. 11, 1(2015).</li>
<li>Le Marié, C., Kirchgessner, N., Marschall, D., Walter, A., Hund, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rhizoslides%3A+paper-based+growth+system+for+non-destructive%2C+high+throughput+phenotyping+of+root+development+by+means+of+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">Rhizoslides: paper-based growth system for non-destructive, high throughput phenotyping of root development by means of image analysis.</a> Plant Methods. 10, 1(2014).</li>
<li>Bengough, A. G., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1023/B:PLSO.0000037029.82618.27">Gel observation chamber for rapid screening of root traits in cereal seedlings.</a> Plant Soil. 262, 63-70 (2004).</li>
<li>Nagel, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/FP/FP12023">GROWSCREEN-Rhizo is a novel phenotyping robot enabling simultaneous measurements of root and shoot growth for plants grown in soil-filled rhizotrons.</a> Funct. Plant Biol. 39, 891-904 (2012).</li>
<li>Price, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429002000126">Upland rice grown in soil-filled chambers and exposed to contrasting water-deficit regimes: I. Root distribution, water use and plant water status.</a> Field Crops Res. 76, 11-24 (2002).</li>
<li>Vadez, V. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429014000872">Root hydraulics: the forgotten side of roots in drought adaptation.</a> Field Crops Res. 165, 15-24 (2014).</li>
<li>Dane, J. H., Hopmans, J. W. Pressure plate extractor. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDane%2C+JH+%22Methods+of+soil+analysis.+Part+4.+Physical+methods%22">Methods of soil analysis. Part 4. Physical methods</a>. Dane, J. H., Topp, G. C. , SSSA Inc. Madison, Wisconsin, USA. 688-690 (2002).</li>
<li>Wösten, J. H. M., Pachepsky, Y. A., Rawls, W. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169401004644">Pedotransfer functions: bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics.</a> J. Hydrol. 251, 123-150 (2001).</li>
<li>Passioura, J. B. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/FP/FP06223">The perils of pot experiments.</a> Funct. Plant Biol. 33, 1075-1079 (2006).</li>
<li>Dorrepaal, R., Malegori, C., Gowen, A. <a target="_blank" href="http://www.impublications.com/content/abstract?code=J24_0089">Tutorial: Time series hyperspectral image analysis.</a> J. Near Infrared Spec. 24, 89-107 (2016).</li>
<li>Kim, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive+image-derived+indices+of+water-stressed+plants+using+hyperspectral+imaging+in+SWIR+and+histogram+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Scie+rep%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive image-derived indices of water-stressed plants using hyperspectral imaging in SWIR and histogram analysis.</a> Scie rep. 5, (2015).</li>
<li>Humplík, J. F., Lazár, D., Husičková, A., Spíchal, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+phenotyping+of+plant+shoots+using+imaging+methods+for+analysis+of+plant+stress+responses-a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">Automated phenotyping of plant shoots using imaging methods for analysis of plant stress responses-a review.</a> Plant Methods. 11, 29(2015).</li>
<li>Lobell, D. B., Asner, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moisture+effects+on+soil+reflectance%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Moisture effects on soil reflectance.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 66, 722-727 (2002).</li>
<li>Esquerre, C., Gowen, A. A., Burger, J., Downey, G., O'Donnell, C. P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169743912000408">Suppressing sample morphology effects in near infrared spectral imaging using chemometric data pre-treatments.</a> Chemometr. Intell. Lab. 117, 129-137 (2012).</li>
<li>Williams, P. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localized+flux+maxima+of+arsenic%2C+lead%2C+and+iron+around+root+apices+in+flooded+lowland+rice%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Localized flux maxima of arsenic, lead, and iron around root apices in flooded lowland rice.</a> Environ Sci. Technol. 48, 8498-8506 (2014).</li>
<li>Cseresnyés, I., Takács, T., Végh, K. R., Anton, A., Rajkai, K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1164556312001021">Electrical impedance and capacitance method: a new approach for detection of functional aspects of arbuscular mycorrhizal colonization in maize.</a> Eur. J Soil Biol. 54, 25-31 (2013).</li>
<li>Brown, M., Lowe, D. G. <a target="_blank" href="http://matthewalunbrown.com/papers/ijcv2007.pdf">Automatic panoramic image stitching using invariant features.</a> Int. J. Comput. Vision. 74, 59-73 (2007).</li>
<li>Jiang, Y., Li, C., Takeda, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nondestructive+detection+and+quantification+of+blueberry+bruising+using+near-infrared+%28NIR%29+hyperspectral+reflectance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Nondestructive detection and quantification of blueberry bruising using near-infrared (NIR) hyperspectral reflectance imaging.</a> Scientific Reports. 6, 35679(2016).</li>
<li>Chang, C. -W., Laird, D. A., Mausbach, M. J., Hurburgh, C. R. <a target="_blank" href="http://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1718&context=abe_eng_pubs">Near-infrared reflectance spectroscopy-principal components regression analyses of soil properties.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 65, 480-490 (2001).</li>
<li>Leitner, D., Felderer, B., Vontobel, P., Schnepf, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recovering+root+system+traits+using+image+analysis+exemplified+by+two-dimensional+neutron+radiography+images+of+lupine%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Recovering root system traits using image analysis exemplified by two-dimensional neutron radiography images of lupine.</a> Plant Physiol. 164 (1), 24-35 (2014).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Protokoller iki tamamlayıcı yaklaşımlar kök sistemi görüntüleme yetiştirilen toprak için sağlar. Güvenilir deneysel sonuçlar için önemli bir adım, hatta ve homojen yüzey katmanında izleme penceresi sıkı kök-toprak temas sağlamak ve hava boşlukları engellemek için ön cam temin etmelidir rhizoboxes doluyor. Bu nispeten ince elenmiş toprak kullanmak için temel sebebi &#60; 2 mm: büyük toplamları neden daha yüksek yüzey morfolojisi, toplamları arasındaki boşlukları ile gözetleme penceresi içinde. Kök ipucu dehidratasyon daha yüksek bir risk yanı sıra, bu da su eşleme31için daha karmaşık görüntü işleme teknikleri gerektirir.
Değişiklikleri Protokolü'nün bu nedenle rhizoboxes geliştirilmiş ve hızlı dolum üzerinde odaklanın. Şu anda zaman doldurma kutu başına yaklaşık 30 dakika var. Ayrıca her iki taraf ve aydınlatma homojenliği daha iyi RGB görüntüler için en iyi duruma getirmek için değişiklikleri görüntüleme için rhizoboxes iki cam pencere ile kullanımını test. Daha fazla donanım uzantısı düzlemsel optodes32 yanı sıra33 görüntüleme rhizobox sistemi kapasitans entegrasyonu de düşünebilirsiniz. Ancak bu geçerli yükseltme etkinlikler olduğu.
Yazılım değişiklikler RBG görüntüleri34alt ve üst sigorta için otomatik görüntü kaydı odaklanmak. SVMs35 test gibi hyperspectral için daha hassas denetim altında hedef algılama yöntemlerinin yanı sıra28 görüntüleme gelişmiş denetimsiz özellik çıkarma yaklaşıyor. Böylece hyperspectral veri olanak sağlayabilecek birden çok toprak, rizosferde ve kök özellikleri36değerlendirmesi için. Ayrıca bir (yarı) geliştirmek amacıyla mimari özellikleri (dallanma frekans, açıları dallanma) yanı sıra yazılım morfolojik ölçmek için kök sistem Analyzer37 değiştirilmiş bir sürümünü temel rhizobox kök görüntüleri (uzunluk, çapı, yüzey) için automatized.
Ana 3D görüntüleme yaklaşımlar karşılaştırıldığında Protokolü rizosferde özellikleri ve yüzey görünür kök için kısıtlama kısıtlamasıdır. Ancak görünür kök özellikleri tüm kök sistemi21için güvenilir bir proxy vardır kanıtlanmıştır. Rhizobox tekniği kolayca geleneksel yıkıcı örnekleme (Toplam kök sistemi özellikleri vs görünür ilişkisi karşılaştırarak doğrulamak için dinamik büyüme Imaging sonunda yıkama) ile birleştirilmiştir. Bu ilişki türleri21arasında değişebilir, yıkıcı örnekleme farklı bitki türleri ile yeni fenotipleme Serisi görünür özellikleri üzerinden güvenilir kesmesi sağlamak için önerilir.
Burada sunulan Protokolü önemli avantajı gerçekçi yetişme şartlarına (toprak), nispeten yüksek potansiyel üretim geçici çözümlenmiş RGB görüntüleme ve kök işlevlerini (örneğin su alımı) hyperspectral görüntüleme chemometric kök ve rizosferde verilerinden ile çıkarsama için oluşur. Böylece yöntemleri yüksek işlem hacmi fide ve kısmen işlevsel süreçleri içine derin fenotipleme anlayışlar ile daha az deneysel karmaşıklığı ve gelişmiş 3D yöntemleri15' e kıyasla daha yüksek aktarıma izin verirken yöntemleri14, Imaging toprak olmayan kök kesmesi kısıtlamaları üstesinden gelir.
Yaklaşan deneylerde mikorizasız kök sistemi geliştirme ve baklagiller de toprak yapısı, azot ve karbon kapak kırpma türün fenotipleme kök özelliklerini gelince işlevselliğini etkisini incelemek için iletişim kuralının kullanılacağını Bisiklete binme.

Kökleri depolanmasını gibi bitkiler için birkaç temel işlevleri sağlar assimilates, anchorage karasal bitkiler toprak, ve alımı ve taşıma su ve besin1. Evrimsel bir bakış açısından kök eksenleri oluşumu arazi bitkiler2kökeni için temel bir ön şart olarak kabul edilir. Bu önemli rolü rağmen tarihsel kökleri Biyolojik araştırma sadece marjinal bir konumda işgal. Daha yakın zamanlarda, ancak, orada bitki kök sistemleri olarak şekil 1' deki kanıtladığı bilimsel ilgi artmaktadır.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56251/56251fig1.jpg"> 
Resim 1: Alaka bitki Bilimleri kök çalışmaların. Kök sayısı son on yıl içinde SCI günlüklerdeki tüm yayımlanmış tesisi çalışmaları yüzdesi olarak çalışmaları ile ilgili. Anahtar kelimeler "bitki" ve "bitki ve kök" kullanarak Scopus sonucu arama. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56251/56251fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
İki sebepten kök araştırma son gelişmeler altında yatan onaylanmadığına karar. İlk, karasal bitki örtüsü küresel değişim3bir sonucu olarak daha sık çevresel stresleri maruz kalmaktadır. Tarım bitkisel üretim bağlamında bu küresel civarında tarım alanı % 30'u su ve fosfor4tarafından,5sınırlıdır tahmin edilmektedir. Stres azaltma ürün verimleri, genel olarak rainfed tarımsal ekosistemler6için potansiyel verimlilik % 50 daha düşük tahmin edilen önemli verim boşluklar için temel bir sebebi vardır. Düşük kaynak kullanılabilirliği yanı sıra, bu zavallı kaynak kullanım verimliliği, yani yetersiz kapasite bir bitkinin kullanılabilir kaynaklar7yararlanmaya da ilgili. Kayıp diğer ekosistemler olumsuz etkileyebilir nitrat gibi telefon kaynaklarının sonuçlanır. Şu anki küresel azot kullanımı verimliliği Örneğin % 478' de tahmin edilmektedir. Daha iyi kaynak kullanımı verimliliği ile gelişmiş yönetim yöntemleri ve çeşitlerin bu nedenle her ikisi için de yüksek öneme sahip sürekli büyüme tarım çıkışlarını de çevresel sürdürülebilirlik gelince. Bu bağlamda bitki kökleri geliştirilmiş bitkileri ve kırpma sistemleri9,10için önemli bir hedef olarak kabul edilir.
İkinci bir önemli arka plan bitki kökleri son ilgi için teknolojik önceden ölçüm yöntemleri yer olduğunu. Kök yöntemleri uzun iki temel zorlukla tarafından kısıtlanmış: kökleri miktar için çoğunlukla11, yıkayarak yalıtılması zorunda kaldılar toprakta büyüyen bitkiler ölçümü için böylece kök eksenleri mimari düzenleme rahatsız. Kazı kullanarak in-situ kök gözlem böylece kökleri toprak, doğal konumunu koruma yöntemleri, botanik açıklama12için kullanılan. Hala çok zaman alan ve böylece karşılaştırmalı yapısal işlevsel kök sistem analizi üretilen iş gereksinimlerini karşılamak değil. Öte yandan yüksek üretilen iş yöntemleri kök mimari ölçüm için çoğunlukla yapay medya ve fide bitkiler13 bitkilerin doğal büyüme ortamına ekstrapolasyon şüpheli14nerede yapılmıştır.
Kök araştırma son patlama sıkıca yöntemleri15Imaging'de ilerlemeye bağlıdır. Kök çalışmaları yaklaşımlar Imaging kabaca üç tip gruplandırılabilir. İlk16CT ve Mr gibi yüksek çözünürlükte 3D yöntemleri vardır. Kuraklık xylem emboli17indüklenen gibi yöntemlerin bitki kökleri toprak ile etkileşim süreçleri eğitim en uygundur. Genellikle burada detaylı gözlemler izin nispeten küçük örnekleri için geçerli olur. BT ve MRG karşılaştırma farklı boy tencere ve iyi kök görüntüleme için18' sağlanır. İkinci olarak, yüksek üretilen iş görüntüleme yöntemleri19,20vardır. Bu çoğunlukla temel alınarak ortak 2D RGB görüntüleme yapay medyada (jel, çimlenme kağıt) büyüyen köklerinin nerede kökleri ve arka plan arasında nispeten basit diseksiyon yüksek karşıtlık sağlar yöntemlerdir. Onlar yüksek üretilen iş karşılaştırma farklı ürün genotip standart yapay büyüyen koşulları13altında fide kök özellikleri arasında uygundur. Bu iki yaklaşım arasında rhizobox yöntemleri şunlardır: onlar toprakta uzun süre boyunca büyüyen köklerinin 2D görüntüsü kullanmak ve orta üretilen iş21,22. Ayrıca göstergeleri kök işlevselliğin yanı sıra yapısı23açıklaması yakalamak için (2D) kök görüntüleme için son bir meydan okumadır.
Bugünkü gazetede biz kök sistemleri kullanarak (i) bir ucuz ve basit özel yapım RGB görüntü kurulum ve (ii) bir daha karmaşık NIR görüntüleme kurulum yetiştirilen rhizobox görüntüleme için deneysel protokol mevcut. Bu iki kurulumları elde edilen örnek sonuçları gösterilen ve bitki fenotipleme ve bitki fizyolojik araştırmaları bağlamında ele.

<table><tbody><tr><td>Rhizobox</td><td>Technisches B&uuml; ro f&uuml; r Bodenkultur</td><td>Deneysel oluşturucu</td><td></td></tr><tr><td>LED Lambalar ATUM HORTI 600</td><td>Klutronic</td><td>AHI10600F</td><td></td></tr><tr><td>Floresan ışık tüpü HiLite T5 Day</td><td>Juwel Aquarium</td><td>86324</td><td></td></tr><tr><td>UV ışık tüpü Eurolite 45cm ince 15 W</td><td>Conrad</td><td>593384 - 62</td><td></td></tr><tr><td>Canon EOS 6D</td><td>Canon Avusturya GmbH</td><td>8035B024</td><td></td></tr><tr><td>Adobe Photoshop CS5 Genişletilmiş Sürüm 12.0 x 32</td><td>Adobe Systems Software Ireland Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>WinRhizo Pro v. 2013</td><td>Regent Instruments Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Xeva-1.7-320 SWIR kamera</td><td>Xenics</td><td>XEN-000105</td><td></td></tr><tr><td>Spektrograf Imspector N25E</td><td>Specim</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hiperspektral görüntüleme tarayıcı</td><td>Carinthian Tech Research AG</td><td>Deneysel oluşturucu</td><td>Hiperspektral Görüntüleme Tarayıcısı ve yazılımı</td></tr><tr><td>Matlab R2106a</td><td>Mathworks</td><td></td> <td>tasarımı ve montajıGörüntü İşleme, Sinyal İşleme ve İstatistik ve Makine Öğrenimi için Araç Kutuları Dahil</td></tr><tr><td>AP4 Poromoeter</td><td>Delta-T-Cihazları</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LI-3100C Alan Ölçer</td><td>LI-COR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BASF Styradur polistiren levhalar</td><td>Obi Baumarkt</td><td>9706318</td><td>Farklı tipte polistiren levhalar veya farklı şekilde nemlendirilmiş toprağı ayıran diğer malzemeler kullanılabilir</td></tr></tbody></table>

rgb ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

Bitki kök dynamics daha iyi anlaşılmasını tarım sistemleri kaynak kullanım verimliliğini artırmak ve kırpma çeşitlerin çevresel streslere karşı dayanıklılığını artırmak için önemlidir. Bir deneysel protokol RGB ve hyperspectral görüntüleme kök sistemleri için sunulmaktadır. Yaklaşım rhizoboxes bitkiler doğal toprakta tam olarak gelişmiş kök sistemleri gözlemlemek için daha uzun bir zaman içinde yetiştiği kullanır. Deneysel ayarları rhizobox bitkileri su stres altında değerlendirilmesi ve kökleri rolü eğitim için örneği. Bir RGB görüntü kurulum ucuz ve hızlı miktar zaman içinde kök gelişimi için tanımlanır. Hyperspectral görüntüleme kök segment RGB renk dayalı eşik için karşılaştırıldığında toprak kökenli geliştirir. Belirli hyperspectral görüntüleme fonksiyonel anlamak için kök-toprak sistemi hakkında chemometric bilgi edinimi gücüdür. Bu yüksek çözünürlüklü su içerik eşleme ile gösterilmiştir. Spektral görüntüleme ancak resim alma, işleme ve analiz için RGB yaklaşım kıyasla daha karmaşık. Her iki yöntem bir arada kapsamlı bir değerlendirme kök sistemi optimize edebilirsiniz. Kök ve yerüstü özellikleri entegre uygulama örnek için bitki fenotipleme ve bitki fizyolojik araştırma içeriği verilmiştir. Daha fazla kök görüntüleme geliştirilmesi RGB görüntü kalitesi farklı ışık kaynakları kullanarak daha iyi aydınlatma ile en iyi duruma getirme ve kök bölge özelliklerini spektral veri türünü anlaması için görüntü analiz yöntemleri uzantısı tarafından elde edilebilir.

Bir deneysel protokol toprak bitki kök sistemleri RGB ve hyperspectral görüntüleme ile yetiştirilen değerlendirilmesi için sunulmaktadır. RGB görüntü zaman serisi hyperspectral chemometric bilgilerle tarar kombinasyonu bitki kök dynamics anlayışlar en iyi duruma getirir.

RGB ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

Bu prosedürün genel amacı, farklı görüntüleme yöntemlerini birleştirerek toprakla doldurulmuş rizobokslarda büyüyen bitki kökleri hakkında kapsamlı bilgiler elde etmektir. Bu yöntem, farklı kök mimarilerinin daha iyi abiyotik stres direncine olan katkısı gibi bitki fenotipleme ve ıslahı alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu yaklaşımın temel avantajı, kök mimarisi için RGB görüntüleme ile kök fonksiyonelliği için hiperspektral görüntülemeyi birleştirmesidir.Kökler için hiperspektral görüntüleme kullanmanın potansiyeli, spektral bilgilerin bitki kökleri tarafından oluşturulan küçük ölçekli fizyokimyasal değişiklikleri ortaya çıkarabilmesi nedeniyle geniş bir rizosfer parametreleri yelpazesine yayılmaktadır. Rizobox doldurma adımlarının dikkatle yapılması gerektiğinden, bu yöntemin görsel gösterimi kritiktir. Aksi takdirde, kök büyümesi ve kök görünürlüğü olumsuz etkilenecektir.Bu prosedüre, metin protokolünde ayrıntılarıyla belirtildiği üzere, substrat dolumu için rizoboksların hazırlanmasıyla başlayın. 3.705 gram kuru toprağa 400 gram su ekleyerek, kuru toprağı gram başına 0,108 gramlık bir gravimetrik su içeriğine gelecek şekilde önceden ıslatın. Homojen bir su dağılımı elde etmek için toprağı ve suyu nazikçe karıştırın.Parçacık boyutunu iki milimetre veya daha küçük tutmak için büyük agregatları manuel olarak parçalayın. Hava boşluklarından kaçınarak, gaz gözlem penceresinin yanına homojen bir toprak tabakası oluşturmak kritik önem taşır. Bitki kök uçları hızla su kaybeder ve hava boşluklarına doğru büyür.Ayrıca, su haritalaması için spektral görüntü kalitesi olumsuz etkilenmektedir. Önceden ıslatılmış toprağı açık rizoboxlara doldurun ve kutunun iç hacmini kaplayan polistiren bir levha kullanarak hafifçe sıkıştırın; böylece 1,3 grams per cubic centimeter değerinde homojen bir hacim yoğunluğu elde edin. Hedeflenen 0,31 cubic centimeters per cubic centimeter su içeriğine ulaşmak için kalan miktardaki suyu bir sprey şişesiyle yüzeye püskürterek ekleyin.Yüzey yapısının bozulmasını önlemek ve homojen bir ıslatma sağlamak için damlacık boyutunun küçük olduğundan emin olun. Altlığa gerçekte eklenen su miktarını izlemek için püskürtme sırasında kutuyu bir terazi üzerinde tutun. Suyun 10 dakika boyunca yeniden dağılmasını bekleyin ve ardından camı yüzeye bastırarak yan metal raylarla sabitleyin.Islatılmış substrat içeren rhizoboxların ortalama son ağırlığı 17.818 ± 68 gramdı. İklim odasını, optimum bitki büyümesi için 440 ve 660 nanometrede spektral piklere sahip, m² başına saniyede 450 mikromol düzeyinde homojen aydınlatma sağlayan sekiz adet LED lamba ile donatın. Ortam parametrelerini bitki ve deney ihtiyaçlarına göre ayarladıktan sonra, kök bölgesini karanlıkta tutmak ve cam yüzeyden sızan ışığa bağlı alg oluşumunu önlemek için cam pencereyi ahşap bir plaka ile kapatın.Ardından, uygun bir metal çerçeve kullanarak rizoboksları 45 derecelik bir eğimle yerleştirin. Bu işlem, gravitropizm nedeniyle kök büyümesinin cam yüzeye doğru maksimize edilmesini sağlar. RGB kök görüntülemesi için rizoboksu, rizobokstan 80 santimetre uzaklıkta sabitlenmiş dört adet 24 watt'lık floresan lamba ile aydınlatın.Kök ile açık renkli substrat arka planı arasında düşük kontrast olması durumunda, kök otofloresansından yararlanmak için rizoboks'un alternatif aydınlatmasına 20 santimetre uzaklıkta dört adet 15 watt'lık UV tüpü monte edin. UV lambaları açın ve ardından görüntülecek olan rizoboks'u görüntüleme kutusunun tutucusuna yerleştirin. Daha sonra, bir rizoboks'un üst ve alt yarısını kapsayacak şekilde, yaklaşık üç santimetrelik bir örtüşme ile iki görüntü alın.Metin protokolünde ayrıntılı olarak açıklandığı şekilde RGB görüntülerini edinin ve işleyin. Son olarak, elde edilen RGB kök görüntülerinin analizini gerçekleştirin ve ardından uyumsuz bölgeler olup olmadığını kontrol edin. Bu durumda, bir hariç tutma bölgesi tanımlayın ve analizi yeniden başlatın.Sınıflandırılmamış kökler için ek renk sınıfları ekleyin ve analizi yeniden başlatın. Yanlışlıkla kök olarak sınıflandırılan öğeler için kalıntı ve pürüzlü kenar filtreleme seçeneklerini etkinleştirin veya artırın. Kamera yazılımında önce rizoboks taraması ve beyaz standart için kamera entegrasyon sürelerini belirleyerek görüntü alımını gerçekleştirin.Bunu yapmak için görüntüleme GUI'sini açın ve kamerayı rizoboksun köklerin bulunduğu bir konumuna getirin. Yazılım tarafından görüntülenen histogramda, kameranın tam dinamik aralığının yaklaşık %85'inin kullanılacağı şekilde, ışıklı bir nesneye odaklanarak kameranın entegrasyon süresini ayarlayın. Farklı substratlar ve kök dokuları için entegrasyon süresinin doğru ayarlanması, kızılötesi kameranın aralığının aşılmasıyla oluşabilecek bilgi kayıplarını önleyerek dinamik aralıktan tam anlamıyla yararlanmak için kritiktir.Kamera yazılımını kapatmadan önce kamera konumlandırma sistemini beyaz standart hedeflemiş şekilde hareket ettirerek işlemi beyaz standart için tekrarlayın. Ardından Matlab görüntüleme GUI'sini açın ve mevcut rhizobox taramasındaki tüm ayarları girin. Her görüntüleme çalışmasından önce günde bir kez karanlık ve beyaz standartları edinin.Koyu standart kamera gürültüsünü temsil ederken, beyaz standart maksimum yansıtıcılığı verir. Bu veriler, ön işleme sırasında görüntü normalizasyonu için gereklidir. Rizoboksun tamamının mı yoksa sadece bir kısmının mı taranacağını tanımlayın.Mevcut durum için, tüm rizoboxların görüntüleri alınır. Ardından tarama başlatılır. Su içeriğinin spektrum tabanlı ölçümü için bir kalibrasyon rizoboxu gereklidir.Farklı su içeriklerinde toprakla doldurmak amacıyla, bir rizobox'ı polistiren levhalar kullanarak beş santimetrelik bölmelere ayırın. Kalibrasyon rizobox'ını, ekili rizoboxlar için kullanılan ayarların aynısıyla tarayın. Örneğin, kök ve toprak üstü özellikleri birleştirmek için, stomata iletkenliğini ölçmek üzere yaprak porometresini temin edin.Cihazı iklimlendirme odasında en az bir saat boyunca ortam koşullarına alıştırın. Bitki başına en az üç yapraktan ölçümler yapın. RGB görüntülemeye dayalı olarak, şeker pancarı çeşidi Ferrara'nın temsili bir kök büyüme görüntüsü burada gösterilmiştir.Ekimden 35 gün sonra, bitki kökleri rizoboxun tabanına ulaşacak şekilde uzamıştır. Rizoboxun üst kısmındaki bazı kök eksenleri RGB görüntülerden segmente edilememiştir. Daha yaşlı bazal köklerin yaşlanması, renklerinin kahverengiye dönmesine neden olur.Bu nedenle, bir renk eşiğine dayalı olarak bu köklerin toprak arka planından ayrılması başarısız olur. Hiperspektral görüntüleme kullanıldığında, segmentasyon, kök ön planı ve toprak arka planının farklı spektral özelliklerine dayanır. Bu durum, segmentasyon sonucunu iyileştirir.Manuel olarak takip edilen bir referans görüntü ile ölçülen kök uzunluğu arasındaki farklar yalnızca %1,5'tir. Ayrıca, spektral görüntüleme, su alımı hakkında çıkarım yapmak için kök çevresindeki su içeriğinin hassas bir şekilde haritalanmasına olanak tanır. Burada kök iskeleti siyah renkte gösterilmiştir. Daha açık renkli alanlar, kök eksenlerinin yakınındaki daha yüksek su tükenmesi bölgelerini göstermektedir.Koyu mavi alanlar, köklerin ulaşamadığı bölgelerdeki daha yüksek toprak su içeriğini temsil eder. Bu videoyu izledikten sonra, tatmin edici kök büyümesini ve görünürlüğünü sağlamak için rizoboxların nasıl doğru şekilde doldurulacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Bu işlem, daha sonraki görüntüleme ve temsili kök fenotipleme sonuçlarının temelini oluşturur.Bu prosedürün ardından, kök yaşlanması ve ayrışması gibi kök ve rizosfer özelliklerine dair derinlemesine bilgi elde etmek için K-ortalama kümeleme veya destek vektör makineleri gibi diğer spektral sınıflandırma yöntemleri uygulanabilir. Bir kez kurulduktan sonra, bu teknik kök sistemlerini ve abiyotik stres yanıtını kapsamlı bir şekilde fenotiplemenize olanak tanır. Toplamda üç aydan kısa süren bir deneysel süre ile 10 kültivardan oluşan bir set karakterize edilebilir.

rgb-spectral-root-imaging-for-plant-phenotyping-physiological

Research

JoVE Journal

Environment

Çevre

Bu protokol, ticari olarak temin edilebilen düz yataklı tarayıcı kullanılarak bir yerçekimi uyarana yanıt Arabidopsis fide görüntülerin hızla toplanması için bir işlemi tarif etmektedir. Yöntem aşağı analiz algoritmaları için mükellef yüksek çözünürlüklü görüntüleri, ucuz, yüksek hacimli yakalamak için izin verir.

Arabidopsis Kök Gravitropic Müdahale Yüksek çözünürlüklü Zaman lapsed Resim Toplama Masaüstü Tarayıcılar kullanma

Burada, bitki büyüme davranış ve özellikle fenotipleri tekrarlanabilir bir şekilde eğitim için bir iletişim kuralı mevcut. Değişken ve aynı zaman istikrarlı ışık koşulları sağlamak için nasıl gösterir. Uygun analizleri yeterli örnek numaraları ve geçerli istatistiksel değerlendirme bağlıdır.

Farklı ışık nitelikleri Arabidopsis thaliana büyüme davranış analizi

Görselleştirme ve kök büyüme in situ ölçme son derece zordur. Biz kök gelişimi ve nükleer silahların yayılmasına karşı zaman içinde yanıt-e doğru besin zenginleştirme izlemek için özelleştirilebilir rhizobox Yöntem mevcut. Bu yöntem kök plastisite yanıt bir organik azot kaynağı olarak Mısır genotypic farklılıklar analiz etmek için kullanılır.

Kök büyüme ve yerelleştirilmiş besin kavramaları görselleştirmek için en iyi duruma getirilmiş bir Rhizobox Protokolü

Daha yüksek tesislerde fotosentetik tepkileri incelemek için yeni bir teknik  yaklaşım tanımlıyoruz. Arabidopsis'te aynı yaprak alanı.

Yaprak Reflektasyonu ve Klorofil Floresan Analizlerinin Eşzamanlı Ölçümleri ile Fotosentetik Davranışların Değerlendirilmesi

Arabidopsis ve Medicago'nun kök sistem mimarisini (RSA) incelemek için basit laboratuvar araçları kullanıyoruz. Fideler ağ üzerinde hidroponik olarak yetiştirilir ve RSA'yı ortaya çıkarmak için bir sanat fırçası kullanılarak yayılır. Görüntüler tarama veya yüksek çözünürlüklü bir kamera kullanılarak alınır, daha sonra özellikleri haritalamak için ImageJ ile analiz edilir.

Bitki kök sistemi mimari özelliklerini haritalamak için basit bir protokol

Tek ve birleşik ısı, kuraklık ve su basması tedavilerine morfolojik ve fizyolojik yanıtları belirlemek için görüntü tabanlı bir fenotipleme protokolü tasarladık. Bu yaklaşım, erken, geç ve geri kazanım tepkilerinin tüm tesis düzeyinde, özellikle yer üstü kısımlarda tanımlanmasını sağladı ve birden fazla görüntüleme sensörünün kullanılması gerekliliğini vurguladı.

Patateste Tek ve Kombine Streslere Morfolojik ve Fizyolojik Tepkileri Belirlemek için Yüksek Verimli Görüntü Tabanlı Fenotipleme

Fenotipleri ölçmek için bitkilerin düşük maliyetli görüntülenmesi için bir yöntemin yanı sıra, görüntü yakalama için en iyi uygulamalar ve bitki özelliklerini ölçmek için bir görüntü analiz hattı sunulmaktadır. Bu yöntemler sıcaklık, kuraklık ve kombine abiyotik stres koşulları altında mısır (Zea mays) fenotiplerini ölçmek için uygulanmıştır.

Mısır (Zea mays) Abiyotik Stres Fenottiplerinin Miktarının Belirlenmesi için Görüntüleme ve Analiz

Bitki biyokütle yakıt, yem, gıda ve malzemelerin çeşitli dahil olmak üzere birden fazla ürün için bir yenilenebilir kaynak sunuyor. Bu yazıda tütün ağacı (Nicotiana glauca) ve bir Biorefinery boru hattı için kavak olarak uygun kaynaklarının özelliklerini incelemek.

Bio-tabanlı Sanayi Feedstock olarak Tütün Ağacı ve Kavak Değerlendirme transkript ve metabolit profil

Türler arada çevre heterojenitenin rolünü anlamak genellikle toplumun tür kompozisyonu için dışsal olan heterojen türleri üzerine odaklanmıştır. Biz bitki-toprak geribildirim klima, ya da toplum kompozisyon içsel heterojen tabi topraklar kullanarak toprak heterojen tedaviler oluşturmak için yeni ayrıntılı yöntemler sağlar.

Kurgulama Bitki kaynaklı Toprak Heterojen Deneysel Protokol

Yabancı ot popülasyonlarında herbisit direncini doğrulamak için sağlam ve esnek bir yaklaşım sunulmuştur. Bu protokol, herbisit direnç seviyelerinin çıkarılmasına ve küçük adaptasyonlarla çok çeşitli yabani ot türlerine ve herbisitlere uygulanmasına izin verir.

Farklı Ot Türlerinin Sağlam Herbisit Direnci Testi için Protokoller

Öğrenin, bitki fenotipleme ve yetiştirme araştırmalarında RGB ve hiperspektral görüntüleme yöntemlerini kullanarak topraklı rizokutularda kök sistemlerini nasıl analiz edeceğinizi. Bu teknik, kök mimarisi ve işlevselliği hakkında kapsamlı bilgi sağlar.

RGB ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme (Video) | JoVE Journal

RGB ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme

Daha fazla video keşfet