Fuente del método

Langan, P. (en inglés).y otros.Evaluación de la respuesta al estrés y la recuperación en la cebada (Hordeum vulgare L.): un enfoque de fenotipación basado en imágenes.Métodos Plantales20, 146 (2024).

Unidades de investigación

1. Universidad de dublín, Irlanda

2. Universidad de amiens, Francia

Instrumentos y equipos clave

PlantScreenSistema de análisis de imágenes de fenotipos vegetales de alto rendimiento en invernadero

PlantScreenEl sistema de análisis de imágenes del fenotipo vegetal de alto rendimiento del invernadero esInvestigación Científica vegetal completa, automatizada y de alto rendimientoSoluciones fenotípicasResolución，Puede realizar un monitoreo y análisis a largo plazo y no destructivo de los rasgos fenotípicos de la planta modelo Arabidopsis thaliana a cultivos como trigo y maíz.

sistemaDistribución enLas principales instituciones de investigación científica, universidades y empresas agrícolas de todos los continentes del mundo.comoCentro holandés de fenotipos ecológicos vegetales/.Universidad de wagningen, Países Bajos(nota: el enlace es un informe especial, el mismo a continuación), Instituto Alemán de Genética Vegetal y cultivos de leibniz..IPK), Universidad de helsinki, finlandia, Universidad Nacional de Australia、Instituto de biotecnología de la Academia China de Ciencias Agrícolas、Instituto de arroz de ChinaY otras universidades agrícolas e instituciones de investigación de primer nivel,yDuPont pioneer, monsanto, BASF y otras empresas agrícolas.

Antecedentes de la investigación

Con el cambio climático y el aumento de la frecuencia de las lluvias en muchas regiones, el estrés por inundaciones se ha convertido en un importante factor restrictivo que afecta el rendimiento de la cebada.El impacto del estrés por inundación en el rendimiento de los cultivos varía según el tipo de cultivo, las medidas de manejo, la diversidad genética y las condiciones de estrés. Las inundaciones pueden causar falta de oxígeno en el suelo, lo que afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas.Los cultivos de cebada son más sensibles al estrés por inundación.En estudios anteriores, los métodos de tratamiento y la duración del estrés por inundación varían, lo que dificulta la comparación de los resultados entre los diferentes estudios. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es determinar la duración y configuración de una simulación óptima del estrés por inundación a través de un método de análisis fenotípico de imagen para evaluar la tolerancia por inundación de la cebada en condiciones controladas.

Propósito de la investigación

El objetivo principal de este estudio esDeterminar el mejor programa experimental de estrés por inundaciónPara que en condiciones de controlEvaluar la tolerancia a las inundaciones de cebada，Al mismo tiempo, el efecto del estrés por inundación en el crecimiento y el grado verde de la cebada se cuantifica mediante el método de análisis fenotípico de la imagen..

Métodos de investigación

1. Diseño experimental

El experimento se dividió en dos partes y se llevó a cabo en la Universidad de dublín, irlanda, y la Universidad de amiens, Francia. Se seleccionaron cuatro variedades de cebada de primavera de dos líneas, incluidas dos variedades comerciales.RGT PlanetayConcierto) y dos variedades tradicionales..Glasnevin no.5yPromesa Dorada). Experimento1En la Universidad de Dublín se realizó la pruebaDos variedades..RGT PlanetaConGlasnevin no.5), seis combinaciones diferentes de duración y tiempo de recuperación del estrés por inundación, incluyendo5El cielo,10Tianhe14La coacción del cielo y si hay o no7Período de recuperación de días. experimentos2En la Universidad de amiens, francia,Se verifican los experimentos1La mejor opción seleccionada en14Coacción celestial más7Días de recuperación) repetibilidad y aumento de dos variedades y número de muestras(el número de repeticiones varía de5Aumenta a101).

2. Tratamiento coercitivo

En el período trilobial (es decirZadox 13) aplicar presión de inundación a la cebada manteniendo el nivel del agua por encima de la superficie del suelo aproximadamente colocando la maceta en una maceta exterior sellada con agujeros de drenaje.1En centímetros, corresponde a aproximadamente120%Capacidad de agua del campo. El agujero de drenaje de la maceta del Grupo de control no está sellado y se mantiene en aproximadamente60%Capacidad de agua del campo. En el experimento2En el medio, el nivel del agua se mantiene en aproximadamente140%La capacidad de agua del campo se mantuvo en aproximadamente100%Capacidad de agua del campo.Diferentes tratamientos de agua pasanPlantScreen™Sistema de riego automático de alta precisión diario08: 30Monitorear y regular, y el sistema logra una hidratación cuantitativa basada en el peso objetivo.

3. Análisis fenotípico de la imagen

usarPlantScreen™Plataforma de imágenes, tomada diariamente desde la parte superior y lateralRGBImagen para cuantificar los efectos fisiológicos del estrés por inundación en el crecimiento y el grado verde. a través del software de análisis de imágenesPlantScreen™ AnalizadorCálculoÁrea de proyección sobre el suelo..PSA, suma de píxeles divididos de lado y abajo)Para evaluar el crecimiento de las plantas. Además, en el experimento2En el medio, también se llevó a cabo.FluorCamImagen dinámica de fluorescencia de clorofila para evaluar las propiedades fotosintéticas de las plantas.

4. Imágenes de raíces y análisis de fenotipos destructivos

En el experimento1Al final de cada tratamiento, las raíces se limpian a mano y se registra la longitud y la calidad seca de las raíces. usarEPSONEscáneres de tableta yExplorador RhizoVisionEl software obtiene los parámetros de la raíz, incluyendo longitud, volumen, diámetro y superficie. En el último día de la imagen, se determinó la longitud, el peso fresco y el peso seco de los tallos sobre el suelo. Experimento2En él, el peso seco sobre el suelo se determinó el último día de la imagen.

Resultados del estudio

1. Determinación del mejor programa coercitivo

Los resultados experimentales muestran que la desaceleración del crecimiento de las plantas es más evidente a medida que se alarga el tiempo de estrés por inundación, y este efecto continúa durante el período de recuperación. En el experimento1En el medio, solo14Coacción celestial..P5yP6) muestra una diferencia significativa en la calidad seca real entre el Grupo de control y el Grupo inundado (gráfico)3derechaEyF). En particular, contiene7Tratamiento máximo del período de recuperación de días..P6) los cambios en la calidad seca en el momento de la cosecha son los más significativos, yA través del área de proyección sobre el sueloPSA(indica la biomasa sobre el suelo) es el más capaz de distinguir claramente las diferencias de tolerancia entre los genotipos(foto3IzquierdaF), por lo que fue seleccionado como el mejor esquema de tratamiento para experimentos posteriores.

2. Efectos de la inundación en la biomasa y las propiedades fotosintéticas de la cebada

En el experimento2Entre ellos, la biomasa de las cuatro variedades de cebada bajo estrés por inundación disminuyó significativamente, y la calidad seca del Grupo inundado disminuyó aproximadamente en comparación con el Grupo de control.73%A81%. a través del análisis de imágenes,Se observaron plantas bajo estrés por inundación.PSADisminución significativa, lo que indica una inhibición del crecimiento(foto4A).

Las imágenes de fluorescencia de clorofila muestran que durante el estrés, todas las variedadesFv / FmLos valores (la eficiencia fotoquímica máxima) se redujeron, pero se recuperaron durante el período de recuperación. especialmentePromesa DoradaVariedades durante todo el experimentoFv / FmLa menor reducción del valor muestra su tolerancia al estrés por inundación(foto4B).

3. Análisis de los cambios en el grado verde

Al analizar el grado de verde en la imagen, se encontró que el estrés de inundación causó cambios en el número de píxeles en ciertos tonos específicos. En concreto, un tono verde más oscuro..Hue 2、3y4) se vuelve menos evidente en las plantas inundadas, mientras que el tono verde más CLARO..Hue 7、8、9y10) y los tonos más profundos..Hue 1) aumentó bajo el estrés de las inundaciones. Estos cambios son los más significativos durante la coacción y vuelven gradualmente a la normalidad durante el período de recuperación (figura5). Por lo tanto,Hay diferencias significativas en la composición y los cambios dinámicos de los tonos verdes de las hojas de cebada de diferentes genotipos bajo el estrés de inundación, que pueden usarse como indicadores diagnósticos rápidos y no destructivos de resistencia a las inundaciones.

Conclusiones del estudio

Este estudio determinó un mejor programa experimental de estrés por inundación a través del método de análisis fenotípico de la imagen.14Coacción celestial más7Recuperación celestial), el programa puede distinguir significativamente la respuesta de diferentes variedades de cebada al estrés por inundación. Los resultados del estudio muestran que el estrés por inundación reduce significativamente la biomasa y las propiedades fotosintéticas de la cebada, y la capacidad de adaptación y recuperación de las plantas al estrés se puede observar a través del análisis de grado Verde. Además, este estudio destaca la importancia de incluir los períodos de recuperación después del estrés, ya que esto ayuda a observar la recuperación del crecimiento de las plantas después del estrés.A través del análisis fenotípico de imágenes de alto rendimiento, este estudio proporciona un nuevo y repetible método para evaluar la tolerancia temprana a las inundaciones de cebada, que ayuda a cuantificar con mayor precisión los marcadores relacionados con el estrés por inundaciones, como el grado de verde,Fv / FmyPSA.

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