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Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)

日期: 2022-06-10
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土壤是重要的自然資源,地球上95%的食物來源于土壤,土壤保存了至少四分之一的全球生物多樣性,不僅是糧食安全、水安全和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ),更是為人類提供多種服務(wù)、幫助抵御和適應(yīng)氣候變化的重要因素。

由土壤組成造成的脅迫,例如鹽、重金屬和養(yǎng)分虧缺是作物減產(chǎn)的主要原因。作物土壤耐逆性是一種復(fù)雜性狀,涉及植物形態(tài)、代謝和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等多種遺傳和非遺傳因素的調(diào)控。傳統(tǒng)的作物表型研究通常在田間進(jìn)行,費事費力、勞動密集、低通量、且受研究人員無法控制的自然環(huán)境因素的影響。在此情形下,難以獲得高精度的表型數(shù)據(jù)以滿足表型組學(xué)的研究需求。在過去幾十年,已經(jīng)開發(fā)了幾種HTP(高通量表型)平臺在現(xiàn)場或可控條件下使用,但其運維成本極高。此外,作物表型相關(guān)研究通常只關(guān)注植物地上部分,而對根系形態(tài)數(shù)據(jù)的獲取有限。然而,根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要途徑,也是碳水化合物的儲存器官和土壤脅迫的直接感知器官。因此,根系表型是土壤脅迫條件下植物表型研究的重要組成部分。就通量、環(huán)境可控性和根系表型獲取而言,現(xiàn)有的植物表型平臺無法完全滿足植物對土壤脅迫響應(yīng)的表型組學(xué)研究的特定需求。

基于此,在本文中,來自山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和濰坊農(nóng)科院的一組研究團(tuán)隊描述了其最近開發(fā)的高通量植物栽培和表型系統(tǒng)—WinRoots平臺。以大豆植物為研究對象,將其暴露在鹽脅迫中,證明了土壤鹽脅迫條件的一致性和可控性以及WinRoots系統(tǒng)的高通量。他們開發(fā)了優(yōu)化的鹽脅迫條件,以及適用于大豆耐鹽性的高通量表型指數(shù)。此外,高通量多表型分析表明,子葉特征可作為大豆全苗耐鹽性的非破壞性指標(biāo)。

在本研究中,Canon EOS 700D數(shù)碼相機(jī)和Resonon Pika L高光譜成像儀分別用于獲取RGB和高光譜圖像。相機(jī)位于植物材料上方1.5 m的可滑動水平導(dǎo)軌上。每天收集大豆冠層和整株幼苗的圖像。栽培第九天,獲取離體葉片圖像,每個品種重復(fù)3次。

Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)

WinRoots系統(tǒng):高通量根系和整株植物表型平臺。

系統(tǒng)使用示意圖。

【結(jié)果】

Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)

鹽脅迫相關(guān)性狀之間的相關(guān)分析。

(A)鹽脅迫相關(guān)性狀之間的相關(guān)矩陣。

(B)預(yù)測值和觀測值之間的回歸曲線。

Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)

大豆鹽脅迫相關(guān)性狀的合成聚類。

(A)大豆鹽脅迫相關(guān)性狀的合成聚類剖面圖。

(B)聚類1和聚類2代表性栽培品種表型。

(C)聚類1和聚類2指標(biāo)比較。

【結(jié)論】

WinRoots系統(tǒng)為幼苗生長提供了均一可控的土壤脅迫條件,可用于土壤脅迫下高通量栽培和表型分析,有助于提供準(zhǔn)確多樣的土壤脅迫相關(guān)的表型數(shù)據(jù)。因此,WinRoots提供了一種分析諸如土壤脅迫之類的復(fù)雜性狀的改進(jìn)方法。

Resonon | WinRoots:用于土壤脅迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系統(tǒng)

HPPA(Hyperimager Plant Phenomics Analysis)高光譜植物表型成像系統(tǒng)由北京依銳思遙感技術(shù)有限公司與美國RESONON公司聯(lián)合研制生產(chǎn),整合了高光譜成像測量分析、RGB真彩色圖像、無線自動化控制系統(tǒng)、線性均勻光源系統(tǒng)等多項先進(jìn)技術(shù);最優(yōu)化方式實現(xiàn)大量植物樣品的數(shù)據(jù)采集工作,可用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、遺傳組學(xué)與表型組學(xué)、遺傳育種、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。


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https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650311205&idx=3&sn=ffe393bdf01d664cab05b92572691916&chksm=bee1a6da89962fccef8eae610681ac22d2239e59d016db96cd911d103186c3459c4061ca30bf&token=1489736406&lang=zh_CN#rd

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