利(li)用(yong)PlantScreen動態表型(xing)成(cheng)像研(yan)究(jiu)大(da)麥種群(qun)水分(fen)虧缺響應和(he)恢復(fu)

大麥(mai)(Hordeum vulgare)作(zuo)為(wei)栽培(pei)的(de)第四(si)大禾(he)谷(gu)類(lei)作(zuo)物(wu)，但這種(zhong)作(zuo)物(wu)的(de)水分(fen)脅迫耐受和(he)恢復(fu)能(neng)力仍(reng)然不(bu)是(shi)很(hen)清(qing)楚。

現(xian)在(zai)的(de)植物(wu)表(biao)型(xing)平(ping)臺(tai)可以(yi)通(tong)過無(wu)損傳感器，按(an)照時(shi)間序列(lie)自(zi)動、快(kuai)速(su)地測(ce)量壹(yi)系列(lie)與(yu)脅迫相關(guan)的(de)表型(xing)特(te)征。到(dao)目(mu)前(qian)為止(zhi)，通過室內(nei)植(zhi)物(wu)表(biao)型(xing)平(ping)臺(tai)的(de)表型(xing)分(fen)析(xi)方法(fa)常(chang)常(chang)是(shi)基於(yu)對單株樣(yang)品(pin)的(de)生(sheng)長(chang)分(fen)析(xi)。而(er)在(zai)大田(tian)裏，植物(wu)生(sheng)長(chang)會(hui)形成(cheng)壹個(ge)冠層，但同(tong)時(shi)由於(yu)季節性限(xian)制，大(da)田表型(xing)分(fen)析(xi)在(zai)壹年(nian)裏(li)僅(jin)能進(jin)行有(you)限(xian)的(de)幾次實驗，不可能(neng)像室內(nei)表(biao)型(xing)平(ping)臺(tai)這(zhe)樣(yang)持(chi)續不斷的(de)實驗。有(you)沒(mei)有(you)壹(yi)種(zhong)方法(fa)可以(yi)結(jie)合(he)兩者的(de)優勢呢(ne)？

捷克Palacký大學(xue)的(de)科學(xue)家提(ti)出(chu)了壹(yi)種(zhong)可重(zhong)復(fu)的(de)室內(nei)表型(xing)分(fen)析(xi)方法(fa)，用(yong)於研(yan)究(jiu)大(da)麥種群(qun)的(de)水分(fen)脅迫狀況(kuang)和(he)復(fu)水(shui)過程(cheng)。這壹(yi)方法(fa)的(de)培(pei)養環(huan)境(jing)控制(zhi)和(he)表型(xing)測(ce)量主(zhu)要都(dou)是(shi)通過PlantScreen植物(wu)表(biao)型(xing)成(cheng)像分(fen)析(xi)系統完成(cheng)的(de)。

基本(ben)實驗體系如下(xia)：

• 材料(liao)準(zhun)備(bei)

在(zai)濾(lv)紙上(shang)萌(meng)發(fa)大麥種子(zi)。選取(qu)胚根(gen)大小(xiao)相近的(de)幼苗移(yi)入(ru)標準(zhun)PlantScreen測(ce)量托(tuo)盤中。

• 圖像獲取(qu)

將(jiang)托(tuo)盤移入(ru)PlantScreen表型(xing)系統中(zhong)，通過RGB彩(cai)色(se)成(cheng)像單元和(he)FluorCam葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像單元進行自動形態學(xue)測(ce)量和(he)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像測(ce)量。測(ce)量過程(cheng)中PlantScreen模(mo)擬(ni)溫(wen)度(du)光(guang)照的(de)晝夜(ye)交(jiao)替培(pei)養環(huan)境(jing)，同(tong)時(shi)分(fen)別(bie)進行正常(chang)澆(jiao)水和(he)缺水-復(fu)水(shui)的(de)澆(jiao)灌(guan)管(guan)理(li)。

• 數據分(fen)析(xi)

PlantScreen表(biao)型(xing)系統軟(ruan)件(jian)可提(ti)供經過計算和(he)初步(bu)分(fen)析(xi)的(de)形態學(xue)和(he)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)參(can)數(shu)。之(zhi)後研(yan)究(jiu)者又(you)通過自行開發(fa)的(de)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)對形態學(xue)數據進行了分(fen)析(xi)。

Palacký大(da)學的(de)PlantScreen植物(wu)表(biao)型(xing)成(cheng)像分(fen)析(xi)系統

他(ta)們(men)應(ying)用(yong)這壹(yi)方法(fa)測(ce)量了(le)多(duo)個(ge)不同(tong)幹(gan)旱脅迫敏感(gan)性的(de)轉(zhuan)基因大(da)麥品(pin)系，從而區(qu)分(fen)不(bu)同(tong)敏(min)感基(ji)因(yin)型(xing)的(de)抗(kang)性。結果發現(xian)冠層高(gao)度(du)可以(yi)作(zuo)為(wei)壹(yi)個(ge)敏感性狀真(zhen)實反映其他(ta)形態、光(guang)合生(sheng)理(li)和(he)代(dai)謝(xie)指標(biao)。研(yan)究(jiu)者相(xiang)信這(zhe)壹(yi)方法(fa)能(neng)夠促(cu)進(jin)作(zuo)物(wu)水(shui)分(fen)脅迫耐受和(he)恢復(fu)能(neng)力的(de)研(yan)究(jiu)與(yu)理解(jie)。

大麥水(shui)分(fen)脅迫與復(fu)水(shui)處(chu)理過程(cheng)中形態和(he)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)參(can)數(shu)變(bian)化(hua)

參(can)考(kao)文(wen)獻(xian)：

Marchetti CF, et al. 2019. A Novel Image-Based Screening Method to Study Water-Deficit Response and Recovery of Barley Populations Using Canopy Dynamics Phenotyping and Simple Metabolite Profiling. Frontiers in Plant Science 10:1252