메서드 소스

랑간, P.등.보리 (Hordeum vulgare L.)에서 물 로그 스트레스 반응 및 회복을 평가: 이미지 기반 현상형 접근 방법.식물 방법20, 146 (2024).

연구 단위

1. 아일랜드 더블린 대학교

2. 프랑스 아면대학

핵심 기기 장비

플랜트스크린온실 고통량 식물 표형 영상 분석 시스템

플랜트스크린온실 고통량 식물 표형 영상 분석 시스템은식물 과학 연구의 전면, 자동화, 높은 통량의 표형해결정 방안，모델 식물인 의남개에서 밀, 옥수수 등 작물의 표형 성상에 대해 장기적이고 손상이 없는 모니터링과 분석을 할 수 있다.

시스템분포세계 각 대륙의 최고 과학 연구 기관, 대학 및 농업 기업.예네덜란드 식물 생태 표형 센터/네덜란드 바그닝겐 대학교(참고: 특집 기사로 링크, 이하 같음), 독일 레브니츠 식물 유전 및 작물 연구소 (IPK는), 핀란드 헬싱키 대학, 호주 국립 대학、중국농업과학원 생물기술연구소、중국 벼소등 농업학부와 최고의 연구기관,그리고듀폰 아방가르드, 몬산토, 바스프 등 농업회사。

연구 배경

기후변화에 따라 많은 지역의 강우 빈도가 증가함에 따라 수몰 협박은 보리 생산량에 영향을 주는 중요한 제한 요소가 되었다.수몰 협박이 작물 생산량에 미치는 영향은 작물의 종류, 관리 조치, 유전적 다양성 및 협박 조건에 따라 다르다.물에 잠기면 토양에 산소가 부족하여 식물의 생장과 발육에 영향을 줄 수 있다.보리 작물은 물에 잠기는 협박에 비교적 민감하다.기존 연구에서는 수몰 협박의 처리 방법과 지속 시간이 각각 달라 연구 간 결과를 비교하기 어려웠다.따라서 본 연구는 통제 조건에서 보리의 수몰 내성을 평가할 수 있도록 이미지 표형 분석 방법을 통해 최적의 시뮬레이션 수몰 협박의 지속 시간과 설정을 확정하기 위한 것이다.

연구 목적

본 연구의 주요 목적은최상의 수몰 협박 실험 방안을 확정하다제어 조건에서보리의 수몰 내성을 평가하다，동시에 이미지 표형 분석 방법을 통해 수몰 협박이 보리의 생장과 녹색도에 미치는 영향을 계량화한다。

연구 방법

1. 실험 설계

실험은 아일랜드 더블린대와 프랑스 아면대에서 두 부분으로 나눠 진행됐다.두 가지 상업 품종을 포함하여 네 가지 2행 봄보리 품종을 골랐다 (RGT 행성화콘서토)와 두 가지 전통 품종(글라스네빈 5호화황금 약속）。실험1더블린 대학교에서 테스트했습니다두 가지 품종(RGT 행성와글라스네빈 5호), 6 가지 다른 침수 협박 기간 및 복구 시간 조합5하늘,10천화14하늘의 협박 그리고 유무7일 회복 기간실험2프랑스 아면대학에서 진행,실험을 검증했다1에서 선택한 최상의 시나리오 (14천협박가7일 복구) 의 반복성과 두 가지 품목 및 샘플 수 증가(중복 수량:5개 (으) 로 증가10개) 입니다.

2. 협박 처리

삼엽기 (즉,자도크스 13) 보리에 침수 협박을 가하여 배수구를 밀봉한 외분에 화분을 넣어 수위를 토양 표면 이상으로 약 정도 유지한다1센티미터 지점, 대략120%의 논밭 수분 보유량.대조 그룹의 화분 배수구는 밀봉되지 않고 대략적으로 유지되고 있다60%의 논밭 수분 보유량.실험 중2중간, 수위는 대략 유지됨140%의 논밭 수분 보유량, 대조팀은 대략100%의 논밭 수분 보유량.서로 다른 수분 처리 통과플랜트스크린™고정밀 자동 관개 시스템은 매일08:30모니터링하고 조절통제하며 시스템은 목표중량을 기준으로 정량보수를 실현한다.

3. 이미지 표형 분석

사용플랜트스크린™매일 상단 및 측면을 촬영하는 이미징 플랫폼RGB수몰 협박이 성장과 녹색도에 미치는 생리적 영향을 계량화한 이미지. 이미지 분석 소프트웨어를 통해PlantScreen™ 분석기계산지상 투영 영역 (PSA는, 측면 및 측면 분할 픽셀의 합)식물의 생장 상황을 평가하다.또한, 실험에서2중, 진행 중FluorCam은식물의 광합성 평가를 위한 동적 엽록소 형광 영상。

4. 근계 이미징 및 파괴적 표형 분석

실험 중1의 각 처리가 끝날 때마다 뿌리를 수동으로 세척하고 뿌리의 길이와 건조 품질을 기록합니다.사용EPSON은평면 스캐너 및RhizoVision Explorer는길이, 볼륨, 지름 및 표면적을 포함한 루트 매개변수를 가져옵니다.영상 마지막 날에는 지상부의 줄기 길이, 신선도와 건중을 측정한다.실험2중, 영상 마지막 날에 지상부의 건중을 측정했다.

연구 결과

1. 최선의 협박 방안의 확정

실험 결과 물에 잠기는 협박 시간이 길어지면서 식물의 성장 둔화가 더욱 뚜렷해졌고 이런 영향은 회복기에도 지속되는 것으로 나타났다.실험 중1중, 오직14하늘의 협박 (P5는화P6는) 대조 그룹과 침수 그룹 사이의 실제 건조 품질의 현저한 차이를 보여줍니다 (그림3오른쪽E화F）。특히 포함7일 복구 기간 최대 처리 (P6는) 수확 시 건조 품질의 변화가 가장 현저하고지상을 통해 영역 투영PSA는(지상부 생물량 표시) 유전자형 간의 내성 차이를 가장 뚜렷하게 구분할 수 있다(그림3왼쪽F), 따라서 후속 실험을 위한 최적의 처리 옵션으로 선택됩니다.

2. 수몰 이 보리 의 생물량 과 광합성 에 미치는 영향

실험 중2중 4종의 보리 품종은 수몰의 협박에 의한 생물량이 현저히 감소하여 대조군에 비해 수몰조의 건질이 약 감소하였다73%에81%. 이미지 분석을 통해물에 잠겨 식물을 협박하는PSA는현저하게 낮아진 것은 성장이 억제되었음을 나타낸다(그림4A는）。

엽록소 형광 영상은 협박 기간에 모든 품종의Fv/Fm의값 (최대 광화학 효율) 은 모두 낮아졌으나 회복기에 반등했다.특히황금 약속품종은 전체 실험 과정에서Fv/Fm의수치의 감소 폭이 가장 작아 수몰 협박에 대한 내성을 나타낸다(그림4B）。

3. 녹색도 변화 분석

이미지의 녹색도를 분석하여 침수 협박으로 인해 특정 색조의 픽셀 수가 변경된 것을 발견했습니다.구체적으로, 더 깊은 녹색 톤 (색깔 2、3화4) 물에 잠긴 식물에서는 그다지 뚜렷하지 않고 옅은 녹색조 (색깔 7、8、9화10) 및 가장 짙은 색조 (색깔 1) 물에 의한 협박으로 증가했다.이러한 변화는 협박 중에 가장 두드러지며 회복 기간에 점차 정상으로 돌아갑니다 (그림5）。그러므로,서로 다른 유전자형 보리는 침수 협박 하엽편의 녹색 색조의 구성과 동적 변화에 현저한 차이가 있어 빠르고 손상되지 않는 침수 내성 진단 지표로 삼을 수 있다.

연구 결론

본 연구는 이미지 표형 분석 방법을 통해 최상의 수몰 협박 실험 방안(14천협박가7천회복), 이 방안은 부동한 보리품종이 수몰협박에 대한 호응을 뚜렷이 구분할수 있다.연구 결과에 따르면 수몰 협박은 보리의 생물량과 광합성을 현저하게 감소시켰으며, 녹색도 분석을 통해 협박에 대한 식물의 적응과 회복 능력을 관찰할 수 있었다.또한 본 연구는 협박 후 식물의 성장 회복 상태를 관찰하는 데 도움이 되기 때문에 협박 후 회복기를 포함하는 것의 중요성을 강조했다.본 연구는 고통량 이미지 표형 분석을 통해 보리의 초기 수몰 내성을 평가하는 새롭고 반복 가능한 방법을 제공하여 녹색도,Fv/Fm의화PSA는。

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