Misurazione di stoloni e rizomi di agrotecniche utilizza un sistema di analisi di immagine digitale

Un esperimento sul campo è stato fondato nell’autunno del 2013 per confrontare lo sviluppo stolone e rizoma di quattro cultivar i bermudagrass, tra cui due tipi di teste di serie (“LaPaloma” e “Yukon”) e due ibridi sterili vegetativi (“Patriot” e “Tifway”). Il disegno sperimentale era un blocco completo randomizzato con tre repliche, per un totale di 12 appezzamenti (2 x 2 m). Quattordici stoloni e quattordici rizomi da ogni cultivar di tappeto erboso-tipo e il bermudagrass selvatici sono stati raccolti in modo casuale nelle trame, nonché da piante i bermudagrass selvatici che crescono vicino le trame, per un totale di 70 stoloni e 70 rizomi. Tutti gli stoloni e rizomi sono stati puliti come descritto nel protocollo (passaggio 2) prima di ulteriore misurazione. Lunghezza e diametro dell’internodo sono stati misurati con una pinza e righello, rispettivamente, e il numero di nodi è stato contato per ogni stolone o rizoma. Inoltre sono stati registrati i tempi necessari per pulire e misurare campioni stolone e Rizoma con il righello e compasso. Stolone e rizoma diametri sono stati calcolati come i mezzi di tutti i diametri di internodo misurati. Stolone totale e totale Rizoma lunghezze sono state calcolate come la somma di tutte le lunghezze di internodo. Inoltre, total scansionato lunghezze e diametri digitalizzati di ogni stolone e rizoma sono stati misurati utilizzando un sistema di analisi di immagine digitale, come descritto nei passaggi 3 e 5. I tempi necessari per misurare stolone e rizoma tratti dal sistema di analisi digitale sono stati registrati. Ogni stolone e rizoma poi sono stati tagliati con le forbici per separare internodi da nodi e internodi sono stati utilizzati per stimare il diametro di internodo digitalizzati come descritto nei passaggi 3 e 5. I coefficienti di correlazione di Pearson sono stati calcolati per stoloni e rizomi (n = 70 stoloni, n = 70 rizomi) tra misurata e scansionati lunghezze, misurato e digitalizzati diametri, numero di nodi e il valore assoluto della differenza tra misurata e scansionati diametri e diametri misurati e digitalizzati internodo diametri. Le lunghezze misurate con il righello sono state usate per calibrare le lunghezze stimate attraverso il sistema di analisi di immagine digitale. L’analisi di regressione ha indicato un’alta correlazione tra lunghezza stolone scansionati e lunghezza misurata (Figura 1a), con una pendenza di 1.03 e intercetta della-4.22, nonché tra lunghezza Rizoma scansionata e lunghezza misurata (Figura 1b), con un pendenza di 1.03 e intercetta di 4,22. Pulizia a mano, 14 stoloni e 14 rizomi ha avuto un tempo medio di 21 min e 24 s e 11 min e 12 s, rispettivamente. Il tempo medio per misura di lunghezza e diametro con un righello e compasso era 14 min e 6 s per stoloni e 13 min e 35 s per rizomi. Scansione e software di analisi dei campioni utilizzando WinRHIZO ha preso una media di 11 min per stoloni e 12 min e 4 s per rizomi. Misurato e diametri digitalizzati sono stati correlati anche significativamente in entrambi stoloni e rizomi. Le relazioni tra diametro misurato e scansionata erano vicino a 1:1, che indica un buon adattamento dei dati (Figura 2a e 2b). Tuttavia, l’intercetta hanno indicato che il sistema di analisi di immagine digitale sopravvalutato diametro misurato, soprattutto per i valori più bassi, e che valori più alti del diametro di rizoma sono stati sottovalutati. Questa sopravvalutazione può essere dovuto a nodi stolone che vengono analizzati dal software, che colpisce la superficie di proiezione totale che viene utilizzata per calcolare il diametro (rapporto tra superficie di proiezione totale e totale lunghezza) e invece sono esclusi quando le misurazioni sono fatto con la pinza. La correlazione tra il numero di nodi e la differenza tra i valori di diametro ottenuti con entrambi i metodi (misurato e analizzato) era significativa soltanto in stoloni (Figura 3a); Inoltre, variazioni del numero di nodi ha spiegato solo una piccola parte della variazione di questa differenza (R2 = 14%). La correlazione significativa trovata fra scansionato diametro internodo e misurato il diametro (piste di 1.01 e 0,98 per stoloni e rizomi, rispettivamente; intercetta di quasi zero) (Figura 4a e 4b) dimostra quello diametro internodo può essere stimato con precisione attraverso il sistema di analisi di immagine digitale, purché i nodi vengono rimossi. Pertanto, diametro di lunghezza e media totale stolone di campioni composta da numerosi stoloni o rizomi può essere facilmente ed accuratamente quantificato utilizzando il sistema di analisi di immagine digitale. Come parte di un esperimento in corso, un campione di tappeto erboso (20 x 20 x 15 cm di profondità) è stato raccolto in ogni trama stagionalmente da autunno 2013 all’estate 2015 ed è stato gestito come descritto nel protocollo. La lunghezza stolone e Rizoma per unità di superficie (densità di lunghezza) e peso per unità di superficie (peso specifico) di campioni raccolti in luglio 2014 sono presentati nella Figura 5. Differenze nella densità di lunghezza stolone è state osservate fra le cultivar propagate per via vegetativa (“Patriot” e “Tifway”) e teste di serie (“La Paloma” e “Yukon”). “Patriot” visualizzata la più alta densità di lunghezza del rizoma, seguita da “Tifway” e le cultivar senza semi. La densità di peso stolone era diversa per tutte le cultivar, con “Patriot” che mostra il valore più alto, seguito da “Tifway”, “La Paloma” e “Yukon”. Le cultivar propagate vegetativamente visualizzata anche una maggiore densità di peso Rizoma rispetto le cultivar seminate. Lo sviluppo di lunghezza stolone e Rizoma per unità di superficie (densità di lunghezza) e peso per unità di superficie (peso specifico) di cultivar Patriot per tutto il periodo di studio sono riportati nella Figura 6. Densità di lunghezza stolone visualizzato un aumento da marzo 2014 a luglio 2014, e non hanno variato da luglio 2014 al luglio 2015. Solo pochi rizomi sono stati trovati nei campioni raccolti in ottobre 2013 e marzo 2014. Rizoma lunghezza densità aumentata di 2104 luglio, raggiungendo i valori più alti, ma in diminuzione ancora nell’ottobre 2014. Stolone peso densità leggermente aumentata dal marzo al luglio 2014; Tuttavia, un più rapido aumento è stato osservato da luglio a ottobre 2014, con una diminuzione successiva in marzo 2015. Densità di peso Rizoma ha avuto un andamento simile alla densità di lunghezza di rizoma, con il suo valore più alto nel luglio 2014. Il software include nell’analisi di tutti gli oggetti nell’immagine scansionata. Un esempio di un layout di analisi di immagine digitale da WinRHIZO software è presentato (Figura 7), dove linee di colore diverso sovrapporre oggetti (stoloni) di vario diametro per calcolare la lunghezza totale per classe di diametro. Possiamo osservare che l’analisi prende in frammenti di conto delle radici o foglie. Come descritto nel passaggio 3.9, è possibile limitare la larghezza e il numero di classi di diametro che vengono analizzati. L’istogramma mostra la distribuzione delle lunghezze in classi di diametro selezionato (Figura 7). Questo istogramma può essere utilizzato per valutare le classi di diametro minimo deve essere escluso. Un’osservazione visiva di questo grafico nella parte superiore della schermo immagine punti salienti che la lunghezza ha una distribuzione normale intorno a una media significa classe di diametro, fatta eccezione per le prime due classi che mostrano valori più elevati rispetto a quelli normali di montaggio distribuzione. Anche se i campioni sono stati accuratamente puliti, comprendendo queste classi più piccole, analisi dei dati può influenzare i risultati, sopravvalutando la densità di lunghezza e diametro medio di sottovalutare. I nostri risultati indicano che la lunghezza delle classi più piccole (diametro < 0,2 mm) rappresentavano il 13-32% dei valori di lunghezza totale Rizoma risultanti dall'analisi software (tabella 1). Inoltre, il diametro medio è stato sottovalutato da 2-17% (tabella 1). Figura 1: Analisi di regressione dei valori di lunghezza misurata con il righello contro valori stimati con il sistema di analisi di immagine digitale dei bermudagrass stoloni24 (a) e) rizomi (b). La linea tratteggiata rappresenta un rapporto di 1:1. Pannello A è stato modificato da Pornaro et al. 24. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: Analisi di regressione dei valori di diametro misurato con la pinza rispetto ai valori stimati con il sistema di analisi di immagine digitale dei bermudagrass stoloni24 (a) e rizomi (b). La linea tratteggiata rappresenta un rapporto di 1:1. Pannello A è stato modificato da Pornaro et al. 24. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: Analisi di regressione del numero di nodi dei bermudagrass stoloni24 (a) e rizomi (b) contro i valori assoluti di differenza tra diametro stimato con il sistema di analisi di immagine digitale e misurato con il calibro. La linea tratteggiata rappresenta un rapporto di 1:1. Pannello A è stato modificato da Pornaro et al. 24. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: Analisi di regressione dei valori di diametro misurato con la pinza rispetto ai valori stimati con il sistema di analisi di immagine digitale dei bermudagrass stoloni24 (a) e rizomi (b) per internodi solo. La linea tratteggiata rappresenta un rapporto di 1:1. Pannello A è stato modificato da Pornaro et al. 24. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5: risultati di esempio della lunghezza e peso della densità di stoloni e rizomi da una prova sul campo confrontando quattro tappeti erbosi i bermudagrass cultivar (Patriot, Tifway, La Paloma, Yukon). Stolone lunghezza densità (a), rizoma lunghezza densità (b), stolone peso densità (c) e rizoma peso densità (d). Barre verticali rappresentano gli errori standard di sei repliche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 6: risultati di esempio di lunghezza e peso densità di stoloni e rizomi da una prova sul campo mostrando stolone e rizoma sviluppo di cultivar i bermudagrass Patriot. Stolone lunghezza densità (a), rizoma lunghezza densità (b), stolone peso densità (c) e rizoma peso densità (d). Barre verticali rappresentano gli errori standard di sei repliche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 7: schema di esempio di analisi di immagine digitale da WinRHIZO software. L’immagine acquisita in primo piano e i grafici a barre nella parte superiore dell’immagine sullo schermo mostra la distribuzione di lunghezza in classi di diametro selezionato. Le linee colorate indicano l’analisi di immagine, e ogni colore corrisponde a colori delle classi di diametro riportate nei grafici a barre. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Cultivar Blocco Lunghezza del rizoma (cm/dm2) Diametro medio (mm) < 0,2 mm totale rapportoun < 0,2 mm totale rapportob Patriota 1 231 278 16,9 1.637846 1.5994 97,7 Patriota 2 304 349 12,8 1.620667 1.588371 98,0 Patriota 3 304 366 16,8 1.649918 1.621367 98,3 Tifway 1 184 231 20,6 2.149745 1.9951 92,8 Tifway 2 155 193 19,9 1.866253 1.76605 94,6 Tifway 3 119 150 20,9 1.877386 1.75865 93.7 La Paloma 1 17 23 24.4 2.139019 1.8904 88,4 La Paloma 2 26 38 31,6 2.101385 1.7455 83,1 La Paloma 3 34 47 27.5 2.033729 1.7354 85,3 Yukon 1 32 44 28.0 1.700155 1.4945 87,9 Yukon 2 17 25 33.2 1.68339 1.4284 84,9 Yukon 3 67 87 23,6 1.844721 1.6774 90,9 una lunghezza di classi ≤ 0.2 mm/total length b diametro/Diametro totale di classi ≤ 0.2 mm Tabella 1: densità di Rizoma lunghezza e diametro medio di Rizoma con e senza classi più piccole di diametro. Densità di lunghezza con e senza includere classi di diametro inferiore a 0,2 mm e i loro rapporti (lunghezza di classi ≤ 0,2 mm/totale lunghezza); e diametro medio con e senza includere classi di diametro inferiore a 0,2 mm e i loro rapporti (comprese le classi di diametro < 0.2/diametro senza includere diametro classi < 0,2 mm).