Medição de raízes adventícias e rizomas de Turfgrasses usando um sistema de análise de imagem Digital

Um experimento de campo foi criado no Outono de 2013 para comparar o desenvolvimento Estolho e rizoma de quatro cultivares de bermudagrass, incluindo dois tipos semeados (“LaPaloma” e “Yukon”) e dois híbridos vegetativos estéril (“Patriota” e “Tifway”). O delineamento experimental foi um bloco completo ao acaso com três repetições, para um total de 12 parcelas (2 x 2 m). Raízes catorze adventícias e quatorze rizomas de cada cultivar turf-tipo e os selvagens bermudagrass foram coletados aleatoriamente nas tramas, bem como de plantas selvagens bermudagrass cresce perto as parcelas, para um total de 70 raízes adventícias e 70 rizomas. Todas as raízes adventícias e rizomas foram limpos conforme descrito no protocolo (etapa 2) antes da medição ainda mais. Comprimento e diâmetro de entrenó foram medidos com uma pinça e governante, respectivamente, e o número de nós foi contado para cada Estolho ou rizoma. Os tempos necessários para limpar e medir amostras Estolho e rizoma com régua e compasso de calibre também foram registrados. Diâmetros de estolhos e rizoma foram calculados como o meio de todos os diâmetros de entrenó medidos. Estolho total e total rizoma comprimentos foram calculados como a soma de todos os comprimentos de entrenó. Além disso, total verificados comprimentos e diâmetros digitalizados de cada Estolho e rizoma foram medidos utilizando um sistema de análise de imagem digital, conforme descrito nas etapas 3 e 5. As vezes necessárias medir traços Estolho e rizoma pelo sistema digital de análise foram gravadas. Cada Estolho e rizoma foram, em seguida, corte com tesoura para separar entrenós de nós, e os entrenós foram utilizados para estimar o diâmetro internode digitalizados conforme descrito nas etapas 3 e 5. Coeficientes de correlação de Pearson foram calculados para raízes adventícias e rizomas (n = 70 raízes adventícias, n = 70 rizomas) entre medidos e verificados comprimentos, medidos e digitalizados diâmetros, número de nós e o valor absoluto da diferença entre a medida e diâmetros digitalizados e diâmetros medidos e diâmetros de entrenó digitalizados. Os comprimentos medidos com régua foram usados para calibrar o comprimento estimado através do sistema de análise de imagem digital. A análise de regressão indicou uma alta correlação entre comprimento Estolho digitalizado e comprimento medido (Figura 1a), com uma inclinação de 1,03 e de-4.22, bem como entre o comprimento de rizoma digitalizado e comprimento medido (Figura 1b), com um inclinação de 1,03 e interceptação de 4.22. Limpeza à mão, 14 raízes adventícias e 14 rizomas levaram um tempo médio de 21 min e 24 s e 11 min e 12 s, respectivamente. O tempo médio de medida de comprimento e diâmetro com uma régua e um compasso de calibre foi 14 min e 6 s de raízes adventícias e 13 min e 35 s de rizomas. A digitalização e software de análise de amostras usando WinRHIZO levou uma média de 11 min para raízes adventícias e 12 min e 4 s de rizomas. Medido e diâmetros digitalizados foram também significativamente correlacionados em raízes adventícias e rizomas. As relações entre diâmetro medido e digitalizado eram perto de 1:1, indicando um bom ajuste dos dados (Figura 2a e 2b). No entanto, a interceptação indicou que o sistema de análise de imagem digital sobrestimada diâmetro medido, especialmente para valores mais baixos, e que valores mais altos de diâmetro de rizoma foram subestimados. Esta superestimação pode ser devido a nós de estolhos que são verificadas pelo software, afetando a superfície de projeção total que é usada para calcular o diâmetro (relação entre a superfície de projeção total e total comprimento) e em vez disso, são excluídas quando as medições são feitos com a pinça. A correlação entre o número de nós e a diferença entre os valores de diâmetro obtidos pelos dois métodos (medido e digitalizados) foi significativa apenas em raízes adventícias (Figura 3a); Além disso, variações no número de nós explicaram apenas uma pequena parte da variação dessa diferença (R2 = 14%). A correlação significativa entre digitalizados diâmetro internode e medido o diâmetro (pistas de 1,01 e 0,98 para raízes adventícias e rizomas, respectivamente; intercepta de quase zero) (figura 4a e 4b) demonstra esse diâmetro internode pode ser estimado com precisão através do sistema de análise de imagem digital, enquanto nós são removidos. Portanto, diâmetro de comprimento e média de Estolho total das amostras compostas por numerosas raízes adventícias ou rizomas pode ser facilmente e com precisão quantificado usando o sistema de análise de imagem digital. Como parte de uma experiência em curso, uma amostra de relva (20 x 20 x 15 cm de profundidade) foi coletada em cada parcela sazonalmente de outono de 2013 para 2015 de verão e foi tratada como descrito no protocolo. O Estolho e rizoma comprimento por unidade de área de superfície (densidade de comprimento) e o peso por unidade de área superficial (densidade de peso) de amostras coletadas em julho de 2014 são apresentados na Figura 5. Diferenças na densidade de comprimento Estolho foram observadas entre as cultivares propagadas vegetativamente (“Patriota” e “Tifway”) e sem sementes (“La Paloma” e “Yukon”). “Patriota” exibido a maior densidade de comprimento rizoma, seguida por “Tifway” e as cultivares semeadas. A densidade de peso Estolho foi diferente para todas as cultivares, com “Patriota”, mostrando o valor mais alto, seguido por “Tifway”, “La Paloma” e “Yukon”. As cultivares propagadas vegetativamente também exibido densidades de peso rizoma maiores do que as cultivares semeadas. O desenvolvimento de estolhos e rizoma comprimento por unidade de área de superfície (densidade de comprimento) e o peso por unidade de área superficial (densidade de peso) de cultivar patriota durante todo o período de estudo são relatados na Figura 6. Densidade de comprimento Estolho exibido um aumento de março de 2014 para julho de 2014, e não variou de julho de 2014 para julho de 2015. Apenas alguns rizomas foram encontrados em amostras recolhidas em outubro de 2013 e de março de 2014. Densidade de comprimento rizoma aumentou em julho de 2104, atingindo seus valores mais altos, mas diminuiu novamente em outubro de 2014. Densidade de peso Estolho aumentada ligeiramente de março a julho de 2014; no entanto, um aumento mais rápido foi observado de julho para outubro de 2014, com uma diminuição posterior em março de 2015. Densidade de peso rizoma tinha uma tendência semelhante à densidade de comprimento do rizoma, com seu valor mais alto em julho de 2014. O software inclui na análise todos os objetos na imagem digitalizada. Um exemplo de um layout de análise de imagem digital da WinRHIZO software é apresentado (Figura 7), onde as linhas de cor diferente sobreposição de objetos (raízes adventícias), de diâmetro variável para calcular o comprimento total por classe de diâmetro. Podemos observar que a análise leva em fragmentos de conta das raízes ou folhas. Conforme descrito na etapa 3.9, é possível restringir a largura e o número de classes de diâmetro que são analisados. O histograma mostra a distribuição de comprimentos em classes selecionadas de diâmetro (Figura 7). Este histograma pode ser usada para avaliar as classes de diâmetro mínimo a ser excluído. Uma observação visual deste gráfico na parte superior da tela imagem destaques que o comprimento tem uma distribuição normal em torno de uma média quer dizer classe de diâmetro, com exceção as duas primeiras classes que mostram valores mais altos do que aqueles montagem normal distribuição. Mesmo que as amostras foram cuidadosamente limpos, incluindo essas classes menores, análise de dados pode afetar os resultados, superestimando a densidade de comprimento e diâmetro médio a subestimar. Nossos resultados mostram que o comprimento das classes menores (diâmetro < 0.2 mm) representaram 13-32% dos valores de comprimento de rizoma total resultante da análise de software (tabela 1). Além disso, o diâmetro médio foi subestimado de 2-17% (tabela 1). Figura 1: Análise de regressão dos valores de comprimento medido com a régua contra valores estimados com o sistema de análise de imagem digital de bermudagrass raízes adventícias24 (a) e) rizomas b. A linha tracejada representa uma proporção de 1:1. Painel A foi modificado de Pornaro et al 24. clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2: Análise de regressão dos valores de diâmetro medido com a pinça contra valores estimados com o sistema de análise de imagem digital de bermudagrass raízes adventícias24 (a) e rizomas (b). A linha tracejada representa uma proporção de 1:1. Painel A foi modificado de Pornaro et al 24. clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: Análise de regressão do número de nós de bermudagrass raízes adventícias24 (a) e rizomas (b) contra valores absolutos da diferença entre o diâmetro estimado com o sistema de análise de imagem digital e medido com o compasso de calibre. A linha tracejada representa uma proporção de 1:1. Painel A foi modificado de Pornaro et al 24. clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4: Análise de regressão dos valores de diâmetro medido com a pinça contra valores estimados com o sistema de análise de imagem digital de bermudagrass raízes adventícias24 (a) e rizomas (b) para entrenós só. A linha tracejada representa uma proporção de 1:1. Painel A foi modificado de Pornaro et al 24. clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 5: resultados do exemplo da densidade de comprimento e peso de raízes adventícias e rizomas de um ensaio de campo, comparando quatro cultivares de bermudagrass turfgrass (patriota, Tifway, La Paloma, Yukon). Estolhos comprimento densidade (a), rizoma densidade comprimento (b), Estolho densidade peso (c) e rizoma peso densidade (d). Barras verticais representam erros-padrão de seis repetições. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 6: resultados do exemplo da densidade de comprimento e peso de raízes adventícias e rizomas de um ensaio de campo mostrando Estolho e rizoma desenvolvimento de cultivar de bermudagrass patriota. Estolhos comprimento densidade (a), rizoma densidade comprimento (b), Estolho densidade peso (c) e rizoma peso densidade (d). Barras verticais representam erros-padrão de seis repetições. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 7: layout de exemplo de análise de imagem digital de software WinRHIZO. A imagem digitalizada em primeiro plano e os gráficos de barras na parte superior da imagem na tela mostram a distribuição de comprimento em classes de diâmetro selecionados. As linhas coloridas indicam a análise de imagem, e cada cor corresponde às cores das classes de diâmetro, relatadas nos gráficos de barras. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Cultivar Bloco Comprimento de rizoma (cm/dm2) Diâmetro médio (mm) < 0.2 mm total relaçãoum < 0.2 mm total relaçãob 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 um comprimento de classes ≤ 0.2 mm/total length b diâmetro Total/diâmetro de classes ≤ 0.2 mm Tabela 1: densidade de rizoma comprimento e o diâmetro médio do rizoma com e sem classes de diâmetro menores. Densidade de comprimento, com e sem incluir classes de diâmetro menores do que 0,2 mm e seus rácios (comprimento de classes ≤ 0,2 mm/total de comprimento); e diâmetro médio com e sem incluir classes de diâmetro menores do que 0,2 mm e seus rácios (incluindo classes de diâmetro < 0.2/diâmetro sem incluir diâmetro classes < 0,2 mm).