JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Измерения столонов и корневищ Turfgrasses с помощью системы анализа цифровых изображений

Published: February 19, 2019
doi:
10.3791/58042
, ,
1Department of Agronomy, Food, Natural Resources, Animals, and Environment,University of Padova, 2Department of Horticulture,University of Arkansas

Summary

Системы анализа изображений на основе программного обеспечения предоставляет альтернативный метод для изучения морфологии stoloniferous и корневищные видов. Этот протокол позволяет измерение длины и диаметра столонов и корневищ и может применяться для образцов с большим объемом биомассы и широкий спектр видов.

Abstract

Длина и диаметр столонов или корневища обычно измеряются с помощью простых правителей и суппортов. Эта процедура является медленный и трудоемкий, поэтому он часто используется на ограниченное количество столонов или корневища. По этой причине эти черты ограничены в их использования для морфологическая характеристика растений. Использование технологии программного обеспечения анализа цифровых изображений может преодолеть измерения ошибки из-за человеческой ошибки, которые имеют тенденцию к увеличению, а также увеличить число и размер образцов. Протокол может использоваться для любого вида сельскохозяйственных культур, но особенно подходит для корма или трав, где растения являются небольшими и многочисленными. Газон примеры состоят из надземной биомассы и верхний слой почвы на глубину максимальной корневища развития, в зависимости от видов, представляющих интерес. В исследованиях пробы промываются от почвы, и столонов/корневищ убираются вручную перед анализ программного обеспечения для анализа цифровых изображений. Образцы далее сушатся в лаборатории Отопление печи для измерения сухого веса; Таким образом для каждого образца, полученные данные являются общая длина, вес сухой и средний диаметр. Сканированные изображения могут быть исправлены до анализа, за исключением видимых посторонних частей, таких как оставшихся корней или листьев не удаляется в процессе очистки. Действительно эти фрагменты обычно имеют гораздо меньшего диаметра, чем столонов или корневища, поэтому они могут быть легко исключены из анализа путем установления минимального диаметра, ниже которого объекты не считаются. Талломы или корневища плотности на единицу площади может затем быть рассчитываются на основе размера выборки. Преимуществом этого метода является быстрое и эффективное измерение длины и средний диаметр выборке чисел столонов или корневища.

Introduction

Исследование морфологии растений основном рассматривается во всех дисциплинах растений науки, включая экологии, агрономия, биологии и физиологии. Корневой системы растений широко изучается для ее важности в стрессу, стабильности почвы, роста растений и производительности. За их роль в стратегии распространения растений, рекуперативного способность и хранения углеводов также широко изучаются столонов и корневищ. Столонов и корневищ являются измененные стебли, которые растут горизонтально, либо выше земля (столонов) или ниже Земля (корневища). Столонов и корневищ также содержат регулярно расположенных узлов и междоузлий, а также меристемовые узлов, которые способны порождает новые корни и побеги1. Там были широкий ряд исследований по различным темам, расследование столонов корни и корневища различных растений2,3,4,5,6,7, 8. Ввиду их важности в газон качества9, весна зеленый вверх после зимней спячки10и износ терпимости и рекуперативного способность11изучаются корневой системы, столонов и корневищ turfgrasses. Кроме того эти органы также изучаются в других культур, turfgrasses рис12, сои4и кукурузы13и пастбища, где боковых стволов играют ключевую роль в эрозии почвы управления5.

Плотность длина корня (длина корня на единицу объема почвы) и средний диаметр обычно измеряются с помощью сканирования программного обеспечения3,4,5,9,,14,15 16,17,18. И наоборот Длина и диаметр столонов или корневища обычно измеряются линейкой и штангенциркуль3,,1920 и требуют значительного времени и труда21,22 , 23 , 24. Таким образом, они часто измеряются в ограниченное количество столонов или корневищ11,,20–25 и часто ограничиваются морфологическая характеристика расположенных растений только. Изучение Столон и корневища черты в зрелых навесом включает выборки большое количество биомассы, так что обычно только пояснения и корневища плотность сухого веса (сухой вес на единицу поверхности) определяется7,11, 26 , 27. Столон сухой массы, в самом деле, может быть более легко измеряемых чем Столон Длина и диаметр сушки проб в духовке. Однако длина Столон — важных видов и сортовой характер, что не хорошо связанной с сухой массы. Недавнее исследование ползучая Райграс многолетний (Лолиум perenne) продемонстрировал, что образцы с высоким Столон длина плотность не обязательно высокий Столон вес плотности6.

Системы анализа изображений сделать анализ корни быстрее28,29, более точным и менее склонны к человеческой ошибки30,21 , чем традиционные ручные методы,3132, 33. Кроме того, эти системы обеспечивают высокую гибкость и easy-to-use инструменты, включая свет, оптические установки и резолюции, которые часто откалиброваны для каждого отсканированные изображения34. Pornaro и др. 24 показал, что WinRHIZO системы, системы анализа изображений, специально предназначенные для измерения вымытые корни, могут предоставить альтернативный метод для анализа Столон и корневища черты более полно, чем текущие методы преодоления ошибки измерения, вызванных человеческой ошибки. Морфологическое описание и количественную информацию о Столон и корневища роста системы анализа изображений может использоваться для анализа большое количество образцов быстро, даже с большим объемом биомассы, позволяя повышение статистической точности. Таким образом пакеты программного обеспечения анализа корневых обеспечивают альтернативу, надежный и быстрый метод для изучения роста и морфология столонов и корневищ растений различных видов24.

Мы представляем эксперимента, проведенного в северо-восточной Италии для изучения Столон и корневища развития четырех сортов bermudagrass (Свинорой spp.). Исследования, направленные для повышения знаний о развитии столонов и корневищ в сеяный («LaPaloma» и «Юкон») и вегетативные («Патриот» и «Tifway») сортов bermudagrass. Эксперимент был создан в мае 2013 года, и более чем три даты выборки в год, с осени 2013 года летом 2015 года были собраны пробы газон [марта (до зеленого вверх), Июль (полный вегетационный период) и октябрь (до зимнего покоя)]. Для описания и объяснения этого метода мы использовали образцы, собранные в лето второй вегетационного сезона (июль 2014), как большой биомассы образцов в это время оправдывают необходимость быстрого анализа. WinRHIZO, анализ цифровых изображений программное средство специально для измерений промывают корень, был использован для определения плотности длина Столон и средний диаметр.

Protocol

1. сбор образцов биомассы Сбор образцов, включая надземной биомассы и почвенного слоя с соответствующей глубиной в зависимости от вида (для видов торфа, глубина 15 см – как правило, достаточно) для обеспечения сбора столонов и корневищ.Примечание: Общий размер участка должен рассматриваться до начала исследования, так как разрушительные образцы будут приняты. В общем чем дольше эксперимент провел, больше размер требуемый участок. Проверка условий почвы до взятия пробы: Если почва является слишком сухой, особенно в тяжелых почвах, это может быть трудно собирать образцы. В этом случае полива участков до коллекции для размягчения образца слоев. Сбор образцов с помощью пробоотборника ядро почвы (≥ 8 см в диаметре) или определить площадь поверхности для сбора с рамой (≥ 10 x 10 см) и собирать образцы с лопатой. Пометьте каждый образец с лентой лаборатории. Соберите несколько случайных выборок на участок, поэтому они представитель завода населения. Использование же сборники для всего эксперимента и записывать область, представляющую каждый образец для расчета плотности Столон и корневища.Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь, и образцы можно хранить в полиэтиленовых пакетах и сохраняются при температуре ниже-18 ° C. 2. Очистка биомассы образцов Поместите образец в большое сито с 0,5-1,5 мм отверстия в зависимости от размера Столон или корневища. Отверстия должны быть достаточно небольшим, чтобы сохранить все столонов и корневищ, но достаточно большой, чтобы позволить частицы почвы должны быть удалены. Для песчаных почв два сита с различными отверстиями, размещенных друг над другом, может позволить для улучшения точности и эффективности. Экологически чистые образцы с потоком воды с достаточно сил, чтобы удалить частицы почвы без повреждения растений. Извлечь очищенный образцы и поместите их в лоток с бумажными полотенцами, заботясь, чтобы надлежащим образом ярлык лотки.Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь, и образцы можно хранить в полиэтиленовых пакетах и сохраняются при температуре ниже-18 ° C. Далее, очистите образцы, удалив корни и листья с ножницами. В ходе этого процесса отдельные столонов и корневищ, при необходимости и запишите дополнительную информацию, например количество растений, культиваторы и столонов на заводе.Примечание: Удаление всех тканей корня и листьев от столонов и корневищ улучшит точность. Тонкой корни трудно удалить; Однако, путем анализа цифровых изображений, это позволяет исключить их из анализа, используя программное приложение, которое исключает органов с диаметром меньше, чем значение выбранной (см. шаг 5.1), которые определены достаточно точно на основе наблюдений изображений воспроизводится на экране. Место столонов и корневищ в документе помечены мешки.Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь, и образцы можно хранить в полиэтиленовых пакетах и сохраняются при температуре ниже-18 ° C. 3. сканирование и анализ образцов изображений Поместите образец на прозрачный пластиковый лоток сканирование оборудования стандарта WinRHIZO. Вручную установите столонов и корневищ с использованием лабораторных щипцы для сведения к минимуму дублирования. Крупных выборок может потребоваться разделить проб. Не добавляйте воды лоток (как рекомендуется для корней), потому что столонов и корневищ имеют достаточную жесткость во избежание чрезмерного сближения органов, которые могут вызвать ошибки чтения, которое обычно происходит с тонкой корнями. Поместите лоток на поверхности сканера. Включите сканер и запуска программы. Проверьте dpi изображения в меню изображение , команда параметр приобретение изображений, для возможного дальнейшего контроля в сохраненное изображение. Проверьте порог в анализ, команды корня и фон различия, для хорошей классификации пикселя, принадлежащие отсканированные органов. Убедитесь, что поверхности целый лоток будет проверяться в меню изображение , команда параметр приобретение изображений. Проверьте диаметр класс отображается для распределения органов в диаметре, в графической области выше отсканированное изображение. Выберите 20 равной ширины классы с интервалом 0,1 мм, нажав на горизонтальной оси графика. Эта функция позволяет изоляции данных, принадлежащих корни или малые органы, когда столонов или корневищ не были очищены, прекрасно. Литература сообщает, что большинство корней газон видов имеют диаметр менее 0,2 мм.Примечание: Ширину и количество классов могут быть изменены, принимая во внимание средний диаметр столонов и корневищ для анализируемых образцов и изменчивости вокруг это означает. Элемент управления должна проводиться в некоторых образцах для определения минимального диаметра должны быть исключены. Запуск первого сканирования образца и проверьте, что Правка позволяет хороший анализ. Следуйте инструкциям программного обеспечения для сохранения изображения и обработки анализа. Этикетке изображение и анализ с лейблом образца. Продолжите сканирование всех образцов.Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь, и образцы можно хранить в полиэтиленовых пакетах и сохраняются при температуре ниже-18 ° C. 4. измерение сухого веса Используя точные весы электронные, место отсканированные образцы в трее тарированного алюминия. Повторите шаг 4.1 для всех проверенных проб. Вставьте все образцы в духовке равным 105 ° C и высушите их за 24 ч. Удаление образцов и подождите, пока ткань вес стабилизировался. Взвесьте все образцы с их тары. Вычтите тары из записанных вес для получения вес нетто каждого образца. 5. Коррекция данных и расчет длины и веса плотности Коррекция длины и среднем диаметр Преобразуйте файл .txt, полученное с помощью анализа с WinRHIZO в CSV-файл. Используйте результаты сгруппированы для диаметра классов для исключения данных органов меньше 0,2 мм (корни, часть листьев, или царапины на лоток). Для каждого WinRHIZO чтения (строк файла .txt) сумма всех длин записал для классов диаметром более чем на 0,2 мм. Длина рассчитывается с этой коррекции является эффективная длина использоваться для дальнейшей обработки данных. Для каждого WinRHIZO чтения, сумма проекции районах зарегистрирован для диаметра классы более 0,2 мм. Соотношение между длиной и проекции области дает средний диаметр исправлениями для исключения органов с диаметром менее 0,2 мм. Если образец был разбит на проб, расчет конечной длины как сумма всех подвыборки длин и вычислить окончательного среднего диаметра как соотношение между суммой длин всех подвыборки и суммой всех областей проекции подвыборки. При необходимости, вычислить плотность Длина и вес на единицу площади поверхности, на основе размера выборки. Используйте данные, полученные для статистического анализа.

Representative Results

Полевой эксперимент был создан осенью 2013 для сравнения Столон и корневища развития четырех сортов bermudagrass, включая два посеян типы («LaPaloma» и «Юкон») и две стерильные вегетативные гибриды («Патриот» и «Tifway»). Экспериментальный дизайн был рандомизированных полный блок с тремя репликаций, для в общей сложности 12 участков (2 x 2 м). Четырнадцать столонов и четырнадцать корневищ от каждого сорта газон тип и дикий bermudagrass были собраны случайно в участках, а также от диких bermudagrass растений, растущих вблизи участков, для в общей сложности 70 столонов и 70 корневищ. Все столонов и корневищ были очищены, как описано в протоколе (шаг 2) до дальнейших измерений. Между узлами диаметр и длина были измерены с суппортом и правителя, соответственно, и было подсчитано количество узлов для каждого Столон или корневища. Раз, необходимых для очистки и измерения образцов Столон и корневища с правителем и суппорта также были записаны. Пояснения и корневища диаметры рассчитывались как средства всех диаметров internode измеряется. Общая корневища длин и всего Столон рассчитывались как сумма всех длин между узлами. Кроме того всего сканирования длины и отсканированные диаметры каждого Столон и корневища были измерены с помощью системы анализа цифровых изображений, как описано в шагах 3 и 5. Необходимые для измерения черты Столон и корневища системой цифровой анализ раз были записаны. Каждый Столон и корневища были затем сократить с ножницами, чтобы отделить междоузлий от узлов, и междоузлий, были использованы для оценки диаметр отсканированные между узлами, как описано в шагах 3 и 5. Были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона для столонов и корневищ (n = 70 столонов, n = 70 корневищ) между измеряется и проверки длины, измеряется и отсканированные диаметров, количество узлов и абсолютное значение разницы между измеренные и сканированные диаметров и измеренных диаметров и отсканированные internode диаметров. Длина измеряется с помощью линейки были использованы для калибровки длины, по оценкам, через систему анализа цифровых изображений. Регрессионный анализ показал высокую корреляцию между Столон сканирования длины и измеренной длины (рис. 1а), с наклоном 1.03 и перехвата-4.22, а также корневища сканирования длины и измеренной длины (рис. 1b), с наклон 1.03 и перехвата 4.22. Очистка вручную, 14 столонов и 14 корневищ взял среднее время 21 мин и 24 s и 11 мин и 12 s, соответственно. Среднее время для измерения длины и диаметра с правителем и суппорт было 14 мин и 6 s столонов и 13 мин и 35 s для корневищ. Сканирование и программное обеспечение анализа проб с помощью WinRHIZO взял в среднем 11 мин для столонов и 12 мин и 4 s для корневищ. Измеренные и отсканированные диаметров также значительно коррелировали столонов и корневищ. Отношения между диаметр измеряемых и отсканированные были близко к 1:1, что указывает хорошо подходят данных (Рисунок 2a и 2b). Однако перехват указали, что система анализа цифровых изображений завышенными измерения диаметра, особенно для более низкие значения, и что более высокие значения диаметра корневища были недооценены. Эта переоценка может быть обусловлено Столон узлы, которые проверяются программным обеспечением, затрагивающим общее проекции поверхности, которая используется для расчета диаметра (соотношение между общей проекции поверхности и общая длина) и вместо этого исключаются при измерениях сделано с суппорта. Корреляция между числом узлов и разница между диаметром значения, полученные обоими методами (измеряется и отсканированные) было значимым только в столонов (Рисунок 3А); Кроме того, изменения в количество узлов объяснил только небольшая часть вариации этой разницы (R2 = 14%). Значимая корреляция между проверенных диаметр internode и измерить диаметр (склоны 1.01 и 0,98 столонов и корневищ, соответственно; перехватывает от почти нуля) (рис. 4a и 4b) показывает, что между узлами диаметр может быть точно оценена через систему анализа цифрового изображения до тех пор, как узлы удаляются. Таким образом общая Столон длину и средний диаметр образцов, состоящая из многочисленных столонов или корневищ могут быть легко и точно количественно с помощью системы анализа цифровых изображений. В рамках текущего эксперимента один образец дерна (20 x 20 x 15 см Глубина) были собраны в каждом сюжете сезонно с осени 2013 летом 2015 года и было обработано как описано в протоколе. Пояснения и корневище длиной на единицу площади поверхности (длина плотности) и вес на единицу площади поверхности (плотность массы) образцов, собранных в июле 2014 представлены на рисунке 5. Различия в плотности длина Столон наблюдались между саженцах распространенные сорта («Патриот» и «Tifway») и семенами («La Paloma» и «Юкон»). «Патриот» отображается самая высокая плотность длина корневища, следуют «Tifway» и семенами сортов. Плотность массы Столон был различным для всех сортов, с «Патриот» показаны наибольшее значение, после чего «Tifway», «La Paloma» и «Юкон». Саженцах распространенные сорта также отображается более высокой плотности вес корневища чем посеян сортов. Разработка Столон и корневище длиной на единицу площади поверхности (длина плотности) и вес на единицу площади поверхности (плотность массы) сорта Патриот на протяжении всего периода исследования приводятся на рисунке 6. Талломы длина плотность отображается увеличение с марта 2014 года до июля 2014 года, и он не меняется от июля 2014 до июль 2015 г. Только несколько корневищ были обнаружены в пробах, собранных в октябре 2013 года и марте 2014 года. Корневища длина плотность увеличилась в июле 2104, достигнув самых высоких показателей, но сократилось в октябре 2014 года. Плотность массы Столон слегка увеличилась с марта до июля 2014 года; Однако более быстрый рост наблюдался с июля по октябрь 2014, с последующим снижением марта 2015. Плотность массы корневища была аналогичная тенденция корневища длина плотности, с его высоким значением в июле 2014. В анализе программное обеспечение включает все объекты в отсканированного изображения. Пример макета, анализ цифровых изображений от программного обеспечения WinRHIZO представлен (рис. 7), где линии разного цвета наложения объектов (столонов) различного диаметра для вычисления общей длины с диаметром класса. Мы можем наблюдать, что анализ принимает во внимание фрагменты корней или листьев. Как описано в шаге 3.9, можно ограничить ширину и количество диаметр классов, которые анализируются. Гистограмма показывает распределение длин в выбранный диаметр классы (рис. 7). Эта гистограмма может использоваться для оценки минимальный диаметр классы должны быть исключены. Визуального наблюдения этого графа в верхней части экрана изображения подчеркивается что длина имеет нормальное распределение вокруг среднем означает диаметр класса, за исключением первых двух классов, которые показывают более высокие значения, чем те, которые уместно нормальный распространение. Даже если образцы были тщательно очищены, включая эти маленькие классы, анализ данных может повлиять на результаты, переоценил длина плотности и недооценки средний диаметр. Наши результаты показывают, что длина меньше классов (диаметр < 0,2 мм) составляли 13-32% от значения длины всего корневищем, полученное с помощью программного обеспечения анализа (Таблица 1). Кроме того средний диаметр был недооценен от 2-17% (Таблица 1). Рисунок 1: Регрессионного анализа значений длины, мерилом ценности с правителем оценкам с системой анализа цифровых изображений bermudagrass столонов24 и) корневищ (b). Пунктирная линия представляет собой соотношение 1:1. Группа A был изменен с Pornaro и др. 24. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 2: Регрессионного анализа значений диаметра, мерилом ценности с суппортом оценкам с системой анализа цифровых изображений bermudagrass столонов24 (а) и корневищ (b). Пунктирная линия представляет собой соотношение 1:1. Группа A был изменен с Pornaro и др. 24. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 3: Регрессионный анализ числа узлов bermudagrass столонов24 (а) и корневищ (b) против абсолютные значения разницы между диаметром оценкам с системой анализа цифровых изображений и измеряется с суппортом. Пунктирная линия представляет собой соотношение 1:1. Группа A был изменен с Pornaro и др. 24. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 4: Регрессионного анализа значений диаметра, мерилом ценности с суппортом оценкам с системой анализа цифровых изображений bermudagrass столонов24 (а) и корневищ (b) для только междоузлий. Пунктирная линия представляет собой соотношение 1:1. Группа A был изменен с Pornaro и др. 24. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 5: пример результатов Длина и вес плотности столонов и корневищ от поля, сравнивавшее четыре сорта газонных трав bermudagrass (Патриот, Tifway, Ла Палома, Юкон). Талломы длина плотность (), корневища длина плотность (b), Столон вес плотности (c) и корневища вес плотности (d). Вертикальные полосы представляют собой стандартные ошибки шести реплицирует. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 6: пример результатов Длина и вес плотности столонов и корневищ от полевых испытаний, показаны Столон и корневища развития сорт bermudagrass патриот. Талломы длина плотность (), корневища длина плотность (b), Столон вес плотности (c) и корневища вес плотности (d). Вертикальные полосы представляют собой стандартные ошибки шести реплицирует. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 7: пример макет анализа цифровых изображений от программного обеспечения WinRHIZO. Отсканированное изображение на переднем плане и гистограммы в верхней части изображения на экране показывают распределение длины в классах отдельных диаметр. Цветные линии показывают анализа изображений, и каждый цвет соответствует цвета диаметром классов в линейчатых диаграммах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Сорт Блок Корневище длиной (2cm/dm) Средний диаметр (мм) < 0,2 мм Итого соотношение < 0,2 мм Итого Коэффициентb Патриот 1 231 278 16,9 1.637846 1.5994 97,7 Патриот 2 304 349 12,8 1.620667 1.588371 98.0 Патриот 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 Отель La Paloma 1 17 23 24.4 2.139019 1.8904 88,4 Отель La Paloma 2 26 38 31,6 2.101385 1.7455 83,1 Отель La Paloma 3 34 47 27,5 2.033729 1.7354 85.3 Юкон 1 32 44 28,0 1.700155 1.4945 87,9 Юкон 2 17 25 33.2 1.68339 1.4284 84,9 Юкон 3 67 87 23.6 1.844721 1.6774 90,9 Длина классы ≤0.2 мм/общая длина b диаметр/диаметр классы ≤0.2 мм Таблица 1: корневища длина плотности и средний диаметр корневища с и без меньшего диаметра классы. Длина плотности с и без включая классы диаметр меньше 0,2 мм и их соотношений (длина классов ≤ 0,2 мм/общая длина); и средний диаметр с и без включая классы диаметр меньше 0,2 мм и их соотношений (диаметр, включая классы < 0,2/Диаметр без включая диаметр классов < 0,2 мм).

Discussion

Протокол, описанные здесь разработан и оценены для изучения turfgrasses. Однако она может использоваться в диапазоне видов stoloniferous или корневищные с необходимыми изменениями согласно их морфологические характеристики, условия окружающей среды и очистка точности образца.

Средний диаметр, оценивается с помощью этот протокол нельзя сравнить с диаметром между узлами, измеренная с суппортом. Анализ цифровых изображений включает в себя узлы и междоузлий при расчете среднего диаметра, что соотношение между общей проекции поверхности и общей длины. Как указывалось, Pornaro и др. 24, средний диаметр, полученные для bermudagrass столонов с WinRHIZO системы переоценили средний диаметр измеренные с суппортом в internode. Талломы диаметр обычно используется для описания диаметр Столон междоузлий и это общий параметр, используемый для Ботаническое описание18,25. По этой причине, Pornaro и др. 24 указал, что средний диаметр оценивается через WinRHIZO системы и вручную измеренного между узлами диаметр описывают два различных морфология аспекты.

Время, необходимое для выполнения этого протокола остается ограничивающим фактором для обычного анализа. -Это наиболее трудоемкий этап очистки образцов (шаг 2.4). Основываясь на нашем опыте, уборка один образец газон с большим объемом биомассы (то есть, 20 x 20 см) требует около трех человек работает на 2-4 часа. Как описано в протоколе, процесс очистки необходим для обеих цифровой анализ системы и при использовании суппорта и правителя. Когда образцы состоять из ограниченного числа столонов/корневищ, похож на время, необходимое для сбора данных с двумя методами. Однако как увеличивается размер выборки, метод на основе программного обеспечения не имеют последующее время увеличиваться, как только ограничивающим фактором является площадь поверхности сканера. Наоборот время, необходимое для измерения органов с правителем и суппорт увеличивается с количество столонов или корневища, составляющих образец.

Изучение Столон и корневища черты в зрелых turfgrasses всегда была основана на измерение длины между узлами и диаметр и масса сухой вес7,11,,2627. Из-за большой время, необходимое для обработки образцов и уменьшение в точности с увеличением размера выборки ручного измерения должна быть ограничена небольшое количество столонов или корневищ11,,20–25. Таким образом они могут быть только подходит для одного завод экспериментов. Преимуществом системы анализа изображений над традиционными методами, что то, что можно измерить длину большого Столон или корневища образцы и рассчитать длину плотность и удельный вес (вес длина соотношение).

Этот протокол позволяет для измерения длины Столон и корневища и расчет плотностей длина в образцах с большой биомассой (для которых Столон или корневища вес в настоящее время единственный параметр, используемый для описания морфологии). Талломы или корневища длина может быть важным параметром во многих исследованиях, которые не могут быть оценены с современными методами. Недавние исследования на различных газон видов6 продемонстрировали, что Столон вес и длина плотности не всегда взаимосвязаны, указав, что он может быть желательно измерить несколько параметров для адекватной оценки системы Столон и корневища. Этот метод должен быть особенно подходит для сорта или культурной практики управления сравнения.

Несколько шагов в рамках Протокола имеют решающее значение для успешной оценки длины и средний диаметр столонов и корневищ. Из-за высокой изменчивости морфологии растений в условиях различных окружающей среды, количество образцов (размер выборки) и земельного участка измерения, которые должны быть пробы (измерение образца) должны тщательно оцениваться и быть как можно более представительный населения с целью снизить изменчивость данных. Кроме того очистка корни и листья от столонов прежде чем анализ кропотливой работы, требующие особого внимания во избежание переоценки. И наконец перед обработкой изображений, рекомендуется тщательно выбрать ширину диаметр классы и минимального диаметра с помощью опции программного обеспечения, чтобы исключить все что не Столон или корневищем, от анализа. Каждый эксперимент требует выбора минимального диаметра, как диаметр зависит от вида и состояния окружающей среды, включая культурной практики.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Нет.

Materials

laboratory tape Any NA Tags may be used to label samples
plastic bags Any NA Any plastic bag can be used to keep samples until they have been cleened
paper bags Any NA Any paper bag can be used to keep cleaned samples to avoid mold formation
paper towels Any NA After samples have been washed with water and before to clean them with scissors it is helpful to put them on a paper towel to absorb water
scissor Any NA Any scissor with fine tips
aluminium box Any NA Any aluminium box large enough to contain the sample
trays Any NA It is helpful to use plastic tray to hold samples during the cleaning process
sieve with 0.5-1.5 mm openings Any NA Any sieve
soil core sampler Any NA We use core sampler for soil collection with diameter of at least 8 cm
squared frame Any NA To collect large samples we use squared frame (10 x 10 cm, or 15 x 15 cm, or 20 x 20 cm)
spade Any NA We use spade to pull out samples delimited with squared frame
precision electronic balance Any NA Any precision electronic balance
laboratory oven Any NA Any laboratory oven
freezer Any NA Any freezer
WinRHIZO software Regent Instruments Inc., Quebec NA Excluded the "basic" version
WinRHIZO scanner Regent Instruments Inc., Quebec NA WinRHIZO system includes a scanner calibrated for the software
WinRHIZO scanner accessories Regent Instruments Inc., Quebec NA WinRHIZO system includes accessories, as plastic tray and positioner, to be used with the scanner
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Beard, J. B. . Beard’s turfgrass encyclopedia for golf courses, grounds, lawns, sports fields. , (2004).
  2. Anderson, J. A., Taliaferro, C. M., Wu, Y. Q. Freeze tolerance of seed- and vegetatively propagated bermudagrasses compared with standard cultivars. Applied Turfgrass Science. , (2007).
  3. Gennaro, P., Piazzi, L. The indirect role of nutrients in enhancing the invasion of Caulerpa racemosa var cylindracea. Biological Invasions. 16 (8), 1709-1717 (2014).
  4. Ortiz-Ribbing, L. M., Eastburn, D. M. Evaluation of digital image acquisition methods for determining soybean root characteristics. Crop Management. , (2003).
  5. Pornaro, C., Schneider, M. K., Leinauer, B., Macolino, S. Above-and belowground patterns in a subalpine grassland-shrub mosaic. Plant Biosystems. 151 (3), 493-503 (2017).
  6. Pornaro, C., Menegon, A., Macolino, S. Stolon development in four turf-type perennial ryegrass cultivars. Agronomy Journal. , (2018).
  7. Rimi, F., Macolino, S., Richardson, M. D., Karcher, D. E., Leinauer, B. Influence of three nitrogen fertilization schedules on bermudagrass and seashore paspalum: II. Carbohydrates and crude protein in stolons. Crop Science. 53, 1168-1178 (2013).
  8. Schiavon, M., Macolino, S., Leinauer, B., Ziliotto, U. Seasonal changes in carbohydrate and protein content of seeded bermudagrasses and their effect on spring green-up. Journal of Agronomy and Crop Science. 202 (2), 151-160 (2016).
  9. Macolino, S., Ziliotto, U. Comparison of Turf Performance and Root Systems of Bermudagrass Cultivars and Companion Zoysiagrass. Acta Horticulturae. 938, 185-190 (2012).
  10. Giolo, M., Macolino, S., Barolo, E., Rimi, F. Stolons reserves and spring green-up of seeded bermudagrass cultivars in a transition zone environment. HortScience. 48 (6), 780-784 (2013).
  11. Lulli, F., et al. Physiological and morphological factors influencing wear resistance and recovery in C3 and C4 turfgrass species. Functional Plant Biology. 39, 214-221 (2012).
  12. Ramalingam, P., Kamoshita, A., Deshmukh, V., Yaginuma, S., Uga, Y. Association between root growth angle and root length density of a near-isogenic line of IR64 rice with DEEPER ROOTING 1 under different levels of soil compaction. Plant Production Science. 20 (2), 162-175 (2017).
  13. Qin, R., Noulas, C., Herrera, J. M. Morphology and Distribution of Wheat and Maize Roots as Affected by Tillage Systems and Soil Physical Parameters in Temperate Climates: An Overview. Archives of Agronomy and Soil Science. , 1-16 (2017).
  14. Barnes, B. D., Kopecký, D., Lukaszewski, A. J., Baird, J. H. Evaluation of turf-type interspecific hybrids of meadow fescue with perennial ryegrass for improved stress tolerance. Crop Science. 54, 355-365 (2014).
  15. Biernacki, M., Bruton, B. D. Quantitative response of Cucumis melo inoculated with root rot pathogens. Plant Disease. 85, 65-70 (2001).
  16. Bouma, T. J., Nielsen, K. L., Koutstaal, B. Sample preparation and scanning protocol for computersied analysis of root length and diameter. Plant and Soil. 218, 185-196 (2001).
  17. Kraft, J. M., Boge, W. Root characteristics of pea in relation to compaction and Fusarium root rot. Plant Disease. 85, 936-940 (2000).
  18. Rimi, F. . Performance of warm season turfgrasses as affected by various management practices in a transition zone environment. , (2012).
  19. Burgess, P., Huang, B. Growth and physiological responses of creeping bentgrass (Agrostis stolonifera) to elevated carbon dioxide concentrations. Horticulture Research. 1, 14021 (2014).
  20. Volterrani, M., et al. The Effect of Increasing Application Rates of Nine Plant Growth Regulators on the Turf and Stolon Characteristics of Pot-grown ‘Patriot’ Hybrid Bermudagrass. HortTechnology. 25 (3), 397-404 (2015).
  21. Böhm, W. Methods of studying root systems. Ecological studies: Analysis and synthesis. , 64-71 (1979).
  22. Box, J. E. Modern methods for root investigations. Plant Roots: The Hidden Half. , 193-237 (1996).
  23. Dowdy, R. H., Nater, E. A., Dolan, M. S. Quantification of the length and diameter of root segments with public domain software. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26, 459-468 (1995).
  24. Pornaro, C., Macolino, S., Menegon, A., Richardson, M. WinRHIZO Technology for Measuring Morphological Traits of Bermudagrass Stolons. Agronomy Journal. 109 (6), 3007-3010 (2017).
  25. Taliaferro, C. M., Martin, D. L., Anderson, J. A., Anderson, M. P. Patriot turf bermudagrass. United States Plant Patent. , (2006).
  26. Munshaw, G. C., Williams, D. W., Cornelius, P. L. Management strategies during the establishment year enhance production and fitness of seeded bermudagrass stolons. Crop Science. 41, 1558-1564 (2001).
  27. Rimi, F., Macolino, S., Richardson, M. D., Karcher, D. E., Leinauer, B. Influence of three nitrogen fertilization schedules on bermudagrass and seashore paspalum: I. Spring green-up and fall color retention. Crop Science. 53, 1161-1167 (2013).
  28. Murphy, S. L., Smucker, A. J. M. Evaluation of video image analysis and line-intercept methods for measuring root systems of alfalfa and ryegrass. Agronomy Journal. 87, 865-868 (1995).
  29. Wright, S. R., Jennette, M. W., Coble, H. D., Rufty, T. W. Root morphology of young Glycine max, Senna obtusifolia, and Amaranthus palmeri. Weed Science. 47, 706-711 (1999).
  30. Nilsson, H. E. Remote sensing and image analysis in plant pathology. Annual Review of Phytopathology. 15, 489-527 (1995).
  31. Ottman, M. J., Timm, H. Measurement of viable plant roots with the image analyzing computer. Agronomy Journal. 76, 1018-1020 (1984).
  32. Newman, E. I. A method of estimating the total length of roots in a sample. Journal of Applied Ecology. 3, 139-145 (1966).
  33. Tennant, D. A test of a modified line intersect method of estimating root length. Journal of Ecology. 63, 995-1001 (1975).
  34. Arsenault, J. L., Pouleur, S., Messier, C., Guay, R. WinRHIZO™, a root-measuring system with a unique overlap correction method. HortScience. 30, 906 (1995).

Tags

Digital Image AnalysisStolonsRhizomesTurfgrassesBiomassSoil Core SamplerSieveWinRHIZOScanningPixel ClassificationDiameter Classes

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Pornaro, C., Macolino, S., Richardson, M. D. Measuring Stolons and Rhizomes of Turfgrasses Using a Digital Image Analysis System. J. Vis. Exp. (144), e58042, doi:10.3791/58042 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image