利用PlantScreen動(dòng)態(tài)表型成像研究大麥種群水分虧缺響應(yīng)和恢復(fù)

大麥(Hordeum vulgare)作為栽培的第四大禾谷類作物，但這種作物的水分脅迫耐受和恢復(fù)能力仍然不是很清楚。

現(xiàn)在的植物表型平臺(tái)可以通過無損傳感器，按照時(shí)間序列自動(dòng)、快速地測量一系列與脅迫相關(guān)的表型特征。到目前為止，通過室內(nèi)植物表型平臺(tái)的表型分析方法常常是基于對(duì)單株樣品的生長分析。而在大田里，植物生長會(huì)形成一個(gè)冠層，但同時(shí)由于季節(jié)性限制，大田表型分析在一年里僅能進(jìn)行有限的幾次實(shí)驗(yàn)，不可能像室內(nèi)表型平臺(tái)這樣持續(xù)不斷的實(shí)驗(yàn)。有沒有一種方法可以結(jié)合兩者的優(yōu)勢呢？

捷克Palacký大學(xué)的科學(xué)家提出了一種可重復(fù)的室內(nèi)表型分析方法，用于研究大麥種群的水分脅迫狀況和復(fù)水過程。這一方法的培養(yǎng)環(huán)境控制和表型測量主要都是通過PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng)完成的。

基本實(shí)驗(yàn)體系如下：

• 材料準(zhǔn)備

在濾紙上萌發(fā)大麥種子。選取胚根大小相近的幼苗移入標(biāo)準(zhǔn)PlantScreen測量托盤中。

• 圖像獲取

將托盤移入PlantScreen表型系統(tǒng)中，通過RGB彩色成像單元和FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧M(jìn)行自動(dòng)形態(tài)學(xué)測量和葉綠素?zé)晒獬上駵y量。測量過程中PlantScreen模擬溫度光照的晝夜交替培養(yǎng)環(huán)境，同時(shí)分別進(jìn)行正常澆水和缺水-復(fù)水的澆灌管理。

• 數(shù)據(jù)分析

PlantScreen表型系統(tǒng)軟件可提供經(jīng)過計(jì)算和初步分析的形態(tài)學(xué)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)。之后研究者又通過自行開發(fā)的分析軟件對(duì)形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

Palacký大學(xué)的PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng)

他們應(yīng)用這一方法測量了多個(gè)不同干旱脅迫敏感性的轉(zhuǎn)基因大麥品系，從而區(qū)分不同敏感基因型的抗性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)冠層高度可以作為一個(gè)敏感性狀真實(shí)反映其他形態(tài)、光合生理和代謝指標(biāo)。研究者相信這一方法能夠促進(jìn)作物水分脅迫耐受和恢復(fù)能力的研究與理解。

大麥水分脅迫與復(fù)水處理過程中形態(tài)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化

參考文獻(xiàn)：

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