基于软件的图像分析系统为研究石斑鱼和根状茎物种的形态提供了一种替代方法。该协议允许测量石子和根状茎的长度和直径, 并可应用于具有大量生物量的样品和种类繁多的物种。
石子或根状茎的长度和直径通常使用简单的标尺和卡钳进行测量。这个程序是缓慢和费力的, 所以它经常被用于有限数量的石子或根状茎。因此, 这些性状在植物形态表征中的用途有限。数字图像分析软件技术的使用可以克服人为错误造成的测量误差, 随着样本数量和尺寸的增加, 测量误差往往会增加。该协议可用于任何类型的作物, 但特别适用于饲料或草, 那里的植物很小, 很多。草坪样本包括地上生物量和上土层的最大根状茎发展的深度, 这取决于感兴趣的物种。在研究中, 样品从土壤中清洗, 用数字图像分析软件进行分析前手工清洗石柱。样品在实验室加热炉中进一步干燥, 以测量干重;因此, 对于每个样本, 生成的数据是总长度、总干重和平均直径。扫描的图像可以在分析前进行校正, 方法是排除可见的无关部分, 例如在清洗过程中未去除的剩余根或叶子。事实上, 这些碎片的直径通常比石柱或根状茎小得多, 因此, 通过确定不考虑物体的最小直径, 可以很容易地将它们排除在分析之外。然后, 可以根据样本大小计算单位面积的 stolon 或根茎密度。该方法的优点是快速有效地测量了大量石柱或根茎样本的长度和平均直径。
植物形态学的研究主要涉及植物科学的所有学科, 包括生态学、农学、生物学和生理学。植物根系因其在耐压、土壤稳定性、植物生长和生产力等方面的重要性而得到广泛研究。茎石和根状茎在植物繁殖策略、恢复能力和碳水化合物储存中的作用也得到了广泛的研究。茎和根状茎是经修饰的茎, 水平生长, 无论是地面 (石石) 或地下 (根状茎)。茎和根状茎还包含正常间隔的节点和节间, 以及能够产生新的根和芽1的分生节点。已经有大量的研究不同的主题, 调查根, 石棒和根状茎的各种植物2,3, 4, 5,6,7, 8。研究了草坪的根系、茎和根状茎, 因为它们在草坪质量上的重要性分别为 9、冬季休眠后的春季绿化10、穿着耐受性和调理能力11。此外, 还在其他作物、水稻12、大豆4和玉米13等草皮和侧茎在土壤侵蚀控制中发挥关键作用的牧场5中对这些器官进行了研究.
根长度密度 (每个土壤体积的根长度) 和平均直径通常使用扫描软件3,4,5,9,14, 15, 16,17,18。相反, 石子或根状茎的长度和直径通常是用尺子和卡尺 3,19,20 ,需要大量的时间和劳动21,22,23,24. 因此, 它们往往是以数量有限的石子或根茎11、20、25 进行测量的, 而且往往仅限于间隔植物的形态特征。对成熟树冠中的茎石和根状茎性状的研究涉及对大量生物量进行取样, 因此通常只测定茎和根茎干重密度 (每单位表面干重) 7,11,26,27. 事实上, 通过在烤箱中干燥样品, 可以比茎长和直径更容易测量斯托龙干质量。然而, 石龙长度是一个重要的物种和品种特征, 与干质量没有很好的关系。最近一项关于蠕动多年生黑麦草 (lolium perenne) 的研究表明, 长的高石龙密度的样品不一定具有较高的石龙重量密度6。
图像分析系统使分析根系更快28,29, 更准确, 更不容易人为错误 30, 21 比传统的手动方法31,32, 33. 此外, 这些系统提供了高度灵活性和易于使用的工具, 包括光线、光学设置和分辨率, 这些工具通常针对每个扫描图像进行校准34。pornaro等人24证明 winrhizo 系统是专门为测量水根而设计的图像分析系统, 它可以通过克服目前的方法, 为更全面地分析茎和根茎性状提供一种替代方法。人为错误造成的测量误差。对于石龙和根茎生长的形态描述和定量信息, 图像分析系统可用于快速分析大量样本, 即使有大量的生物量, 从而提高统计精度。因此, 根分析软件包为研究不同植物品种24的石子和根状茎的生长和形态提供了一种替代的、可靠的、快速的方法。
本文在意大利东北部进行了一项实验, 研究了四个品种的茎龙和根茎的发育. 这项研究旨在增加对种子 (“lpaloma” 和 “ykon”) 和植物品种 (“爱国者” 和 “tifway”) 中石斑鱼和根状茎品种发育的了解。该试验于2013年5月建立, 每年在三个采样日期采集草皮样本, 从2013年3月到2015年夏季 (3月 (绿色上升前)、7月 (完整生长季节) 和 10月 (冬季休眠前)]。为了描述和解释这种方法, 我们使用了在第二个生长季节 (2014年7月) 夏季采集的样本, 因为此时样本的大量生物量证明需要进行快速分析。winrhizo 是专门为水根测量而设计的数字图像分析软件工具, 用于确定茎长密度和平均直径。
本文为草坪草的研究开发和评价了该方案。然而, 它可以用于一系列的石炭纪或根状茎物种, 并根据其形态特征、环境条件和样品清洗精度进行必要的调整。
该协议估计的平均直径不能与用卡尺测量的节间直径进行比较。数字图像分析包括平均直径计算中的节点和节点间, 即总投影面与总长度的比率。正如 pornaro等人所讨论的那样.24、winr拉斯系统的石草石子的平均直径高估了节点间的卡尺测量的平均直径值。stolon 直径通常用于描述 stolon 节间的直径, 是植物学描述 18,25的常用参数。为此, pornaro等人.24指出, 通过 winrhizo 系统估计的平均直径和手工测量的节间直径描述了两个不同的形态方面。
执行此协议所需的时间仍然是常规分析的限制因素。最耗时的阶段是样品的清洁 (步骤 2.4)。根据我们的经验, 清洁一个含有大量生物量 (即20 x 20 厘米) 的草皮样本需要大约3人工作2至4小时。如协议所述, 无论是数字分析系统还是使用卡尺和标尺时, 清洗过程都是必要的。当样本由数量有限的石草根组成时, 用这两种方法收集数据所需的时间是相似的。但是, 随着样本大小的增加, 基于软件的方法不会有后续的时间增加, 因为唯一的限制因素是扫描仪的表面积。相反, 用尺子和卡钳测量器官所需的时间随着组成样本的石子或根状茎的数量而增加。
成熟草坪上的茎石和根状茎性状的研究一直是基于节点间长、直径和质量干重 7、11、26、27 的测量。由于处理样品所需的时间很长, 而且随着样品尺寸的增加, 精度降低, 人工测量应限制在少量的石子或根茎11、20、25。因此, 它们可能只适合单株实验。与传统方法相比, 图像分析系统的优点是可以测量大的茎石或根茎样品的长度, 计算长度密度和比 (重量长度比)。
该协议允许测量大生物量样品中的茎长和根茎长度, 并计算长度密度 (其中的茎龙或根茎重量是目前用于形态学描述的唯一参数)。在许多研究中, stolon 和/或根状茎长度可能是一个重要的参数, 不能用目前的技术来估计。最近对不同草皮品种6的研究表明, 茎重和长度密度并不总是相关的, 这表明测量多个参数以充分评估茎子和根状茎系统可能是可取的。该方法应特别适用于品种或文化管理实践的比较。
该协议中的几个步骤对于成功估计石柱和根状茎的长度和平均直径至关重要。由于植物形态在不同环境条件下的高度变异性, 应仔细评估应取样的样品数量 (样本大小) 和地面面积尺寸 (样本尺寸), 并尽可能具有代表性。以减少数据的可变性。此外, 在分析之前清理石子上的根部和叶子是细致的工作, 需要特别注意, 以避免过度估计。最后, 在处理图像之前, 建议使用软件选项仔细选择直径等级和最小直径的宽度, 以便从分析中排除所有不是石头或根茎的内容。每项试验都需要选择最小直径, 因为直径因物种和环境条件而异, 包括文化习俗。
The authors have nothing to disclose.
没有。
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 |