ソフトウェア ベースのイメージ分析システムは、匍匐枝や地下茎の種の形態を研究する代替メソッドを提供します。このプロトコルは、長さとほふく茎と根茎の直径の測定を可能にし、バイオマスの大量のサンプルとさまざまな種に適用できます。
ほふく茎や地下茎の長さと直径は、通常シンプルな定規やノギスを使用して測定されます。この手順は、ゆっくりと骨の折れる、ほふく茎や地下茎の限られた数に使われるので。このため、これらの特性は、植物の形態的特性の彼らの使用に制限が。デジタル画像解析ソフトウェア技術の使用増加数とサンプルのサイズも増加する傾向がある人間のミスによる測定エラーを克服する可能性があります。プロトコルは作物のあらゆる種類の使用することができますが飼料や牧草、植物が小さいために特に適して、多数。芝のサンプルは地上部現存量と最大の根茎の発達、興味の種によっての深さに浅層から成っています。研究では、サンプルは土から洗っているし、デジタル画像解析ソフトで解析の前に匐枝/根茎を手作業で洗浄します。加熱オーブン乾燥体重を測定する実験室でさらにサンプルを乾燥します。したがって、各サンプルでは、結果のデータは、合計の長さ、総乾燥重量および平均粒径値です。スキャンした画像は、解析の前に残りの根や葉洗浄プロセスで削除されないなど、目に見えるの余分な部分を除外することによって修正できます。確かに、これらのフラグメントは通常彼らすることができます簡単に解析から除外オブジェクトは考慮されません以下最小直径を固定することによって、ほふく茎や根茎よりもはるかに小さい径であります。サンプル サイズに基づいて、単位面積あたり匐枝や地下茎密度ことができますし、計算されます。この方法の利点は、長さとほふく茎や地下茎の大規模なサンプル数の平均直径の迅速かつ効率的な測定です。
植物形態学の研究は、生態学、農学、生物学、生理学を含む植物科学のすべての分野で主として扱われます。植物の根システムは、ストレス耐性、地盤安定、植物の生長と生産性でその重要性を広く検討されています。ほふく茎と地下茎がまた広く植物伝播戦略、回復能力、および炭水化物ストレージでの彼らの役割のため。ほふく茎と根茎が成長、水平方向にどちらか地上 (ストロン) 変更された茎や地面の下 (根茎)。ほふく茎と根茎は定期的に等間隔ノード, 節間と新しい根と芽1に上昇を与えることができる分裂のノードも含まれます。根、茎、および様々 な植物2,3,4,5,6,7、根茎の調査のさまざまなトピックに関する研究の多数がずっとあります。 8。芝草の根茎、茎、根系は芝質9春冬休眠10、および耐摩耗と回復能力11後グリーン アップの重要性のために研究されています。さらに、これらの臓器も他の作物、米12大豆4とトウモロコシ13、外側の茎が重要な役割を再生土壌浸食制御5で牧草地などの芝草研究します。
根長密度 (土壌量当りの根長) と平均粒径は一般に測定を使用してスキャン ソフトウェア3,4,5,9,14,15、 16,17,18。逆に、長さとほふく茎または根茎の直径定規では通常測定されるキャリパー3,19,20必要な時間と労働21,22,23,24します。 したがって、彼らはほふく茎または根茎11,20,25の限られた数で、間隔をあけられた植物のみの形態的特性に制限が多い。成熟したキャノピーのほふく茎と根茎の特性の研究は、バイオマスの大量のサンプリング、通常のみほふく茎と根茎の乾燥重量密度 (表面の単位あたりの乾燥重量) が決定した7,11,26,27. 匐枝の乾燥質量、実際には、することができます匐枝の長さと直径のよりもより簡単に測定オーブンでサンプルを乾燥します。しかし、匐枝の長さは重要な種や品種の特徴をよく乾燥質量とは無関係です。匍匐性の多年生イタリアンライ グラス (ペレニアルライ グラス) の最近の研究は、高いストロン長密度とサンプルが必ずしも高い匐枝重量密度6を持っていなかったことを示した。
画像解析システムは、ルート高速28,29より正確、かつ、従来の手動方法31,32,よりヒューマン エラー30,21が発生しにくいの分析を行う33します。 また、これらのシステムが高い現行を提供、光、光のセットアップ、および解像度、各調整は多くの場合を含む使いやすいツール スキャン画像34。Pornaroら24実証洗った根の測定に適した画像解析システム WinRHIZO システム可能性がありますを克服して現在の方法よりもより完全にほふく茎と根茎の特徴を分析する代替方法を提供人間のミスによる測定エラー。形態学的説明とほふく茎と根茎の成長に関する定性的情報は、統計精度を上げてを許可するバイオマスの大量でも迅速に、サンプルの数が多いを分析する画像解析システムを使用できます。したがって、ルート解析ソフトウェア パッケージは、成長やほふく茎の形態と異なる植物種24の根茎の代わりに、信頼性の高い、高速メソッドを提供します。
バミューダ グラス (ギョウギシバ属) の 4 品種のほふく茎と根茎の開発を研究する北東イタリアで行われた実験を紹介します。ほふく茎と地下茎播種 (“LaPaloma”と”Yukon”) の開発に関する知識を高めるため、研究の目的は、バミューダ グラスの生長 (「愛国者」と「ティフウェイ」) の品種。実験は 2013 年 5 月に設立され、芝採取は 2015 年の夏に 2013 年秋から年間 3 つのサンプリング日付 [グリーン アップ) (前に、の 3 月、7 月 (完全生育期)、(前に冬の休眠) 10 月]。説明とこのメソッドの説明については、この時点でサンプルの大規模なバイオマス迅速分析の必要性を正当化、第二成長期 (2014 年 7 月) の夏で収集されたサンプルを使用しました。WinRHIZO、特に根の洗浄測定向けデジタル画像解析ソフトウェア ツールは、匐枝長密度と平均粒径を決定する使用されました。
ここで説明したプロトコルの開発し、芝草研究評価。しかし、匍匐枝または根茎種の形態的特徴、環境条件および精密洗浄のサンプルによると必要な調整の範囲にわたって使用できます。
このプロトコルによる推定平均粒径は、キャリパーで測定した節間直径に比較できません。デジタル画像解析では、平均直径、合計投影面と合計間の比率の計算にノードそして節間を含まれています長さ。Pornaroらによって議論されるよう24、バミューダ グラス匐枝の節でキャリパーで測定される WinRHIZO 過大評価システム平均粒径値の得られる平均粒径。ストロンの直径匐枝の節間の直径を記述する一般的なもので、植物の説明18,25に使用される一般的なパラメーターです。このため、Pornaroら24は、平均粒径推定 WinRHIZO システムを手動で測定した節間直径を記述する 2 つの異なる形態の側面を指摘しました。
このプロトコルを実行する必要な時間には、ルーチン分析のための制限要因が残っています。最も時間がかかるフェーズは、サンプル (ステップ 2.4) のクリーニングです。大量のバイオマスと芝サンプルを 1 つのクリーニング、私たちの経験に基づいて (すなわち20 × 20 cm) 2 〜 4 時間のために働く約 3 人が必要です。プロトコルに従って、洗浄プロセス、両方デジタル解析システムと必要なノギスと定規を使用してます。サンプルは、ほふく茎・根茎の限られた数で構成されて、2 つの方法でデータを収集するために必要な時間は似ています。しかし、サンプル サイズが増加すると、ソフトウェア ベースのメソッドがない増加、2 回目以降唯一の制限要因はスキャナーの表面積。どころか、ほふく茎または根茎サンプルを構成する数と定規とキャリパーで臓器を測定するために必要な時間が増加します。
節間の長さの測定に基づいている常に成熟した芝草のほふく茎と根茎の特性の研究と直径と質量乾燥重量7,11,26,27。サンプルとサンプル サイズの増加に伴い精度は低下の処理に必要な大規模な時間、手動測定ほふく茎または根茎11,20,25の少数に限られているはずです。そのため、彼らは単一植物の実験に適したのみ可能です。従来の方法上の画像解析システムの利点は大きなストロンや根茎の長さを測定することができますそれがサンプルし、長密度と比重 (重量長さの比) を計算します。
このプロトコル (ストロンまたは根茎重量は現在形態の説明に使用される唯一のパラメーターです) バイオマス試料長密度のほふく茎と根茎の長さの測定と計算できます。ストロンや根茎の長さの現在の技術で推定することはできません多くの研究で重要なパラメーターがあります。匐枝の重量と長さの密度相関されていない常に、ほふく茎と根茎システムを適切に評価するために複数のパラメーターを測定することが望ましいことを示す別の芝生の種6に関する最近の研究を示しています。このメソッドは、特に品種に適したまたは文化管理の実践比較。
プロトコル内でいくつかの手順は、長さの成功の推定とほふく茎と地下茎の平均直径に重要です。植物形態別の環境条件、数のサンプル (サンプル サイズ) と地盤の下の高い変動のため必要があります寸法サンプル (サンプル寸法) 慎重に評価する必要があるあり、可能な代表的データのばらつきを減らすために人口。また、クリーニング ルーツし、分析は過大評価を避けるために特別な注意を必要とする細心の作業前に、ほふく茎から葉します。最後に、画像を処理する前に慎重に直径クラスおよび最小直径のすべてを除外するソフトウェアのオプションを使用してストロンまたは分析から根茎はない幅を選択する勧めします。各試験種と文化的慣行を含む環境条件によって異なります直径最小径の選択が必要です。
The authors have nothing to disclose.
なし。
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 |