Sources des méthodes

Langan, P.et al.Évaluation de la réponse au stress et de la récupération de l'embouteillage dans l'orge (Hordeum vulgare L.) : une approche de phénotypisation basée sur l'image.Méthodes plantes20, 146 (2024).

Unités de recherche

1. Université de Dublin, Irlande

2. Université d'Amiens, France

Équipement d'instruments clés

PlantScreenSystème d'analyse d'imagerie phénotypique des plantes à haut débit en serre

PlantScreenLe système d'analyse d'imagerie phénotypique de plantes à haut débit de serre estRecherche en sciences végétales complète, automatisée, à haut débitSolution phénotypiqueProgramme de solutions，Permet une surveillance et une analyse à long terme et non destructives des caractéristiques phénotypiques des cultures allant de la plante modèle Arabidopsis thaliana au blé et au maïs.

systèmeDistribué enLes meilleurs instituts de recherche scientifique, universités et entreprises agricoles sur tous les continents.CommeCentre néerlandais de phénotypage écologique des plantes/Université de Wageningen, Pays - Bas(Note: le lien est un reportage, ci - dessous), Institut de génétique végétale et de recherche sur les cultures de Leibniz, Allemagne (IPK), Université d'Helsinki, Finlande, Université nationale australienne、Institut de biotechnologie, Académie chinoise des sciences agronomiques、Institut chinois du rizInstitutions agricoles et instituts de recherche de haut niveau,EtDupont Pioneer, Monsanto, BASF et d'autres entreprises agricoles- Oui.

Contexte de l'étude

Avec le changement climatique, la fréquence des précipitations augmente dans de nombreuses régions et le stress hydrique devient un facteur limitant important affectant la production d'orge.Les effets du stress hydrique sur le rendement des cultures varient selon le type de culture, les mesures de gestion, la diversité génétique et les conditions de stress. L'inondation peut entraîner un manque d'oxygène dans le sol, ce qui peut affecter la croissance et le développement des plantes.Cultures d'orge, plus sensibles au stress hydrique.Les méthodes de traitement et la durée du stress hydrique ont varié dans les études précédentes, ce qui rend difficile la comparaison des résultats entre les différentes études. Par conséquent, cette étude vise à déterminer une durée et un réglage optimaux pour simuler le stress d'inondation afin d'évaluer la tolérance à l'inondation de l'orge dans des conditions contrôlées, à l'aide d'une méthode d'analyse phénotypique de l'image.

Objectif de l'étude

L'objectif principal de cette étude estDéterminer un protocole expérimental optimal pour le stress par inondationAfin que dans des conditions de contrôleÉvaluation de la tolérance à l'inondation de l'orge，Quantifier simultanément les effets du stress d'inondation sur la croissance et la verdure de l'orge par des méthodes d'analyse phénotypique d'images- Oui.

Méthodes de recherche

1. Conception expérimentale

L'expérience a été réalisée en deux parties, à l'Université de Dublin en Irlande et à l'Université d'Amiens en France. Quatre variétés d'orge de printemps à deux rangs ont été sélectionnées, dont deux variétés commerciales (RGT PlanèteetConcert), et deux variétés traditionnelles (Glasnevin n°5etPromesse d'or). Expérimentations1Réalisé à l'Université de Dublin, testéLes deux variétés (RGT PlanèteAvecGlasnevin n°5), six combinaisons différentes de durées de stress d'inondation et de temps de récupération, y compris5Les jours,10Jours et14La contrainte des jours, avec ou sans7Jours de récupération. expérimental2Réalisée à l'Université d'Amiens en France,Expérimentation validée1Le meilleur programme sélectionné (14Contrainte de jour plus7Jours de récupération) reproductibilité et augmentation du nombre de deux variétés et échantillons(nombre de répétitions à partir de5Augmenté à10Un).

2. Traitement de la coercition

Au stade trifoliaire (i.e.Zadox 13), appliquer un stress d'inondation à l'orge, en plaçant le pot de fleurs dans un bassin extérieur avec un trou de drainage scellé, de sorte que le niveau d'eau reste au - dessus de la surface du sol environ1Au centimètre, correspondant à environ120%Rétention d'eau dans les champs. Les trous de drainage des pots de fleurs du groupe témoin ne sont pas scellés, maintenus à environ60%Rétention d'eau dans les champs. Dans l'expérimentation2Milieu, le niveau d'eau est maintenu à environ140%Rétention d'eau au champ, le groupe témoin est resté à environ100%Rétention d'eau dans les champs.Différents traitements d'humidité à traversPlantScreen™Système d'irrigation automatique de haute précision Daily08: 30 heuresSurveillé et régulé, le système réalise une réhydratation quantitative par rapport au poids cible.

3. Analyse phénotypique des images

utiliserPlantScreen™Plate - forme d'imagerie, prise de vue quotidienne du haut et des côtésRVBImages pour quantifier les effets physiologiques du stress d'inondation sur la croissance et la verdure. par logiciel d'analyse d'imageAnalysateur PlantScreen™CalculZone de projection supérieure au sol (PSA, somme des pixels divisés en vue latérale et en vue de dessus)Pour évaluer la croissance des plantes. En outre, dans l'expérimentation2En outre, il a été effectuéFluorCamImagerie dynamique de fluorescence de la chlorophylle pour évaluer les propriétés photosynthétiques des plantes- Oui.

4. Imagerie des racines et analyse phénotypique destructive

Dans l'expérimentation1À la fin de chaque traitement, les racines sont lavées à la main et la longueur des racines et la masse sèche sont enregistrées. utiliserEPSONScanner à plat etExplorateur RhizoVisionLe logiciel acquiert les paramètres du système racinaire, y compris la longueur, le volume, le diamètre et la surface. Le dernier jour de l'imagerie, la longueur de la tige supérieure du sol, le poids frais et le poids sec ont été déterminés. Expérimentations2In, le poids sec de la partie supérieure du sol a été déterminé le dernier jour de l'imagerie.

Résultats de l'étude

1. Détermination du meilleur programme de coercition

Les résultats expérimentaux ont montré que le ralentissement de la croissance des plantes était plus prononcé à mesure que le stress hydrique s'étendait, et que cet effet persistait pendant la période de récupération. Dans l'expérimentation1Dans, seulement14La coercition des jours (P5etP6), montrant une différence significative dans la masse sèche réelle entre le groupe témoin et le Groupe inondé (fig.3droiteEetF). En particulier contenant7Traitement maximal des jours de récupération (P6), la variation la plus significative de la qualité sèche au moment de la récolte, etZone de projection par la partie supérieure du solPSA(indique la biomasse supérieure du sol) distingue le mieux les différences de tolérance entre les génotypes(figure3GaucheF), a donc été choisie comme la meilleure option de traitement pour les expériences ultérieures.

2. Effet de l'inondation de l'eau sur la biomasse et les performances photosynthétiques de l'orge

Dans l'expérimentation2Parmi les quatre variétés d'orge, la biomasse sous le stress de l'inondation a été significativement réduite, la masse sèche du Groupe inondé a diminué d'environ par rapport au groupe témoin.73%à81%. par analyse d'image,Observé sous le stress d'inondation des plantesPSADiminution significative indiquant une inhibition de la croissance(figure4A).

L'imagerie par fluorescence de la chlorophylle montre que, pendant le stress, toutes les variétés deFv / FmLes valeurs (efficacité photochimique maximale) ont toutes diminué, mais ont repris au cours de la période de récupération. En particulierPromesse d'orVariétés tout au long de l'expérimentationFv / FmLa diminution de la valeur est minimale, montrant sa tolérance au stress d'inondation de l'eau(figure4B).

3. Analyse du changement de vert

En analysant le degré de verdure dans l'image, il a été constaté que le stress d'inondation entraînait des changements dans le nombre de pixels de certaines nuances spécifiques. Plus précisément, les tons verts plus foncés (teinte 2、3et4), devient moins visible dans les plantes inondées, tandis que les nuances vertes plus claires (Hue 7、8、9et10), et les nuances les plus profondes (teinte 1), a augmenté sous le stress d'inondation. Ces changements sont les plus significatifs pendant la période de stress et reviennent progressivement à la normale pendant la période de récupération (fig.5). Par conséquent,Il existe des différences significatives dans la composition et la variation dynamique de la teinte verte des feuilles chez les différents génotypes d'orge sous le stress d'inondation et peut servir d'indicateur de diagnostic rapide et non destructif de la résistance à l'inondation.

Conclusions de l'étude

Cette étude a identifié un protocole expérimental optimal pour le stress d'inondation par des méthodes d'analyse phénotypique d'image (14Contrainte de jour plus7Day Recovery), le Protocole a permis de distinguer de manière significative les réponses des différentes variétés d'orge au stress hydrique. Les résultats suggèrent que le stress hydrique réduit significativement la biomasse et les performances photosynthétiques de l'orge, et que l'adaptation et la résilience des plantes au stress peuvent être observées grâce à l'analyse de la verdure. De plus, cette étude souligne l'importance d'inclure une période de récupération après le stress, car cela permet d'observer la récupération de la croissance des plantes après le stress.Grâce à l'analyse phénotypique d'images à haut débit, cette étude fournit une nouvelle méthode reproductible d'évaluation de la tolérance précoce à l'inondation de l'orge, permettant une quantification plus précise des marqueurs associés au stress hydrique, tels que le degré de verdure,Fv / FmetPSA- Oui.

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