利用一种三维CT 评估大麦洪涝引起的通气组织形成过程


发布时间:

2022-06-04

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  据预测,气候变化会使西欧冬季的降水量增加。预计这将增加西欧和温带海洋性气候的国家(例如爱尔兰和英国)的洪涝灾害频率,使洪涝灾害会变得更加普遍。内涝的后果是缺氧条件和根系的枯萎,从而对植物的营养吸收、生长和发育产生负面影响。大麦 (Hordeum vulgare L.) 根系中形成的溶源性通气组织,可以为根内提供空气,从而保证O2的运输和支持根呼吸。育种上,通气组织形成相关的分子标记工作上的难点是对该性状的表型筛选。传统的测量方法是根据阿基米德原理计算整个根部的体积,真空渗透后计算根部气体的体积。 这种测量形式需要高精度才能获得准确的结果。然而,由于对水的重量和体积的依赖,像实验室的气候条件这样简单的事情可以改变结果并导致数据不准确。另一种常用的方法是在显微镜下观察根横截面以识别和量化通气组织。而最新的方法是Karahara 等人在2012年使用折射对比 X 射线计算机断层扫描 (CT) 观察通气组织。 他们使用同步加速器X射线机扫描水稻的根部。 这是通过超过 180 ̊ 的 900 个投影完成的,估计图像像素分辨率为4.86 μm。 然而,全球同步加速器 X 射线机并不多,而且使用起来极其困难且成本高昂。现在有专门为研究开发的 X 射线 CT 装置,并且有大量文献使用了这种机器,特别是在土壤科学和根系结构研究领域。

 

  在本研究中介绍了一种X射线计算机断层扫描 (CT) 采集和分析方法的开发,用于时空识别和定量分析大麦根中 2D 和 3D 的通气组织,无需化学固定、树脂包埋等物理处理。研究证明,该方法可以促进早在涝后 9 天对大麦中通气组织的鉴定和定量。通过分析可以获得每切片整个根中的通气组织表面积的平均百分比图1(a),通气组织的总表面积占整个根段的百分比图1(b),以及包含通气组织的 2D 图像切片的百分比图1(c)。以及整个根部的体积百分比(图2)。本研究开发的方法可以潜在地应用于不同的植物物种,并有可能通过通气组织的X射线CT表型分析来支持育种标记的选择。

 

本研究开发的方法可以潜在地应用于不同的植物物种,并有可能通过通气组织的X射线CT表型分析来支持育种标记的选择。

  图1 ‘Siberia ’ 品种根切片的图像分析结果

 

  图2 在控制和淹水条件下 ‘Siberia’品种整个根部的体积百分比。

 

  图3大麦品种‘Kompolti’(左)和‘Siberia’(右)在淹水和非淹水条件下的横根剖面。对照无处理(a、b、c、g、h、i),涝渍处理9 d(d、e、f、j、k、l)。 植物在处理前生长15 d。 灰色代表根部的实心部分,黑色代表根部内外的空气。

 

  来源:Kehoe, S., Byrne, T., Spink, J., Barth, S., Ng, C. K., & Tracy, S. (2022). A novel 3D X‐ray computed tomography (CT) method for spatio‐temporal evaluation of waterlogging‐induced aerenchyma formation in barley. The Plant Phenome Journal, 5(1), e20035.

 

  编辑:婷婷

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