单株幼苗光合有效光量子通量密度和养分对子叶和初始真叶生长的影响


发布时间:

2022-02-20

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  人工光植物工厂具有良好的绝缘和密封结构,能够全年生产大量且高质量的植物产品,同时可提高资源的利用效率。目前,植物工厂已经可以实现对植物的生长环境进行精准调控,但植物个体生长也会有不同的变化,这影响了植物工厂生产力的提高。因此,植物表型在了解周围微环境如何影响植物表型变异方面起着至关重要的作用。

 

  子叶是植物最早出现的叶子,在幼苗的发育过程中起着至关重要的作用,特别是在幼苗发育早期,影响着随后的植物生长过程。在叶片发育的最初生长阶段,叶片组织的形成需要植物其他部位的碳和能量。子叶早期的光合作用对幼苗生长至关重要,幼苗期植株依赖于即刻建立的光合作用,来促进植株生长发育,而这主要依赖于子叶的光合能力和贮藏氮量。因此,为了达到最大限度的植物生长,光合有效光量子通量密度和养分有效性是从幼苗发育早期开始就强烈影响植物生长的环境因子。

 

  本研究开发了一种模块化的种苗生产表型系统,通过长叶莴苣幼苗进行实验,利用RGB图像获取其子叶展开时间、子叶和真叶的时间序列上的投影面积。这也被用来分析周围微环境的光合光子通量密度和养分如何影响植物群体的生长变化。与实际测量结果一致的是,即使在类似的微环境下,幼苗的生长也会发生变化。结果还表明,相对生长量较高的幼苗具有较大的变异。通过简化表型与微环境、管理和基因型之间的相互作用,以及幼苗选择和育种与植物生产之间的相互作用,可以实现植物工厂内植物生长的整齐度和更高的生产力。

 

  图1 模块化苗木生产系统,配备表型测定装置、空气温度和相对湿度传感器。(a)示意图,(1)温度控制单元:空调(A)、空调(B)的空气出口,电加热器(C)。(2)植物表型单元:控制模块(×4)(D),红绿蓝(RGB)相机(×4)(E)、白色发光二极管(LED) (×4)(F)。(3)空气温度和相对湿度传感器(×4)(G)。(4)培养模块。(5) 带框的外箱(K)。(6) LED (18 W/个,长1170 ×宽30 ×高25 mm)。(7)空气循环器(DC12 V,0.2 A,叶片尺寸:30 × 190 mm,长240 ×宽48 ×高50 mm) (M)。(8)数字重量秤(误差±300 mg,精度100 mg) (×3)。(b)侧视图。(c)内视图。

 

  图2 在播种后125 - 216小时(HAS),以0.5 h为间隔,对同一种苗的时间序列上的RGB图像进行排序。在高PPFD水平 (202 µmol m-2s-1)下,该幼苗的子叶和真叶投影面积最大。(a)时间序列RGB图像、子叶时间序列图像、真叶出现后的时间序列图像。(b)同一株幼苗在播种后216 h处的放大图像:RGB图像、去除背景后的子叶和真叶,以及分离的子叶和真叶。

 

  图3 (a)在有营养和水的情况下,播种216 h后的单株子叶和真叶投影面积(Ap-ct)和单株子叶和真叶投影面积(HAS) (Act)。(b) 播种后216 h的Ap-ct与Act的比值(Ap-ct/Act)以及茎叶(子叶、真叶、下胚轴和叶柄)干重(Wd)。

 

  来源:Hayashi E., Amagai Y., Kozai T. et al. Variations in the growth of cotyledons and initial true leaves as affected by photosynthetic photon flux density at individual seedlings and nutrients. Agronomy. 2022, 12, 194. https://doi.org/10.3390/agronomy12010194

 

  编辑:张玉

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