Name: a telemetric, gravimetric platform for real-time physiological phenotyping of plant&ndash;environment interactions
Uploaded: 2020-08-05T13:00:00
Duration: 15 min 30 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of PlantÃ¢â‚¬â€œEnvironment Interactions at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר המשותפת ISF-NSFC (מענק מס' 2436/18) ונתמך גם על ידי משרד החקלאות והפיתוח הכפרי (יוג'ין קנדל) כחלק משורש העניין – מרכז הידע של אזור השורש למינוף החקלאות המודרנית.

<ol>
	<li>Ray, D. K., Mueller, N. D., West, P. C., Foley, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yield+Trends+Are+Insufficient+to+Double+Global+Crop+Production+by+2050.">Yield Trends Are Insufficient to Double Global Crop Production by 2050.</a> PLoS One. 8, 66428 (2013).</li><li>Food and Agriculture Organization of the United Nations. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The future of food and agriculture: Trends and challenges. , (2017).</li><li>Dhankher, O. P., Foyer, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Climate+resilient+crops+for+improving+global+food+security+and+safety.">Climate resilient crops for improving global food security and safety.</a> Plant, Cell &amp; Environment. 41, 877-884 (2018).</li><li>Chen, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissecting+the+phenotypic+components+of+crop+plant+growthand+drought+responses+based+on+high-throughput+image+analysis+w+open.">Dissecting the phenotypic components of crop plant growthand drought responses based on high-throughput image analysis w open.</a> Plant Cell. 26, 4636-4655 (2014).</li><li>Ubbens, J. R., Stavness, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+Plant+Phenomics:+A+Deep+Learning+Platform+for+Complex+Plant+Phenotyping+Tasks.">Deep Plant Phenomics: A Deep Learning Platform for Complex Plant Phenotyping Tasks.</a> Frontiers in Plant Science. , (2017).</li><li>Danzi, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+High+Throughput+Phenotyping+Help+Food+Security+in+the+Mediterranean+Area.">Can High Throughput Phenotyping Help Food Security in the Mediterranean Area.</a> Frontiers in Plant Science. , (2019).</li><li>Miflin, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crop+improvement+in+the+21st+century.">Crop improvement in the 21st century.</a> Journal of Experimental Botany. 51, 1-8 (2000).</li><li>Dalal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Physiological+Phenotyping+of+Drought-Stressed+Pepper+Plants+Treated+With+"Productivity-Enhancing"+and+"Survivability-Enhancing"+Biostimulants.">Dynamic Physiological Phenotyping of Drought-Stressed Pepper Plants Treated With "Productivity-Enhancing" and "Survivability-Enhancing" Biostimulants.</a> Frontiers in Plant Science. , (2019).</li><li>Moshelion, M., Altman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+challenges+and+future+perspectives+of+plant+and+agricultural+biotechnology.">Current challenges and future perspectives of plant and agricultural biotechnology.</a> Trends in Biotechnology. 33, 337-342 (2015).</li><li>Singh, A., Ganapathysubramanian, B., Singh, A. K., Sarkar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Machine+Learning+for+High-Throughput+Stress+Phenotyping+in+Plants.">Machine Learning for High-Throughput Stress Phenotyping in Plants.</a> Trends in Plant Science. 21, 110-124 (2016).</li><li>Houle, D., Govindaraju, D. R., Omholt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenomics:+The+next+challenge.">Phenomics: The next challenge.</a> Nature Reviews Genetics. 11, 855-866 (2010).</li><li>Fiorani, F., Schurr, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+Scenarios+for+Plant+Phenotyping.">Future Scenarios for Plant Phenotyping.</a> Annual Review of Plant Biology. 64, 267-291 (2013).</li><li>Tardieu, F., Cabrera-Bosquet, L., Pridmore, T., Bennett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+Phenomics,+From+Sensors+to+Knowledge.">Plant Phenomics, From Sensors to Knowledge.</a> Current Biology. 27, 770-783 (2017).</li><li>Negin, B., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+advantages+of+functional+phenotyping+in+pre-field+screening+for+drought-tolerant+crops.">The advantages of functional phenotyping in pre-field screening for drought-tolerant crops.</a> Functional Plant Biology. , (2017).</li><li>Gebremedhin, A., Badenhorst, P. E., Wang, J., Spangenberg, G. C., Smith, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospects+for+measurement+of+dry+matter+yield+in+forage+breeding+programs+using+sensor+technologies.">Prospects for measurement of dry matter yield in forage breeding programs using sensor technologies.</a> Agronomy. 9, 65 (2019).</li><li>Roitsch, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+sensors+and+data-driven+approaches-A+path+to+next+generation+phenomics.">New sensors and data-driven approaches-A path to next generation phenomics.</a> Plant Science. 282, 2-10 (2019).</li><li>Li, L., Zhang, Q., Huang, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+imaging+techniques+for+plant+phenotyping.">A review of imaging techniques for plant phenotyping.</a> Sensors (Switzerland). 14, 20078-20111 (2014).</li><li>Gosa, S. C., Lupo, Y., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+and+comparative+analysis+of+whole-plant+performance+for+functional+physiological+traits+phenotyping:+New+tools+to+support+pre-breeding+and+plant+stress+physiology+studies.">Quantitative and comparative analysis of whole-plant performance for functional physiological traits phenotyping: New tools to support pre-breeding and plant stress physiology studies.</a> Plant Science. 282, 49-59 (2019).</li><li>Araus, J. L., Cairns, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+high-throughput+phenotyping:+the+new+crop+breeding+frontier.">Field high-throughput phenotyping: the new crop breeding frontier.</a> Trends in Plant Science. 19, 52-61 (2014).</li><li>Ito, V. C., Lacerda, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Black+rice+(Oryza+sativa+L.):+A+review+of+its+historical+aspects,+chemical+composition,+nutritional+and+functional+properties,+and+applications+and+processing+technologies.">Black rice (Oryza sativa L.): A review of its historical aspects, chemical composition, nutritional and functional properties, and applications and processing technologies.</a> Food Chemistry. 301, 125304 (2019).</li><li>Anjum, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=physiological+and+biochemical+responses+of+plants+to+drought+stress.">physiological and biochemical responses of plants to drought stress.</a> African Journal of Agricultural Research. , (2011).</li><li>Halperin, O., Gebremedhin, A., Wallach, R., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+physiological+phenotyping+and+screening+system+for+the+characterization+of+plant-environment+interactions.">High-throughput physiological phenotyping and screening system for the characterization of plant-environment interactions.</a> The Plant Journal. 89, 839-850 (2017).</li><li>Yaaran, A., Negin, B., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+guard-cell+ABA+in+determining+steady-state+stomatal+aperture+and+prompt+vapor-pressure-deficit+response.">Role of guard-cell ABA in determining steady-state stomatal aperture and prompt vapor-pressure-deficit response.</a> Plant Science. 281, 31-40 (2019).</li><li>Dalal, A., Attia, Z., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=To+produce+or+to+survive:+how+plastic+is+your+crop+stress+physiology.">To produce or to survive: how plastic is your crop stress physiology.</a> Frontiers in Plant Science. 8, 2067 (2017).</li><li>Araus, J. L., Kefauver, S. C., Zaman-Allah, M., Olsen, M. S., Cairns, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translating+High-Throughput+Phenotyping+into+Genetic+Gain.">Translating High-Throughput Phenotyping into Genetic Gain.</a> Trends in Plant Science. 23, 451-466 (2018).</li><li>Ghanem, M. E., Marrou, H., Sinclair, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+phenotyping+of+plants+for+crop+improvement.">Physiological phenotyping of plants for crop improvement.</a> Trends in Plant Science. 20, 139-144 (2015).</li><li>Sinclair, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pot+binding+as+a+variable+confounding+plant+phenotype:+theoretical+derivation+and+experimental+observations.">Pot binding as a variable confounding plant phenotype: theoretical derivation and experimental observations.</a> Planta. 245, 729-735 (2017).</li></ol>

לסופרים אין מה לחשוף.

פער הידע של הגנוטיפ-פנוטיפ משקף את המורכבות של אינטראקציות הסביבה של גנוטיפ x (נבדק עלידי 18,24). ייתכן שניתן לגשר על פער זה באמצעות ברזולוציה גבוהה, HTP-telemetric אבחון ופלטפורמות הקרנה phenotypic שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד ביצועים פיזיולוגיים של צמח שלם וקינטיים קשר מים8,9. המורכבות של אינטראקציות הסביבה של גנוטיפ x הופכת את phenotyping לאתגר, במיוחד לאור כמה מהר צמחים מגיבים לסביבות המשתנות שלהם. למרות שמערכות phenotyping שונות זמינות כיום, רוב המערכות הללו מבוססות על חישה מרחוק וטכניקות הדמיה מתקדמות. למרות שמערכות אלה מספקות מדידות בו-זמניות, במידה מסוימת, המדידות שלהן מוגבלות לתכונות פיזיולוגיות מורפולוגיות ועקיפות25. תכונות פיזיולוגיות חשובות מאוד בהקשר של תגובתיות או רגישות לתנאים סביבתיים26. לכן, מדידות ישירות נלקחות ברציפות ובו זמנית ברזולוציה גבוהה מאוד (למשל, 3 דקות מרווחי זמן) יכול לספק תיאור מדויק מאוד של התנהגות פיזיולוגית של צמח. למרות היתרונות המשמעותיים של המערכת הגרבימטרית, יש לקחת בחשבון גם את העובדה שלמערכת זו יש כמה חסרונות פוטנציאליים. החסרונות העיקריים נובעים מהצורך לעבוד עם סירים ובתנאי חממה, אשר יכולים להציג אתגרים עיקריים עבור טיפול-רגולציה (במיוחד הרגולציה של טיפולי בצורת) וניסיוני-חזרה.
על מנת לטפל בבעיות אלה, יש לתנן את הלחצים המיושם, ליצור מבנה ניסיוני אקראי באמת, למזער את השפעות החשיש ולהשוות התנהגויות דינמיות מרובות של צמחים בתנאים סביבתיים משתנים בתוך פרק זמן קצר. גישת phenotyping תפקוד HTP-טלמטרי המתואר במאמר זה מטפל בנושאים אלה כפי שפורט להלן.
על מנת לתאם את התגובה הדינמית של הצמח לסביבה הדינמית שלו וללכוד תמונה מלאה וגדולה של אינטראקציות מורכבות בין צמחים לסביבה, יש למדוד ללא הרף את התנאים הסביבתיים(איור 4)והן את התגובות הצמחיות(איור 9ב'משלים). שיטה זו מאפשרת מדידה של שינויים פיזיים במדיום השתיקה ובאטמוספרה ברציפות ובו זמנית, לצד תכונות צמח (רצף אדמה-צמח-אטמוספרה, SPAC).
כדי לחזות בצורה הטובה ביותר כיצד צמחים יתנהגו בתחום, חשוב לבצע את תהליך phenotyping בתנאים דומים ככל האפשר לאלה שנמצאו בתחום18. אנו עורכים את הניסויים בחממה בתנאים מבוקרים למחצה כדי לחקות את תנאי השדה ככל האפשר. אחד התנאים החשובים ביותר הוא גדל או עציצים בינוני. בחירת מדיום התעשן המתאים ביותר לניסוי המערכת הגרבימטרית היא קריטית. מומלץ לבחור מדיום קרקע המתנקז במהירות, מאפשר את ההישג המהיר של קיבולת סיר ויש לו קיבולת סיר יציבה מאוד, כמו תכונות אלה לאפשר מדידות מדויקות יותר על ידי המערכת gravimetric. בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את הטיפולים השונים שיש ליישם בניסוי. לדוגמה, טיפולים מעורבים מלחים, דשנים או כימיקלים קוראים לשימוש במדיום עציצים אינרטי, רצוי אחד עם קיבולת נמוכה חילופי cation. טיפולי בצורת החלים על מיני צמחים בעלי תדרים נמוכים יפעלו בצורה הטובה ביותר עם מדיית עציצים עם רמות פולקסווגן נמוכות יחסית. לעומת זאת, טיפולי בצורת איטיים החלים על צמחים בעלי תדרות גבוהה יפעלו בצורה הטובה ביותר עם תקשורת עציצים עם רמות פולקסווגן גבוהות יחסית. אם השורשים נדרשים לניתוח שלאחר הניסוי (למשל, מורפולוגיה שורש, משקל יבש, וכו '), השימוש במדיום עם תוכן חומר אורגני נמוך יחסית (כלומר, חול, קרמיקה נקבובי או perlite) יקל על לשטוף את השורשים מבלי לפגוע בהם. לניסויים שיימשכו לתקופות ארוכות יותר, מומלץ להימנע מתוויה עשירה בחומר אורגני, מכיוון שעניין אורגני זה עלול להתפרק עם הזמן. לקבלת מידע מפורט יותר בנושא זה, עיין בטבלה 1 ובטבלה 2.
phenotyping שדה ו phenotyping חממה (טרום שדה) יש מטרות משלהם ודורשים להגדיר ניסיוני שונים. phenotyping טרום שדה מסייע הבחירה של גנוטיפים מועמד מבטיח שיש להם הסתברות גבוהה לעשות טוב בתחום, כדי לעזור להפוך את ניסויי שדה ממוקדים יותר וחסכוני. עם זאת, phenotyping טרום שדה כרוך במספר מגבלות (למשל, אפקטים סיר) שיכול לגרום צמחים לבצע באופן שונה מאשר הם היו בתנאישדה 18,27. גודל סיר קטן, אובדן מים על ידי אידוי וחימום של סולמות lysimeter הם דוגמאות של גורמים בניסויי חממה שעשויים להוביל אפקטיםסיר 18. השיטה המתוארת כאן נועדה למזער תופעות פוטנציאליות אלה באופן הבא:
(א) גודל הסיר נבחר על בסיס הגנוטיפ שיש לבחון. המערכת מסוגלת לתמוך בגדלים שונים של סירים (עד 25 ל') וטיפולי השקיה, המאפשרים בדיקה של כל סוג של צמח יבול. (ב) הסירים וקשקשי הלימסיטר מבודדים כדי למנוע העברת חום והתחממות של הסירים. (ג) מערכת זו כוללת מערכת השקיה וניקוז שתוכננה בקפידה. (ד) יש בקר נפרד לכל סיר, המאפשר אקראיות אמיתית עם השקיה עצמית וטיפולים בפיקוח עצמי. (ה) התוכנה לוקחת בחשבון את סמנכ"ל ה-VPD המקומי של הצמחים בחישוב ההתנהלות הסטומה החופה. נא עיין בהתליזציה של תחנות VPD מרובות באיור 1J.
מערכת זו כוללת מדידות פיזיולוגיות ישירות בצפיפות צמחים כמו שדה, אשר מבטל את הצורך רווחים גדולים בין הצמחים או העברת הצמחים עבור phenotyping מבוסס תמונה. מערכת זו כוללת ניתוח נתונים בזמן אמת, כמו גם את היכולת לזהות במדויק את נקודת הלחץ הפיזיולוגית (ω) של כל צמח. הדבר מאפשר לחוקר לעקוב אחר הצמחים ולקבל החלטות לגבי אופן עריכת הניסוי וכיצד יש לאסוף דגימות במהלך הניסוי. כיול המשקל הקל והפשוט של המערכת מאפשר כיול יעיל. מערכות בתפוקה גבוהה יוצרות כמויות אדירות של נתונים, המציגים אתגרים נוספים לטיפול בנתוניםואנליטיים 11,12. הניתוח בזמן אמת של הביג דאטה המוזן ישירות לתוכנה מהבקר הוא צעד חשוב בתרגום נתוניםלידע 14 בעל ערך רב לקבלת החלטות מעשיות.
שיטת phenotyping פיזיולוגית HTP-telemetric זה עשוי להיות מועיל לביצוע ניסויי חממה בתנאים קרובים לשדה. המערכת מסוגלת למדוד ולחשב באופן ישיר תגובות פיזיולוגיות הקשורות למים של צמחים לסביבה הדינמית שלהם, תוך התגברות יעילה על רוב הבעיות הקשורות לאפקט הסיר. היכולות של מערכת זו חשובות מאוד בשלב phenotyping טרום שדה, כפי שהם מציעים את האפשרות לחזות עונשים תשואה בשלבים מוקדמים של צמיחת הצמח.

הבטחת ביטחון המזון לאוכלוסייה גלובלית הולכת וגדלה בתנאים סביבתיים מידרדרים היא כיום אחתהמטרות העיקריות של מחקר החקלאות 1,,2,,3. הזמינות של כלים מולקולריים חדשים שיפרה מאוד את תוכניות שיפור היבול. עם זאת, בעוד כלים גנומיים מספקים כמות עצומה של נתונים, ההבנה המוגבלת של תכונות פנוטיפיק בפועל יוצרת פער ידע משמעותי. גישור על פער זה הוא אחד האתגרים הגדולים ביותר העומדים בפני מדע הצמחהמודרני 4,5,6. כדי לעמוד באתגרים המתעוררים בתהליך של שיפור היבול ולמזער את פער הידע של הגנוטיפ-פנוטיפ, עלינו לאזן את הגישה הגנוטיפית עםפנוצנטרית אחת 7,,8.
לאחרונה, פלטפורמות phenotyping בתפוקה גבוהה שונות (HTP) אפשרו phenotyping לא מפוזר של אוכלוסיות צמחים גדולותלאורךזמן פלטפורמות אלה עשויים לעזור לנו להפחית את פער הידע גנוטיפ-פנוטיפ 6,88,9,10. טכניקות ההקרנה HTP מאפשרות מדידה של תכונות במספרים מסיביים של צמחים בתוך פרק זמן קצר יחסית, הודות רובוטיקה ומסועים או גאנטים המשמשים להזיז את הצמחים או חיישנים (בהתאמה), בניגוד לטכניקות המופעלות ביד המבוססות על חילופי גז או צילום. עם זאת, כמויות הנתונים העצומות המיוצרות על ידי מערכות HTP מציגות אתגרים נוספים לטיפול בנתוניםואנליטיים 11,12.
רוב פלטפורמות HTP אלה כרוכות בהערכה של תכונות פנוטיפיק באמצעות חיישנים אלקטרוניים או רכישת תמונהאוטומטית 13,14. פנומיות שדה מתקדמות כרוכות בפריסה של חיישנים פרוקסימליים וטכנולוגיות הדמיה בתחום, כמו גם ברזולוציה גבוהה, בהיקף אוכלוסייה מדויק וגדולשל מדידה 15. יש לשלב נתוני חיישנים ותמונה עם נתונים אחרים של ריבוי אומיקה כדי ליצור גישה פנומית הוליסטית מהדור השני16. עם זאת, התקדמות מתודולוגית ברכישת נתונים, טיפול ועיבוד הופכים להיות חשובים יותר ויותר, כמו האתגרים של תרגום מידע חיישן לידע כבר לזלזל באופן גס במהלך השנים הראשונות של מחקר פנומיקהצמח 13. עם זאת, האמינות והדיוק של טכניקות הדמיה הזמינות כיום עבור phenotyping מעמיק של אינטראקציות גנוטיפ דינמי-סביבה ותגובות מתח צמחהם מפוקפקים 17,18. יתר על כן, התוצאות של סביבות מבוקרות הן לעתים קרובות שונות מאוד מאלה שנצפו בתחום, במיוחד כשמדובר phenotyping בצורת-מתח. זאת בשל הבדלים במצב הצמחים חווים במונחים של נפח הקרקע, סביבת הקרקע ומכשול מכני בשל ירידה בלחות הקרקע במהלך מתח בצורת. לכן, קשה לשער תוצאות של סביבות מבוקרות לשדה19. לבסוף, מחיר הכניסה של מערכות HTP מבוססות תמונה הוא גבוה מאוד, לא רק בשל מחיר החיישנים, אלא גם בשל הרובוטיקה, מסועים וגאנטים, אשר דורשים גם סטנדרטים גבוהים יותר של תשתית מתקן צמיחה ותחזוקה משמעותית (חלקים נעים רבים עובדים בסביבת חממה).
בנייר זה, אנו מציגים פלטפורמת פנוטיפינג HTP-טלמטרי שנועד לפתור רבות מהבעיות שהוזכרו לעיל. טכנולוגיית טלמטריה מאפשרת מדידה אוטומטית והעברה של נתונים ממקורות מרוחקים לתחנת קליטה לצורך הקלטה וניתוח. כאן, אנו מדגימים פלטפורמה לא מרשימה של HTP-טלמטרי הכוללת מספר רב של חיישנים (מערכת כבידתית) וחיישנים סביבתיים. ניתן להשתמש במערכת זו עבור האיסוף וחישוב מיידי (ניתוח תמונה אינו נחוץ) של מגוון רחב של נתונים, כגון רווח ביומסה של צמח כולו, שיעורי טרנספיון, מוליכות סטומה, שטף שורש ויעילות שימוש במים (WUE). הניתוח בזמן אמת של הביג דאטה המוזן ישירות לתוכנה מהבקר במערכת מייצג צעד חשוב בתרגום נתוניםלידע 14 בעל ערך רב לקבלת החלטות מעשיות, ומרחיב באופן משמעותי את הידע שניתן לרכוש מניסויים מבוקרים בתחום הסביבה, בכלל, ומחקרי חממה של לחץ בצורת בפרט.
יתרונות נוספים של פלטפורמת הטלמטריה הם המדרגיות והקלות של ההתקנה שלה ודרישות התשתית המינימליות שלה למתקן צמיחה (כלומר, ניתן להתקין אותה בקלות ברוב מתקני הצמיחה). יתר על כן, מכיוון שלמערכת מבוססת חיישנים זו אין חלקים נעים, עלויות התחזוקה נמוכות יחסית, כולל הן מחיר הכניסה והן עלויות תחזוקה לטווח ארוך. לדוגמה, המחיר של מערכת כבידתית של 20 יחידות, כולל מערכת תסיסת משוב לכל צמח, תחנה מטאורולוגית ותוכנה, יהיה דומה למחיר של מערכת חילופי גז ניידת אחת של מותג מוביל.
אורז(Oryza sativa L.) שימש כיבול מודל ובצורת היה הטיפול שנבדקו. רייס נבחרה מנוצר גדול דגנים עם מגוון גנטי רחב וזה מזון בסיסי עבור יותר ממחצית האוכלוסייה בעולם20. בצורת היא גורם מתח סביבתי גדול העלים לפגוע בצמיחת הצמח ובהתפתחות, מה שמוביל לתפוקות יבול מופחתות21. שילוב זה של טיפול ביבול שימש להדגמות יכולות הפלטפורמה ואת כמות הנתונים ואיכות הנתונים שהיא יכולה לייצר. לקבלת מידע נוסף אודות הרקע התיאורטי עבור שיטה זו, ראה 22.

<table>
<tbody>
<tr>
<td>Atmospheric Probes </td>
<td>SpectrumTech/Meter group</td>
<td>3686WD</td>
<td>Watchdog 2475</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>40027</td>
<td>VP4</td>
</tr>
<tr>
<td>Array Randomizer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>None</td>
<td>The software "Array Randomizer" can be used for creating an experimental design of a randomized block design, or fully random design. It was developed to have better control over the random distribution of the experimental samples (plants) in order to normalize the atmospheric microvariation inside the greenhouse.</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Free download and more information, please click on the following link: https://drive.google.com/open?id=1y4QbTpxRK5Lx430xzu1RFdrlcL8pz_1q</td>
</tr>
<tr>
<td>Cavity trays</td>
<td>Danish size with curved rim for nursery</td>
<td>30162</td>
<td>4X4X7 Cell, 84 cell per tray https://desch.nl/en/products/seed_propagation_trays/danish-size-with-curved-rim-for-nursery~p92</td>
</tr>
<tr>
<td>Coarse sand</td>
<td>Negev Industrial Minerals Ltd., Israel </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Compost</td>
<td>Tuff Marom Golan, Israel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Data Analysis software </td>
<td>Plant-Ditech Ltd., Israel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>SPAC Analytics</td>
</tr>
<tr>
<td>Drippers</td>
<td>Netafim</td>
<td>21500-001520</td>
<td>PCJ 8L/h</td>
</tr>
<tr>
<td>Fine sand</td>
<td>Negev Industrial Minerals Ltd., Israel </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Loamy soil (natural soil)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Nylon mesh</td>
<td>Not relevant (generic products)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Operating software </td>
<td>Plant-Ditech Ltd., Israel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Plantarray Feedback Control (PFC)</td>
</tr>
<tr>
<td>Peat-based soil</td>
<td>Klasmann-Deilmann GmbH, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Perlite</td>
<td>Agrekal , Israel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Plantarray 3.0 system</td>
<td>Plant-Ditech Ltd., Israel</td>
<td>SCA400s</td>
<td>Weighing lysimeters</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>PLA300S</td>
<td>Planter unit container</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>CON100</td>
<td>Control unit </td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>part of the planter set</td>
<td>Fiberglass stick</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>part of the planter set</td>
<td>Gasket ring</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Operating software</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>SPAC Analytics software</td>
</tr>
<tr>
<td>Porous, ceramic, mixed-sized medium</td>
<td>Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Porous, ceramic, small-sized medium</td>
<td>Greens Grade, PROFILE Products LLC., USA</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Pots</td>
<td>Not relevant (generic products)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Soil</td>
<td>Bental 11 by Tuff Marom Golan </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
<tr>
<td>Soil Probes </td>
<td>Meter group</td>
<td>40567</td>
<td>5TE</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>40636</td>
<td>5TM</td>
</tr>
<tr>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>40478</td>
<td>GS3</td>
</tr>
<tr>
<td>Vermiculite</td>
<td>Agrekal , Israel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
</tr>
</tbody>
</table>

a telemetric, gravimetric platform for real-time physiological phenotyping of plant&ndash;environment interactions

ביטחון המזון עבור האוכלוסייה העולמית הגדלה הוא דאגה גדולה. הנתונים המסופקים על ידי כלים גנומיים עולים בהרבה על אספקת הנתונים הפנוטיים, ויוצרים פער ידע. כדי לעמוד באתגר של שיפור היבולים כדי להאכיל את האוכלוסייה העולמית הגדלה, יש לגשר על הפער הזה.
תכונות פיזיולוגיות נחשבות תכונות פונקציונליות מפתח בהקשר של תגובתיות או רגישות לתנאים סביבתיים. רבים הציגו לאחרונה תפוקה גבוהה (HTP) phenotyping טכניקות מבוססות על חישה מרחוק או הדמיה והם מסוגלים ישירות מדידה תכונות מורפולוגיות, אבל למדוד פרמטרים פיזיולוגיים בעיקר בעקיפין.
מאמר זה מתאר שיטה phenotyping פיזיולוגי ישיר שיש לו מספר יתרונות עבור phenotyping פונקציונלי של אינטראקציות בין הצמח לסביבה. היא מסייעת למשתמשים להתגבר על האתגרים הרבים שנתקלו בהם בשימוש במערכות כבידתיות של תאי עומס ותנסווצי חשיש. הטכניקות המוצעות יאפשרו למשתמשים להבחין בין משקל הקרקע, משקל הצמח ותכני מי הקרקע, תוך מתן שיטה למדידה רציפה בו זמנית של תנאי קרקע, צמח ואטמוספירה דינמיים, לצד מדידה של תכונות פיזיולוגיות מרכזיות. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקות מקרוב תרחישי מתח שדה תוך התחשבות השפעות הסביבה על הפיזיולוגיה של הצמחים. שיטה זו גם ממזערת את השפעות סיר, אשר הן אחת הבעיות העיקריות phenotyping טרום שדה. הוא כולל מערכת תסיסה הזנה בחזרה המאפשרת עיצוב ניסיוני אקראי באמת בצפיפות צמח כמו שדה. מערכת זו מזהה את סף הגבלת תכולת מי הקרקע ומאפשרת תרגום נתונים לידע באמצעות שימוש בכלי אנליטי בזמן אמת ומשאב סטטיסטי מקוון. שיטה זו למדידה מהירה וישירה של התגובות הפיזיולוגיות של צמחים מרובים לסביבה דינמית יש פוטנציאל גדול לשימוש בהקרנה עבור תכונות מועילות הקשורות לתגובות ללחץ abiotic, בהקשר של רבייה טרום שדה ושיפור היבול.

Watch this Scientific Journal Video about A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of PlantÃ¢â‚¬â€œEnvironment Interactions at JoVE.com

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of PlantÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Å“Environment Interactions

שיטת phenotyping כבידתית זו, טלמטרית, שלם, בעלת תפוקה גבוהה, מאפשרת מדידות ישירות ובו-זמנית בזמן אמת, כמו גם ניתוח של תכונות פיזיולוגיות מרובות הקשורות לתפוקה הכרוכות באינטראקציות דינמיות בין הצמח לסביבת הצמח.

פלטפורמה טלמטרית, כבידתית ל Phenotyping פיזיולוגי בזמן אמת של אינטראקציות צמח-סביבה

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating ...

צמחים מגיבים לסביבה בדרכים מורכבות מאוד. תכונות פיזיולוגיות הן בין המהירות ביותר להגיב. בדרך כלל, הרבה יותר מוקדם מאשר הבדלים מורפולוגיים ניתן לזהות.שיטת פנוטיפים תפקודית ברזולוציה גבוהה זו מאפשרת לכמת את אינטראקציות הסביבה של הצמח באופן רציף והרסני תחת טיפולים רבים. מערכת זו יכולה לשמש למדידות בזמן אמת של מגוון רחב של תכונות פיזיולוגיות, על צמחים רבים בו זמנית ללא כל ניתוח גדול תוך שליטה על התנאים עבור כל צמח באזור. כאן אנו מדגימים את הפרוטוקול המפורט ביותר.עם זאת, אנו ממליצים למשתמשים בפעם הראשונה להתחיל בפרוטוקול פשוט יותר, מה שמקל על היכרות עם ההליכים הניסיוניים, החומרה והתוכנה החשובים ביותר. מי שידגים את ההליך יהיה איתמר שנהר, תלמיד אמן מ-MyLab Begin, על ידי הכנסת מסנן הקרקע לסיר. מורחים את רשת הניילון על גבי הסיר כולו ומ מניחים את מחזיק הרשת על גבי הרשת.ואז לאט לדחוף את מחזיק הרשת באמצע הדרך למטה את החלק הפנימי של הסיר כולו, לוודא כי הרשת נשארת להתפשט באופן אחיד כפי שהוא דחף למטה בין שני הסירים. הכנס את מקל הפיברגלס בין שני הסירים ולדחוף אותו כל הדרך למטה לתחתית הסיר כולו. לוודא שזה בצד החיצוני של הרשת ולא לדחוף את הרשת.לפני דחיפת מחזיק הרשת כל הדרך למטה, לדחוף את הרשת למטה ביד מתוך הסיר ולהתאים אותו כך שהוא מופץ באופן אחיד והדוק על החלק התחתון, אשר יבטיח ניקוז נאות. החלק את טבעת אטם מתחתית הסיר להגדיר שליש הדרך במעלה הצד של הסיר, לוודא כי מכסה זה בטבעת פתוח לכיוון החלק התחתון של הסיר. תייג את הסירים לפי מיקומם במערך בתוך החממה.כדי לגדל את הצמחים, לנבוט את הזרעים במגשי חלל עם מדיום בעציצים הרצוי. התחל את הניסוי כאשר הצמח יתפתל כ -10% מקיבולת מי הסיר המרבית. השאירו כמה חללים ללא שתילים למדידות משקל קרקע, או פרטים, בצע את כתב היד של הטקסט.לפני תחילת ניסוי חדש, רמה וכיול lysimeters באמצעות רמת רוח ומשקלים סטנדרטיים. בצע את כיול המשקל בזמן שהמיכל הירוק, כולל כל התקעים שהוא נמצא בתא העומס, בצע את השלבים מתוך כתב היד של הטקסט. כדי להתחיל ניסוי חדש, פתח את תוכנת ההפעלה ולאחר מכן פתח את כרטיסיית הניסויים בתפריט בצד הימני של המסך.לחץ על צור חדש. תן שם לניסוי ולחץ על אישור. פתח את הניסוי החדש. לאחר מכן פתח צמחים ולחץ על צור חדש.בחלון, שנה את שם הצמח, המיקום, משקל הדמעות וסוג הקרקע. לאחר מכן לחץ על החל. לחץ על צמחים שוב, והטבלה תופיע על המסך.יצא את הטבלה על-ידי לחיצה על יצא צמחים בפינה הימנית התחתונה של הטבלה. לאחר מכן פתח את קובץ Excel שנשמר. שנה את הפרמטרים כנדרש ושמור.לחץ על ייבוא צמחים בפינה הימנית התחתונה של הטבלה. כאשר חלון קטן צץ אומר, צמחים מיובאים בהצלחה, לחץ על אישור. ובדוק אם השינויים שביצעת בקובץ Excel יובאו בהצלחה. לחץ על הניסוי החדש ועל התחל ניסוי בחלון שמופיע.לבסוף לחץ על אישור כדי להתחיל להקליט נתונים מניסוי זה. שקלו את הסירים הריקים שהוכנו מראש. אם משתמשים בחלקים הדומים זה לזה, המשקל הממוצע של 10 מהם יספיק.מערבבים את מדיום שתיל ביסודיות עם הרבה מים, אלא אם כן חול או מדיה אדמה הומוגנית אחרת משמשת. ולמלא באופן אחיד את כל הסירים הריקים שהוכנו מראש. הקש על החלק התחתון של הסיר על הרצפה כמה פעמים כדי לוודא כי מדיום בעציצים מופץ היטב.הכנס יצוק של עובש חלל הדומה בצורתו ובגודלו לתקע הקרקע השורשי של השתילים לאמצע מדיום השתיל. ולדחוף אותו פנימה לחלוטין. להשקות היטב את הסירים ולשטוף את החלק החיצוני של הסירים.ואז לאפשר להם לנקז במשך 30 דקות לפני שתמשיך לשלב הבא. מניחים את כל סירי השדה על מערך lysimeter במיכלים הירוקים על פי העיצוב הניסיוני. ודא כי התקעים של המיכלים הירוקים נמצאים במקום הנכון, כי המיכלים הירוקים ממוקמים כראוי החריץ.בתוכנת ההפעלה, פתח את לשונית הניסוי ולחץ על הכרטיסיה מדידת רכיבים תחת הניסוי החדש. אשר את המדידה החדשה מהזמן שניתן בחלק העליון של המסך כאשר הדגימה הקודמת הייתה על. לחץ על מדידת אובייקט.לחץ על הבא כאשר משקלי הרשומה וחלונות התגים של דלתא מוקפצים. בחלון 'הקלט' של התג, תנו שם למטא-תג החדש כמדידה ראשונה ולחצו על 'סיום'. כאשר חלון המשקל נרשם בהצלחה, לחץ על אישור. מניחים את טפטוף ההשקיה מרובה השקעים, ואת כיסויי הסיר על כל סיר ב lysimeter.אשר את המדידה החדשה ולחץ שוב על מדידת אובייקט. לחץ על הבא כאשר משקלי הרשומה צצים. בחלון התג Delta, בחרו מדידה ראשונה במטא-תגים לחסרת מקטע ולחצו על 'הבא'.בחלון רשומת התג, תן שם למטא-תגים החדשים כרכיבים סטטיים ולחץ על סיום. כאשר חלון המשקל נרשם בהצלחה, לחץ על אישור. לחץ על צמחים בצד שמאל, וודא כי הערכים מתעדכנים. לאחר מכן, תחת הניסוי החדש, פתח את הכרטיסיה תרחישי טיפול ולחץ על צור חדש.תחת תוכנית, לחץ על השלב החדש. במרכז המסך, בחר שם בדיקות ייעודי לטיפול ואשר על ידי לחיצה על אישור. בחר לעולם לא לסיום ולחץ על החל. פתח את טיפולי ההשקיה בצד שמאל של שם הבדיקות שנבחרו.לחץ על השלב החדש. במרכז המסך, לשנות את זמן הפתיחה שסתום כמה דקות לפני הזמן הנוכחי, יחד עם פרמטרים אחרים כנדרש על ידי הניסוי, ולחץ על החל. פתח את הצמחים תחת הניסוי החדש ולחץ על שם הצמח החדש.במרכז המסך, לשנות את תוכנית הטיפול לתכנן. חלון יצץ, לחץ על אישור כדי לאשר. ודא שלצעד יש שם זהה לשם בדיקת ההשקיה.לאחר מכן לחץ על החל. בדוק באופן חזותי כי כל הסירים מושקיים כי נוזל השקיה עודף נוטף מתוך תקע ניקוז מחורר של המיכל הירוק. מוציאים את התקע הבלתי מנופח מהמיכל הירוק ותנו למים להתנקז לחלוטין.לאחר מכן החלף את התקע. פתח את לשונית הניסוי ולחץ על מדידת רכיבים במסגרת הניסוי החדש. לאחר אישור המדידה, לחץ על מדידת אובייקט תחת פרמטרים של צמח מדידה.לאחר לחיצה על משקלי הרשומה וחלונות התגים של דלתא, תן שם למטא-תגים החדשים כ- cast-pre ולחץ על סיום. לחצו על הלחצן 'אשר' כאשר חלון המשקל שהוקלט בהצלחה צץ. מוציאים בעדינות את הגבסים מהסיר.לחץ על מדידת רכיבים ולאחר מכן לאשר מדידה כמו קודם. תחת פרמטרי תוכנית מדידה, לחץ על למדוד אובייקט. לחץ על הבא כאשר חלון משקלי הרשומה יצץ.בחרו 'יצוק מראש' במטא-תגים לחסרת מקטע ולחצו על 'הבא'. בחלון רשומת התג, תן שם למטא-תג החדש כהצבת יצוק ולחץ על סיום. לחץ על צמחים בצד שמאל וודא כי הערכים מתעדכנים.בטבלת הצמח, עדכנו ידנית את משקל הקרע עם משקל הסירים הריקים שהוכנו מראש ונלקחו ידנית. לחץ על מדידת רכיבים ואשר את המדידה. תחת פרמטרים תוכנית מדידה, לחץ על מדידת משקל רטוב אדמה.לחצו על הלחצן 'אשר' כשחלון קטן צץ לאישור. לחץ על צמחים ותבדוק שהערכים מעודכנים. למדוד באופן ידני את המשקל הממוצע של חמש עד 10 אדמה מלאה חלל כי הם מושקיים היטב מנוקז היטב ללא שתילים.שוב, לחץ על מדידת רכיבים ואשר את המדידה. לחץ על סט שתילים משקל הקרקע בתפזורת. כאשר חלון קטן צץ הזן את המשקל הממוצע של נפח הקרקע ולחץ על אישור. לחץ על צמחים ותבדוק שהערכים מעודכנים.חזור למדוד פרמטרים צמח ולחץ על מדידת משקל נטו ראשוני צמח. בחלון רשומת התג, בחר הגדר רשומה חדשה כנקודת התייחסות של משקל נטו של צמח ולחץ על סיום. לחצו על הלחצן 'אשר' כאשר חלון המשקל נרשם בהצלחה, לחצו על 'צמחים' ובדקו שהערכים מעודכנים.ודאו כי השתילים במגשי החלל מושקיים היטב, מושכים בעדינות את השתילים עם שורשיהם תקע אדמה מהחללים, דואגים לא לפגוע בהם. וממקמים אותם בזהירות לתוך החללים שנעשו על ידי יצוקה בסירים. חזור על מדידת משקל נטו הצמח כפי שתוארה קודם לכן במדידת מטא-תגים.כדי לשקול להזמין מים במיכל הירוק, בצע את ההוראות בכתב היד של הטקסט כדי לוודא שמכל התבואה מלא. חזרו למדוד פרמטרי תוכנית ולחצו על 'מדידת משקל מים מילואים'. לחץ על אישור כאשר משקל המים מילואים וחלונות הצלחה צצים.לחץ על צמחים ולייצא את הטבלה על ידי לחיצה על ייצוא צמחים בפינה הימנית התחתונה של הטבלה. פתח את קובץ Excel והחסיר את משקל נטו הצמח הנמדד, וזרע משקל הקרקע בתפזורת ממדידת משקל המים השמורה וחסוך. לחץ על עדכן צמחים בפינה הימנית התחתונה של הטבלה.בחר את קובץ Excel ולחץ על פתח כדי לעדכן. כאשר חלון עדכון צמחים צץ, לחץ על אישור. ודא שהערכים מעודכנים. תחת פרמטרים צמח למדוד, לחץ על חישוב משקל יבש הקרקע.כאשר החלון צץ, הכנס משקל רטוב אדמה ומשקל יבש אדמה, או הכנס תוכן מי אדמה מחושב ידנית. לחץ על החל ולאחר מכן לחץ על סיום. כאשר חלון צץ, לחץ על אישור כדי לאשר.בצע את כתב היד של הטקסט כדי לחשב את ערך תוכן מי הקרקע. פתח את טיפולי ההשקיה ולחץ על צור חדש ושים את השם ולחץ על אישור. פתח את שם ההשקיה החדש ולחץ על צור חדש. לאחר מכן פתח את תוכנית הטיפול המוגדרת כברירת מחדל, הגדר את זמן הפתיחה של השסתום ופרמטרים אחרים כנדרש ולחץ על החל.הדבר מדגים תרחיש דינמי של טיפול השקיה עבור כל תקופת הניסיון בהתבסס על העדפות המשתמש. פתח תרחישי טיפול, פתח תוכנית ולחץ על שם התוכנית המוגדר כברירת מחדל. בחר שם טיפול מהרשימה ולחץ על אישור כדי לאשר.בחר את התנאים המתאימים לסיום ולחץ על החל. כל האפשרויות כוללות אפשרות פסק זמן שתסגור את הברז גם אם לא יגיעו לתנאים שנקבעו. לבסוף, בצע את הוראות כתב היד כדי להשלים את שולחן התוכנית.פתח את תוכנת ניתוח הנתונים והתחבר באמצעות שם המשתמש והסיסמה שלך. לחץ על בחירת ניסוי ולאחר מכן על מערכת בקרה לבחור ולבחור ניסוי. בעמודה השמאלית של המסך, לחץ על ניסויים והקלד את שם הניסוי ב סרגל השמות מתחת למקטע החיפוש.שם הניסוי יופיע לאחר מכן מתחת למקטע החיפוש בסעיף הניסוי. לחץ על שם הניסוי כדי לפתוח את המידע ואת החלקים של הצמח. בסעיף המידע, ערוך את תאריכי ההתחלה והסיום של WUE לתקופה של שלושה ימים לפחות לפני תחילת הטיפול בבצורת.לאחר מכן לחץ על עדכן. הערך WUE ו- R בריבוע עבור כל סיר יופיע או יעדכן במקטע הצמח. במקטע הצמח, בחר או אל תכלול כל צמח או סיר עם ערך WUE שלילי או ערך R בריבוע של פחות מ- 0.5.על ידי לחיצה על סמל העיניים מתחת לעמודה הפעילה, אשר לאחר מכן יהפוך אדום. ניתן לייצא את נתוני WUE כקובץ Excel על-ידי לחיצה על יצא נתונים במקטע הצמח. התנאים הסביבתיים היו במעקב לאורך כל הניסוי על ידי בדיקה אטמוספרית.הנתונים שנאספו מראים קרינה פעילה פוטוסינתטית וגירעון בלחץ אדים לימים שונים. ולאורך כל היום. תוכן המים הנכים של הסירים שטופלו בבצורת נמדד על ידי בדיקות קרקע לאורך כל תקופת הניסוי.נתונים שנאספו ממפעל אחד שטופלו בבצורת מוצגים כאן. ממוצע המשקל הצמחי המחושב עולה באופן עקבי הן בקרב בקרת קרלה והן בקרב טיפולי הבצורת בקרלה בשלב הראשון של הניסוי, כאשר כל הצמחים קיבלו השקיה דומה. כאשר הטיפול בבצורת הוחל על צמחי קרלה, צמחים אלה הפסיקו לעלות במשקל לא חזרו לעלות במשקל עד שלב ההחלמה.בשלב זה, חלה עלייה במשקל שהתנהלה לאט יותר ממה שנצפה עבור הפקדים. לעומת זאת, המשקולות של צמחי הבקרה של קרלה גדלו ברציפות לאורך כל תקופת הניסוי. שיטות אחרות כמו איסוף מדגם לביטוי גנים, תוכן מינרלי ופעילות פוטוסינתטית יכולות להיעשות במהלך ניסויים אלה עם התייחסות מדויקת להתנהגות הצמח ולתנאים הסביבתיים.פנוטיפים פונקציונליים היא שיטת אפיון מעשית של אינטראקציות סביבה צמחית, המעניקה למשתמש כלי טוב להשוואת פרופילי תגובה שונים של הצמח בתנאי סביבה שונים. כל פרופיל ספציפי יכול להיבחר למחקר מעמיק יותר או כמקור לתכונות פיזיולוגיות מועילות לתוכניות רבייה.

Research

JoVE Journal

Environment

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&ndash;Environment Interactions

Transient Gene Expression in Tobacco using Gibson Assembly and the Gene Gun

ביטוי גנים חולף בטבק באמצעות גיבסון הרכבה והאקדח הגן

In order to target a single protein to multiple subcellular organelles, plants typically duplicate the relevant genes, and express each gene separately ...

Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites

פיזי, כימי וביולוגי אפיון Biochars שש הופק עבור התיקון של אתרים מזוהמים

The physical and chemical properties of biochar vary based on feedstock sources and production conditions, making it possible to engineer biochars with ...

LC-MS Analysis of Human Platelets as a Platform for Studying Mitochondrial Metabolism

ניתוח LC-MS של טסיות האדם כפלטפורמה ללימוד מטבוליזם מיטוכונדריאלי

Perturbed mitochondrial metabolism has received renewed interest as playing a causative role in a range of diseases. Probing alterations to metabolic ...

Simultaneous DNA-RNA Extraction from Coastal Sediments and Quantification of 16S rRNA Genes and Transcripts by Real-time PCR

הפקת DNA-RNA סימולטני החוף משקעים וכימות של 16S rRNA גנים תעתיקי ידי בזמן אמת PCR

Real Time Polymerase Chain Reaction also known as quantitative PCR (q-PCR) is a widely used tool in microbial ecology to quantify gene abundances of ...

Screening for Endocrine Activity in Water Using Commercially-available In Vitro Transactivation Bioassays

Screening for Endocrine Activity in Water Using Commercially-available In Vitro Transactivation Bioassays

סיקור הפעילות האנדוקרינית במים באמצעות מסחרי-זמין<em&gt; במבחנה</em&gt; Transactivation bioassays

In vitro transactivation bioassays have shown promise as water quality monitoring tools, however their adoption and widespread application has been ...

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria

להגדרת הטור ניסיוני ללמוד אנאירובית Biogeochemical אינטראקציות בין והידרוקסידים ברזל (אוקסי), יסודות קורט, חיידקים

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

RGB והדמיה ספקטרלי שורש הצמח Phenotyping ומחקר פיזיולוגיים: הגדרת הניסוי והדמיה פרוטוקולים

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

On-Site Molecular Detection of Soil-Borne Phytopathogens Using a Portable Real-Time PCR System

זיהוי מולקולרי באתר של קרקע בתפו Phytopathogens באמצעות מערכת ה-PCR נייד בזמן אמת

On-site diagnosis of plant diseases can be a useful tool for growers for timely decisions enabling the earlier implementation of disease management ...

Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

המערכת האקולוגית פרוטוקולים פבריקציה נוספת (EcoFAB) להקמת מערכות אקולוגיות מעבדה שנועדה ללמוד אינטראקציות צמח-חיידק

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

Protocol for Acute and Chronic Ecotoxicity Testing of the Turquoise Killifish Nothobranchius furzeri

Protocol for Acute and Chronic Ecotoxicity Testing of the Turquoise Killifish Nothobranchius furzeri

פרוטוקול עבור סימן ובדיקות כרונית Ecotoxicity של דגים גמבוזיים טורקיז Nothobranchius furzeri

The killifish Nothobranchius furzeri is an emerging model organism in the field of ecotoxicology and its applicability in acute and chronic ecotoxicity ...