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

Questo lavoro è stato sostenuto dal programma di ricerca congiunto ISF-NSFC (grant No. 2436/18) ed è stato anche parzialmente sostenuto dal Ministero israeliano dell'Agricoltura e dello Sviluppo Rurale (Eugene Kandel Knowledge Centers) come parte della Radice della Materia – The Root zone Knowledge Center for Leveraging Modern Agriculture.

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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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il divario di conoscenza genotipo-fenotipo riflette la complessità delle interazioni dell'ambiente genotipo x(revisionato da 18,24). Potrebbe essere possibile colmare questa lacuna attraverso l'uso di piattaforme di screening ad alta risoluzione, HTP-telemetrica e fenotipico che possono essere utilizzate per studiare le prestazioni fisiologiche dell'intera pianta e la cinetica della relazionedell'acqua 8,9. La complessità delle interazioni dell'ambiente genotipo x rende la fenotipazione una sfida, in particolare alla luce della rapida risposta delle piante ai loro ambienti mutevoli. Sebbene attualmente siano disponibili vari sistemi di fenotipazione, la maggior parte di questi sistemi si basa su tecniche di telerilevamento e imaging avanzate. Sebbene tali sistemi forniscano misurazioni simultanee, in una certa misura, le loro misurazioni sono limitate ai tratti fisiologici morfologici eindiretti 25. I tratti fisiologici sono molto importanti nel contesto della reattività o della sensibilità alle condizioni ambientali26. Pertanto, le misurazioni dirette eseguite continuamente e simultaneamente ad una risoluzione molto elevata (ad esempio, intervalli di 3 minuti) possono fornire una descrizione molto accurata del comportamento fisiologico di una pianta. Nonostante questi notevoli vantaggi del sistema gravimetrico, è necessario tenere conto anche del fatto che questo sistema presenta alcuni svantaggi potenziali. I principali svantaggi derivano dalla necessità di lavorare con i vasi e in condizioni di serra, che possono presentare grandi sfide per la regolamentazione del trattamento (in particolare la regolamentazione dei trattamenti per la siccità) e la ripetibilità sperimentale.
Al fine di affrontare questi problemi, si dovrebbe standardizzare le sollecitazioni applicate, creare una struttura sperimentale veramente randomizzata, ridurre al minimo gli effetti del vaso e confrontare più comportamenti dinamici delle piante in condizioni ambientali mutevoli entro un breve periodo di tempo. L'approccio di fenotipazione funzionale HTP-telemetrico descritto in questo documento affronta tali problemi come indicato di seguito.
Al fine di correlare la risposta dinamica dell'impianto con il suo ambiente dinamico e acquisire un quadro completo e ampio delle complesse interazioni tra impianto e ambiente, sia le condizioni ambientali (Figura 4) che le risposte alle piante (Figura supplementare 9B) devono essere misurate continuamente. Questo metodo consente di misurazione dei cambiamenti fisici nel mezzo di vaso e nell'atmosfera in modo continuo e simultaneo, insieme ai tratti delle piante (continuum suolo-pianta-atmosfera, SPAC).
Per prevedere al meglio come le piante si comporteranno sul campo, è importante eseguire il processo di fenotipazione in condizioni che siano il più simili possibile a quelle presenti nel campo18. Conduciamo gli esperimenti in una serra in condizioni semi-controllate per imitare il più possibile le condizioni di campo. Una delle condizioni più importanti è il mezzo di crescita o di potting. È fondamentale selezionare il mezzo di potting più adatto per l'esperimento del sistema gravimetrico. Si consiglia di scegliere un mezzo di terreno che drena rapidamente, consente il rapido raggiungimento della capacità del vaso e ha una capacità di vaso altamente stabile, in quanto tali caratteristiche consentono misurazioni più accurate da parte del sistema gravimetrico. Inoltre, devono essere considerati anche i diversi trattamenti da applicare nell'esperimento. Ad esempio, i trattamenti che coinvolgono sali, fertilizzanti o sostanze chimiche prevedono l'uso di un mezzo di produzione inerte, preferibilmente con una bassa capacità di scambio di cation. I trattamenti di siccità applicati alle specie vegetali a bassa trasparenze funzionerebbero meglio con i mezzi di produzione con livelli di VWC relativamente bassi. Al contrario, i trattamenti lenti di siccità applicati agli impianti ad alta trasparenze funzionerebbero meglio con i supporti di produzione con livelli di VWC relativamente elevati. Se le radici sono necessarie per l'analisi post-esperimento (ad esempio, morfologia delle radici, peso secco, ecc.), l'uso di un mezzo con un contenuto di materia organica relativamente basso (ad esempio, sabbia, ceramica porosa o perlite) renderà più facile lavare le radici senza danneggiarle. Per gli esperimenti che continueranno per periodi più lunghi, è consigliabile evitare i media ricchi di materia organica, in quanto la materia organica può decomporsi con il tempo. Per informazioni più dettagliate su questo argomento, vedere la Tabella 1 e la Tabella 2.
La fenotipazione sul campo e la fenotipazione della serra (pre-campo) hanno i propri obiettivi e richiedono diversi allescari sperimentali. La fenotipazione pre-campo aiuta la selezione di promettenti genotipi candidati che hanno un'alta probabilità di fare bene sul campo, per contribuire a rendere le prove sul campo più mirate e convenienti. Tuttavia, la fenotipazione pre-campo comporta una serie di limitazioni (ad esempio, effetti di vaso) che possono causare le prestazioni delle piante in modo diverso rispetto alle condizioni dicampo 18,27. Piccole dimensioni del vaso, perdita d'acqua per evaporazione e riscaldamento delle scale di lysimeter sono esempi di fattori negli esperimenti serra che possono portare agli effetti del vaso18. Il metodo qui descritto è progettato per ridurre al minimo tali potenziali effetti nel modo seguente:
(a) La dimensione del vaso viene scelta in base al genotipo da esaminare. Il sistema è in grado di sostenere varie dimensioni del vaso (fino a 25 L) e trattamenti di irrigazione, che consente l'esame di qualsiasi tipo di pianta da coltura. (b) I vasi e le squame del lysimetro sono isolati per evitare che il calore venga trasferito e qualsiasi riscaldamento dei vasi. (c) Questo sistema prevede un sistema di irrigazione e drenaggio attentamente progettato. (d) C'è un controller separato per ogni vaso, per consentire una vera randomizzazione con trattamenti auto-irriganti e auto-monitorati. (e) Il software tiene conto del VPD locale delle piante nel calcolo della conduttanza stoccata a baldacchino. Vedere la localizzazione di più stazioni VPD nella Figura 1J.
Questo sistema comporta misurazioni fisiologiche dirette a densità di piante simili al campo, che elimina la necessità di grandi spazi tra le piante o di spostare le piante per fenotipizzazione basata sull'immagine. Questo sistema include l'analisi dei dati in tempo reale, nonché la capacità di rilevare con precisione il punto di stress fisiologico (θ) di ogni pianta. Ciò consente al ricercatore di monitorare le piante e prendere decisioni su come l'esperimento deve essere condotto e come tutti i campioni devono essere raccolti nel corso dell'esperimento. La calibrazione del peso semplice e semplice del sistema facilita una calibrazione efficiente. I sistemi ad alta velocità effettiva generano enormi quantità di dati, che presentano ulteriori problemi analitici e di gestione deidati 11,12. L'analisi in tempo reale dei big data che vengono direttamente alimentati al software dal controller è un passo importante nella traduzione dei dati nellaconoscenza 14 che ha un grande valore per il processo decisionale pratico.
Questo metodo di fenotipazione fisiologica HTP-telemetrica potrebbe essere utile per condurre esperimenti serra in condizioni di campo ravvicinato. Il sistema è in grado di misurare e calcolare direttamente le risposte fisiologiche delle piante legate all'acqua al loro ambiente dinamico, superando in modo efficiente la maggior parte dei problemi associati all'effetto pot. Le capacità di questo sistema sono estremamente importanti nella fase di fenotipizzazione pre-campo, in quanto offrono la possibilità di prevedere le sanzioni di rendimento durante le prime fasi della crescita delle piante.

Garantire la sicurezza alimentare per una popolazione globale in crescita in condizioni ambientali in peggioramento è attualmente uno dei principali obiettivi della ricercaagricola 1,2,3. La disponibilità di nuovi strumenti molecolari ha notevolmente migliorato i programmi di miglioramento delle colture. Tuttavia, mentre gli strumenti genomici forniscono una quantità enorme di dati, la comprensione limitata dei tratti fenotipi effettivi crea un significativo divario di conoscenza. Colmare questo divario è una delle maggiori sfide che la scienza vegetale moderna deveaffrontare 4,5,6. Per affrontare le sfide che sorgono nel processo di miglioramento delle colture e ridurre al minimo il divario di conoscenza genotipo-fenotipo, dobbiamo bilanciare l'approccio genotipico con un fenocentricouno 7,8.
Recentemente, varie piattaforme di fenotipizzazione ad alto rendimento (HTP) hanno reso possibile il fenotipizzazione non distruttiva di grandi popolazioni vegetali nel tempo e queste piattaforme possono aiutarci a ridurre il divario di conoscenza genotipo-fenotipo6,8,9,10. Le tecniche di screening HTP consentono di misurazione dei tratti in un numero enorme di piante in un periodo di tempo relativamente breve, grazie alla robotica e ai nastri trasportatori o gantries utilizzati per spostare le piante o i sensori (rispettivamente), al contrario delle tecniche azionate a mano basate sullo scambio di gas o sulla fotografia. Tuttavia, le enormi quantità di dati prodotte dai sistemi HTP presentano ulteriori sfide di gestione dei dati e di analisi11,12.
La maggior parte di queste piattaforme HTP comportano la valutazione di tratti fenotipici attraverso sensori elettronici o l'acquisizione automaticadi immagini 13,14. La fenomico sul campo avanzata prevede l'installazione di sensori prossimali e tecnologie di imaging sul campo, nonché una scala di misurazione ad alta risoluzione, precisa e sularga popolazione 15. I dati dei sensori e delle immagini devono essere integrati con altri dati multi-omici per creare un approccio fenomico olistico di secondagenerazione 16. Tuttavia, i progressi metodologici nell'acquisizione, nella gestione e nell'elaborazione dei dati stanno diventando sempre più importanti, poiché le sfide della traduzione delle informazioni dei sensori in conoscenze sono state grossolanamente sottovalutate durante i primi anni di ricerca sulla fenomicavegetale 13. Tuttavia, l'affidabilità e l'accuratezza delle tecniche di imaging attualmente disponibili per la fenotipizzazione approfondita delle interazioni dinamico genotipo-ambiente e le risposte allo stress delle piante sonodiscutibili 17,18. Inoltre, i risultati di ambienti controllati sono spesso molto diversi da quelli osservati sul campo, soprattutto quando si tratta di fenotipazione da stress da siccità. Ciò è dovuto alle differenze nella situazione che le piante sperimentano in termini di volume del suolo, ambiente del suolo e impedimento meccanico a causa del calo dell'umidità del suolo durante lo stress da siccità. Pertanto, i risultati da ambienti controllati sono difficili da estrapolare al campo19. Infine, il prezzo di ingresso dei sistemi HTP basati sull'immagine è molto elevato, non solo a causa del prezzo dei sensori, ma anche a causa della robotica, dei nastri trasportatori e delle gantries, che richiedono anche standard più elevati di infrastruttura di crescita-impianto e manutenzione significativa (molte parti in movimento che lavorano in un ambiente serra).
In questo articolo, presentiamo una piattaforma di fenotipazione telemetrica HTP progettata per risolvere molti dei problemi di cui sopra. La tecnologia di telemetria consente la misurazione e la trasmissione automatiche dei dati da origini remote a una stazione ricevente per la registrazione e l'analisi. Qui, dimostriamo una piattaforma non distruttiva HTP-telemetrica che include più lysimetri di pesatura (un sistema gravimetrico) e sensori ambientali. Questo sistema può essere utilizzato per la raccolta e il calcolo immediato (l'analisi delle immagini non è necessaria) di un'ampia gamma di dati, come il guadagno di biomassa di un'intera pianta, i tassi di traspirazione, la conduttanza stomata, i flussi delle radici e l'efficienza nell'uso dell'acqua (WUE). L'analisi in tempo reale dei big data che vengono direttamente alimentati al software dal controllore nel sistema rappresenta un passo importante nella traduzione dei dati nellaconoscenza 14 che ha un grande valore per il processo decisionale pratico, estendendo sostanzialmente le conoscenze che possono essere acquisite da esperimenti di fenotipazione dell'ambiente controllato, in generale, e studi in serra di stress da siccità, in particolare.
Altri vantaggi della piattaforma di telemetria sono la sua scalabilità e facilità di installazione e i suoi requisiti minimi di infrastruttura di crescita-facility (cioè, può essere facilmente installato nella maggior parte delle strutture di crescita). Inoltre, poiché questo sistema basato su sensori non ha parti in movimento, i costi di manutenzione sono relativamente bassi, inclusi sia il prezzo di ingresso che i costi di manutenzione a lungo termine. Ad esempio, il prezzo di un sistema gravimetrico di 20 unità, compreso il sistema di fertigazione di feedback per ogni impianto, stazione meteorologica e software, sarà simile al prezzo di un sistema portatile di scambio di gas di un marchio leader.
Il riso (Oryza sativa L.) è stato utilizzato come coltura modello e la siccità è stata il trattamento esaminato. Il riso è stato scelto in quanto è una delle principali colture cerealicole con un'ampia diversità genetica ed è il cibo di base per oltre la metà della popolazione mondiale20. La siccità è un importante fattore di stress abiotico ambientale che può compromettere la crescita e lo sviluppo delle piante, portando a una riduzione della resa dellecolture 21. Questa combinazione di trattamento delle colture è stata utilizzata per dimostrare le capacità della piattaforma e la quantità e la qualità dei dati che può produrre. Per ulteriori informazioni sulla base teorica di questo metodo, vedere 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

La sicurezza alimentare per la crescente popolazione globale è una delle principali preoccupazioni. I dati forniti dagli strumenti genomici superano di gran lunga la fornitura di dati fenotipi, creando un divario di conoscenza. Per affrontare la sfida di migliorare le colture per nutrire la crescente popolazione globale, questo divario deve essere colmato.
I tratti fisiologici sono considerati tratti funzionali chiave nel contesto della reattività o della sensibilità alle condizioni ambientali. Molte tecniche di fenotipazione ad alta velocità (HTP) introdotte di recente si basano sul telerilevamento o sull'imaging e sono in grado di misurare direttamente i tratti morfologici, ma misurare i parametri fisiologici principalmente indirettamente.
Questo documento descrive un metodo per la fenotipizzazione fisiologica diretta che presenta diversi vantaggi per la fenotipizzazione funzionale delle interazioni pianta-ambiente. Aiuta gli utenti a superare le numerose sfide incontrate nell'uso di sistemi gravimetrici a cellule di carico ed esperimenti in vaso. Le tecniche suggerite consentiranno agli utenti di distinguere tra peso del suolo, peso delle piante e contenuto di acqua del suolo, fornendo un metodo per la misurazione continua e simultanea delle condizioni dinamiche del suolo, delle piante e dell'atmosfera, insieme alla misurazione dei tratti fisiologici chiave. Questo metodo consente ai ricercatori di imitare da vicino gli scenari di stress sul campo tenendo conto degli effetti dell'ambiente sulla fisiologia delle piante. Questo metodo riduce anche al minimo gli effetti del vaso, che sono uno dei principali problemi nella fenotipazione pre-campo. Include un sistema di fertigazione feed-back che consente un progetto sperimentale veramente randomizzato a densità di pianta simile a quella del campo. Questo sistema rileva la soglia di limitazione del contenuto di acqua del suolo (θ) e consente la traduzione dei dati nella conoscenza attraverso l'uso di uno strumento analitico in tempo reale e di una risorsa statistica online. Questo metodo per la misurazione rapida e diretta delle risposte fisiologiche di più piante a un ambiente dinamico ha un grande potenziale per l'uso nello screening per tratti benefici associati alle risposte allo stress abiotico, nel contesto dell'allevamento pre-campo e del miglioramento delle colture.

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

Questo metodo di fenotipizzazione gravitazionale ad alta produttività, telemetrico e dell'intera pianta consente misurazioni dirette e simultanee in tempo reale, nonché l'analisi di più tratti fisiologici legati alla resa coinvolti nelle interazioni dinamico tra piante e ambiente.

Una piattaforma telemetrica e gravimetrica per la fenotipizzazione fisiologica in tempo reale delle interazioni pianta-ambiente

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 ...

Le piante rispondono all'ambiente in modi molto complessi. I tratti fisiologici sono tra i più veloci da rispondere. Di solito, molto prima possono essere rilevate differenze morfologiche.Questo metodo di fenotipizzazione funzionale ad alta risoluzione consente di quantificare le interazioni ambientali della pianta in modo continuo e distruttivo sotto molti trattamenti. Questo sistema può essere utilizzato per misurazioni in tempo reale di una vasta gamma di tratti fisiologici, su molte piante contemporaneamente senza alcuna analisi importante controllando al contempo le condizioni per ogni pianta della zona. Qui dimostriamo il protocollo più dettagliato.Tuttavia, è consigliabile che gli utenti per la prima volta inizino con un protocollo semplificato, che semplifica la conoscenza delle più importanti procedure sperimentali, hardware e software. A dimostrare la procedura sarà Itamar Shenhar, uno studente master di MyLab Begin inserendo il filtro del terreno nella pentola. Stendere la rete di nylon sopra l'intera pentola e posizionare il supporto netto sopra la rete.Quindi spingere lentamente il supporto netto a metà strada verso l'interno dell'intero vaso, assicurandosi che la rete rimanga uniformemente distribuita mentre viene spinta verso il basso tra i due vasi. Inserire il bastoncino di fibra di vetro tra le due pentole e spingerlo fino al fondo dell'intera pentola. Assicurarsi che si trova sul lato esterno della rete e non spingi la rete.Prima di spingere il supporto netto fino in fondo, spingere la rete verso il basso a mano dall'interno della pentola e regolarla in modo che sia distribuita uniformemente e strettamente sul fondo, il che garantirà un corretto drenaggio. Far scorrere l'anello della guarnizione dal fondo della pentola impostare un terzo della strada sul lato della pentola, assicurandosi che questi coperchi nell'anello si apra verso il fondo della pentola. Etichettare i vasi in base alle loro posizioni nell'array all'interno della serra.Per far crescere le piante, germinare i semi in vassoi cavità con il mezzo di invaso desiderato. Avviare l'esperimento quando l'impianto risulta circa il 10% della capacità massima dell'acqua del vaso. Lascia alcune cavità senza piantine per le misurazioni del peso del suolo, o dettagli, segui il manoscritto di testo.Prima di iniziare un nuovo esperimento, livellare e calibrare i lisimetri utilizzando un livello di spirito e pesi standard. Eseguire la calibrazione del peso mentre il contenitore verde, incluse tutte le spine, si trova nella cella di carico seguendo i passaggi del manoscritto di testo. Per avviare un nuovo esperimento, aprire il software operativo, quindi aprire la scheda esperimenti nel menu sul lato sinistro dello schermo.Fare clic su Crea nuovo. Assegnare un nome all'esperimento e fare clic su OK. Aprire il nuovo esperimento. Quindi aprire le piante e fare clic su Crea nuovo.Nella finestra, modificare il nome della pianta, la posizione, il peso della lacrima e il tipo di terreno. Quindi fare clic su Applica. Clicca di nuovo su Piante e la tabella apparirà sullo schermo.Esportare la tabella facendo clic su Esporta piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella. Quindi aprire il file excel salvato. Modificare i parametri in base alle esigenze e salvarli.Fare clic su Importa piante nell'angolo inferiore sinistro della tabella. Quando viene visualizzata una piccola finestra che dice che le piante sono state importate correttamente, fare clic su OK. Verificare se le modifiche apportate nel file di Excel sono state importate correttamente. Fate clic sul nuovo esperimento e su Avvia esperimento nella finestra visualizzata.Infine, fare clic su OK per avviare la registrazione dei dati da questo esperimento. Pesare i vasi vuoti pre-preparati. Se si utilizzano parti simili l'una all'altra, il peso medio di 10 di esse sarà sufficiente.Mescolare accuratamente il mezzo di invaso con abbondante acqua, a meno che non venga utilizzata sabbia o altri mezzi omogenei del suolo. E riempire uniformemente tutti i vasi vuoti pre-preparati. Toccare la parte inferiore della pentola contro il pavimento alcune volte per assicurarsi che il mezzo di invaso sia ben distribuito.Inserire un calco di uno stampo a cavità simile per forma e dimensioni al tappo del terreno radicale delle piantine al centro del mezzo di invaso. E spingerlo completamente. Innaffiare bene le pentole e risciacquare l'esterno delle pentole.Quindi consentire loro di drenare per 30 minuti prima di proseguire verso il passaggio successivo. Posizionare tutti i vasi da campo sull'array del lysimeter nei contenitori verdi secondo il design sperimentale. Assicurarsi che le spine dei contenitori verdi si trovano nel posto giusto e che i contenitori verdi siano posizionati correttamente nella scanalatura.Nel software operativo aprire la scheda esperimento e fare clic sulla scheda Misura componenti nel nuovo esperimento. Confermare la nuova misurazione dal tempo indicato nella parte superiore dello schermo mentre il campione precedente era in corso. Fare clic su Misura oggetto.Fare clic su Avanti quando vengono visualizzato i pesi record e le finestre dei tag Delta. Nella finestra Record tag assegnare al nuovo metatag il nome come prima misurazione e fare clic su Fine. Quando la finestra del peso viene registrata correttamente, fare clic su OK. Posizionare i gocciolatori di irrigazione multi-uscita e le coperture delle pentole su ogni pentola nel lysimeter.Confermare la nuova misurazione e fare di nuovo clic su Misura oggetto. Fare clic su Avanti quando vengono visualizzato i pesi record. Nella finestra del tag Delta selezionare la prima misurazione nei metatag per sottrarre la sezione e fare clic su Avanti.Nella finestra del record di tag assegnare un nome ai nuovi metatag come componenti statici e fare clic su Fine. Quando la finestra del peso viene registrata correttamente, fare clic su OK. Fare clic su Piante sul lato sinistro e assicurarsi che i valori siano aggiornati. Quindi, sotto il nuovo esperimento, aprire la scheda scenari di trattamento e fare clic su Crea nuovo.In Piano fare clic sul nuovo passaggio. Al centro dello schermo, scegliere il nome del test designato per il trattamento e confermare facendo clic su OK. Scegliere mai per la terminazione e fare clic su Applica. Aprire i trattamenti di irrigazione sul lato sinistro del nome del test scelto.Clicca sul nuovo passaggio. Al centro dello schermo, modificare il tempo di apertura della valvola con qualche minuto di anticipo rispetto all'ora corrente, insieme ad altri parametri come richiesto dall'esperimento, quindi fare clic su Applica. Aprire le piante sotto il nuovo esperimento e fare clic sul nome del nuovo impianto.Al centro dello schermo, modificare il piano di trattamento per pianificare. Verrà visualizzata una finestra, fare clic su OK per confermare. Verificare che il passaggio abbia lo stesso nome del nome del test di irrigazione.Quindi fare clic su Applica. Controllare visivamente che tutti i vasi siano irrigati e che il liquido di irrigazione in eccesso gocciola dal tappo di scarico perforato del contenitore verde. Rimuovere la spina non forata dal contenitore verde e lasciare che l'acqua si scarichi completamente.Quindi sostituire la spina. Aprite la scheda esperimento e fate clic su Misura componenti (Measure Components) nel nuovo esperimento. Dopo aver confermato la misurazione, fare clic su Misura oggetto sotto misura parametri impianto.Dopo aver fatto clic sui pesi record e sulle finestre dei tag Delta, denominare i nuovi metatag come cast-pre e fare clic su Fine. Fare clic su OK quando viene visualizzata la finestra registrata correttamente dello spessore. Eserti delicatamente i calchi dalle pentole.Fare clic su Misura componenti, quindi confermare la misurazione come prima. In Parametri piano di misura fare clic su Misura oggetto. Fare clic su Avanti quando viene visualizzata la finestra pesi record.Selezionate cast-pre nei metatag per sottrarre la sezione e fate clic su Avanti (Next). Nella finestra del record di tag assegnare al nuovo metatag il nome come cast-post e fare clic su Fine. Fare clic sulle piante sul lato sinistro e assicurarsi che i valori siano aggiornati.Nella tabella della pianta, aggiornare manualmente il peso della lacrima con il peso dei vasi vuoti pre-preparati presi manualmente. Fate clic su Misura componenti (Measure Components) e confermate la misurazione. In Parametri piano di misura fare clic su Misura peso umido suolo.Fare clic su OK quando viene visualizzata una piccola finestra per la conferma. Clicca su Piante e verifica che i valori siano aggiornati. Misurare manualmente il peso medio di terreno riempito da cinque a 10 cavità che sono ben irrigati e ben drenato senza piantine.Anche in questo caso, fare clic su Misura componenti e confermare la misurazione. Clicca su Imposta piantine peso terreno sfuso. Quando viene visualizzata una piccola finestra, immettere il peso medio della massa del terreno e fare clic su OK. Clicca su Piante e verifica che i valori siano aggiornati.Tornare a misurare i parametri dell'impianto e fare clic su Misura peso netto iniziale impianto. Nella finestra del record di tag selezionare Imposta nuovo record come punto di riferimento del peso netto dell'impianto e fare clic su Fine. Fare clic su OK quando viene visualizzata la finestra registrata correttamente del peso, fare clic su Piante e verificare che i valori siano aggiornati.Assicurarsi che le piantine nei vassoi della cavità siano ben irrigate, estrarre delicatamente le piantine con le loro radici spina di terreno dalle cavità, facendo attenzione a non ferirle. E metterli con attenzione nelle cavità fatte dai calchi nei vasi. Ripetere la misurazione del peso netto dell'impianto come descritto in precedenza nella misurazione dei meta-tag.Per considerare l'acqua di riserva nel contenitore verde, seguire le istruzioni nel manoscritto di testo per assicurarsi che il contenitore del grano sia pieno. Tornare a misurare i parametri del piano e fare clic su Misura peso acqua riserva. Fare clic su OK quando vengono visualizzato il peso dell'acqua di riserva e le finestre di successo.Fare clic su Piante ed esportare la tabella facendo clic su Esporta piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella. Aprire il file Excel e sottrarre il peso netto della pianta misurata e seminare il peso del terreno sfuso dalla misurazione riservata del peso dell'acqua e risparmiare. Fare clic su Aggiorna piante nell'angolo in basso a sinistra della tabella.Selezionare il file di Excel e fare clic su Apri per aggiornare. Quando viene visualizzata la finestra Aggiorna piante, fare clic su OK. Verificare che i valori siano aggiornati. In misura parametri vegetali, fare clic su Calcola peso secco del suolo.Quando la finestra si apre, inserire il peso umido del terreno e il peso secco del terreno o inserire il contenuto di acqua del suolo calcolato manualmente. Fare clic su Applica e quindi su Fine. Quando viene visualizzata una finestra, fare clic su OK per confermare.Seguire il manoscritto di testo per calcolare il valore del contenuto di acqua del suolo. Aprire i trattamenti di irrigazione e fare clic su Crea nuovo e inserire il nome e fare clic su OK. Aprite il nuovo nome di irrigazione e fate clic su Crea nuovo (Create New). Quindi aprire il piano di trattamento predefinito, impostare l'orario di apertura della valvola e altri parametri in base alle esigenze e fare clic su Applica.Ciò dimostra uno scenario di trattamento dell'irrigazione dinamico e modulante per l'intero periodo sperimentale in base alle preferenze dell'utente. Aprire scenari di trattamento, aprire piano e fare clic sul nome del piano predefinito. Scegliere un nome di trattamento dall'elenco e fare clic su OK per confermare.Scegliere le condizioni appropriate per la terminazione e fare clic su Applica. Tutte le possibilità includono un'opzione di timeout che chiuderà il rubinetto anche se le condizioni impostate non vengono raggiunte. Infine, segui le indicazioni manoscritte per completare la tabella del piano.Apri il software di analisi dei dati e accedi con il tuo nome utente e password. Fate clic su Seleziona esperimento (Select Experiment), quindi selezionate sistema di controllo (Select Control System) e selezionate esperimento (Experiment). Nella colonna laterale sinistra dello schermo fare clic su Esperimenti e digitare il nome dell'esperimento nella barra dei nomi sotto la sezione di ricerca.Il nome dell'esperimento apparirà quindi sotto la sezione di ricerca nella sezione dell'esperimento. Clicca sul nome dell'esperimento per aprire le informazioni e le sezioni dell'impianto. Nella sezione info, modificare le date di inizio e di fine WUE WUE per il periodo di almeno tre giorni prima dell'inizio del trattamento della siccità.Quindi fare clic su Aggiorna. Il WUE e il valore al quadrato R per ogni vaso appariranno o si aggiorneranno nella sezione dell'impianto. Nella sezione vegetale, scegliere o escludere qualsiasi pianta o vaso con un valore WUE negativo o un valore al quadrato R inferiore a 0,5.Cliccando sul simbolo degli occhi sotto la colonna attiva, che diventerà quindi rossa. I dati WUE possono essere esportati come file Excel facendo clic su Esporta dati nella sezione dell'impianto. Le condizioni ambientali sono state monitorate durante l'esperimento da una sonda atmosferica.I dati raccolti, mostrano la radiazione fotosinteticamente attiva e il deficit di pressione del vapore per giorni diversi. E per tutto il corso di ogni giorno. Il contenuto di acqua volumetrica dei vasi trattati con siccità è stato misurato dalle sonde del suolo durante tutto il periodo sperimentale.I dati raccolti da una pianta indica trattata con siccità sono mostrati qui. Il peso medio calcolato delle piante aumenta costantemente sia tra il controllo karla che tra i trattamenti per la siccità di Karla durante la prima fase dell'esperimento quando tutte le piante hanno ricevuto un'irrigazione simile. Quando il trattamento per la siccità è stato applicato alle piante di Karla, quelle piante hanno smesso di ingrassare non hanno ripreso ad ingrassare fino alla fase di recupero.A quel punto, c'è stato un aumento di peso che procedeva più lentamente di quanto osservato per i controlli. Al contrario, i pesi degli impianti di controllo karla sono aumentati continuamente durante tutto il periodo sperimentale. Altri metodi come la raccolta dei campioni per l'espressione genica, il contenuto minerale e l'attività fotosintetica possono essere fatti durante questi esperimenti con un preciso riferimento al comportamento della pianta e alle condizioni ambientali.Il fenotipizzazione funzionale è un pratico metodo di caratterizzazione delle interazioni dell'ambiente vegetale, che fornisce all'utente un buon strumento per confrontare diversi profili di risposta dell'impianto in diverse condizioni ambientali. Ogni profilo specifico potrebbe essere selezionato per uno studio più approfondito o come fonte di tratti fisiologici benefici per i programmi di riproduzione.

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

Transient espressione genica in tabacco con all&#39;Assemblea Gibson e Gene Gun

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

Ricerca

Ambiente

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

Fisica, chimica e caratterizzazione biologica di Six Biochars Prodotti per il risanamento dei siti contaminati

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

LC-MS Analisi delle piastrine umane come una piattaforma per lo Studio del metabolismo mitocondriale

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

DNA-RNA simultanea Estrazione da sedimenti costieri e la quantificazione dei geni 16S rRNA e trascrizioni da Real-time 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

Lo screening per Endocrine attività in acqua mediante disponibili in commercio<em&gt; In Vitro</em&gt; Transattivazione 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

Installazione colonna sperimentale per lo studio anaerobici biogeochimici interazioni tra batteri, oligoelementi e idrossidi di ferro (ossi)

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 e Imaging spettrale radice per pianta Phenotyping e ricerca fisiologica: messa a punto sperimentale e protocolli di Imaging

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

Rilevamento in loco molecolare di fitopatogeni terricoli, utilizzando un sistema PCR in tempo reale portatile

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

Protocolli di fabbricazione (EcoFAB) di ecosistema per la costruzione degli ecosistemi di laboratorio progettato per studiare le interazioni piante-microrganismi

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

Protocollo per acuto e prove di ecotossicità cronica del turchese Killifish Nothobranchius furzeri

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