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

Эта работа была поддержана совместной исследовательской программой ISF-NSFC (грант No 2436/18), а также частично поддержана Министерством сельского хозяйства и развития сельских районов Израиля (Центр знаний Евгения Канделя) в рамках Центра знаний о корневой зоне для использования современного сельского хозяйства.

<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>

Авторов нечего раскрывать.

Разрыв в знаниях генотипа-фенотипа отражает сложность взаимодействия среды генотипаx (рассмотрено 18,24). Можно было бы преодолеть этот разрыв с помощью высокого разрешения, HTP-телеметрической диагностики и фенотипических платформ скрининга, которые могут быть использованы для изучения все-растения физиологические показатели и водные отношения кинетики8,9. Сложность взаимодействия генотипа x с окружающей средой делает фенотипирование сложной задачей, особенно в свете того, как быстро растения реагируют на изменяющиеся среды. Хотя в настоящее время имеются различные фенотипные системы, большинство из этих систем основаны на методах дистанционного зондирования и передовых методах визуализации. Хотя эти системы обеспечивают одновременные измерения, в определенной степени, их измерения ограничиваются морфологическими и косвенными физиологическими чертами25. Физиологические особенности очень важны в контексте отзывчивости или чувствительности к условиям окружающей среды26. Таким образом, прямые измерения, сделанные непрерывно и одновременно с очень высоким разрешением (например, 3 мин интервала) может обеспечить очень точное описание физиологического поведения растения. Несмотря на эти существенные преимущества гравиметрической системы, необходимо также учитывать тот факт, что эта система имеет некоторые потенциальные недостатки. Основными недостатками являются необходимость работы с горшками и в тепличных условиях, что может представлять серьезные проблемы для лечения-регулирования (в частности, регулирования лечения засухи) и экспериментальной повторяемости.
Для решения этих проблем следует стандартизировать применяемые стрессы, создать действительно рандомизированную экспериментальную структуру, свести к минимуму эффекты горшка и сравнить несколько динамических моделей поведения растений при изменении условий окружающей среды в течение короткого периода времени. Подход HTP-телеметрического функционального фенотипирования, описанный в настоящем документе, рассматривает эти вопросы, как упомялено ниже.
Для того, чтобы соотнести динамическую реакцию завода с его динамической средой и захватить полную, большую картину сложных взаимодействий между растением и окружающей средой, необходимо измерять как экологические условия (рисунок4),так и реакции растений (дополнительныйрисунок 9B). Этот метод позволяет измерять физические изменения в среде и атмосфере заливки непрерывно и одновременно, наряду с растительными чертами (континуум почвы-растения-атмосферы, SPAC).
Чтобы лучше предсказать, как растения будут вести себя в поле, важно выполнить фенотипирование процесса в условиях, которые как можно более похожи на те, которые находятся вполе 18. Мы проводим эксперименты в теплице в полу контролируемых условиях, чтобы как можно больше имитировать полевые условия. Одним из наиболее важных условий является растущая или заливка среды. Выбор наиболее подходящей среды заливки для гравиметрического системного эксперимента имеет решающее значение. Целесообразно выбрать среду почвы которая стекает быстро, позволяет для быстрого достижения емкости бака и имеет высоки стабилную емкость бака, по мере того как те характеристики позволяют для более точных измерений gravimetric системой. Кроме того, необходимо также учитывать различные методы лечения, которые будут применяться в эксперименте. Например, процедуры, связанные с солями, удобрениями или химическими веществами, требуют использования инертной среды заливки, предпочтительно с низкой емкостью катиоцийного обмена. Засуха лечения применяется к низким транспирации видов растений будет работать лучше всего с заливки средств массовой информации с относительно низким уровнем VWC. В отличие от этого, медленная засуха лечения применяется к высокой транспирации растений будет работать лучше всего с заливки средств массовой информации с относительно высоким уровнем VWC. Если корни необходимы для постэкспериментного анализа (например, корневая морфология, сухой вес и т.д.), использование среды с относительно низким содержанием органического вещества (т.е. песка, пористой керамики или перлита) облегчит мыть корни, не повреждая их. Для экспериментов, которые будут продолжаться в течение более длительных периодов, желательно, чтобы избежать средств массовой информации, которые богаты органическим веществом, так как органическое вещество может разлагаться со временем. Более подробную информацию по этой теме можно получить в таблице 1 и таблице 2.
Полевой фенотипирование и фенотипирование теплиц (до поля) имеют свои собственные цели и требуют различных экспериментальных настановок. Предполевой фенотипирование помогает отведать перспективных генотипов кандидатов, которые имеют высокую вероятность успеха в этой области, чтобы помочь сделать полевые испытания более целенаправленными и рентабельными. Тем не менее, предполевая фенотипирование включает в себя ряд ограничений (например, эффекты горшка), которые могут привести к растениям работать иначе, чем они будут вполевых условиях 18,27. Небольшой размер горшка, потеря воды путем испарения и нагрева лизиметра весы являются примерами факторов в тепличных экспериментов, которые могут привести к эффекту горшок18. Метод, описанный здесь, призван свести к минимуму эти потенциальные последствия следующим образом:
a) размер горшка выбирается на основе генотипа, который необходимо изучить. Система способна поддерживать различные размеры горшков (до 25 л) и ирригационные процедуры, что позволяет обработать любой вид растениеводства. b) горшки и лизиметровые чешуйки изолированы для предотвращения передачи тепла и нагрева горшков. c) эта система включает тщательно разработанную систему орошения и дренажа. d) для каждого горшка имеется отдельный контроллер, позволяющий проводить подлинную рандомизацию с помощью самоорошаемых и самоконтролных процедур. e) программное обеспечение учитывает локальный VPD растений при расчете стоматальной проводимости навеса. Пожалуйста, смотрите несколько станций VPD локализации на рисунке 1J.
Эта система включает в себя прямые физиологические измерения на местах, как плотность растений, что устраняет необходимость либо большие пространства между растениями или перемещение растений для изображения на основе фенотипирования. Эта система включает в себя анализ данных в режиме реального времени, а также возможность точного обнаружения физиологической точки θ () каждого растения. Это позволяет исследователю контролировать растения и принимать решения о том, как эксперимент должен быть проведен и как любые образцы должны быть собраны в ходе эксперимента. Легкая и простая калибровка веса системы облегчает эффективную калибровку. Системы высокой пропускной способности генерируют огромные объемы данных, которые представляют дополнительные задачи обработкиданных и аналитические задачи 11,,12. Анализ больших данных в режиме реального времени, который непосредственно подается программному обеспечению от контроллера, является важным шагом в переводеданных в знания 14, которые имеют большое значение для практического принятия решений.
Этот метод HTP-телеметрического физиологического фенотипирования может быть полезен для проведения тепличных экспериментов в условиях, близких к полю. Система способна измерять и непосредственно рассчитывать связанные с водой физиологические реакции растений на их динамическую среду, эффективно преодолевая при этом большинство проблем, связанных с эффектом горшка. Способности этой системы чрезвычайно важны на предпробной стадии фенотипирования, так как они дают возможность прогнозировать штрафы за урожайность на ранних стадиях роста растений.

Обеспечение продовольственной безопасности для растущего населения мира в условиях ухудшения экологических условий в настоящее время является однойиз основных целей сельскохозяйственных исследований 1,,2,,3. Наличие новых молекулярных инструментов значительно повысило программы по улучшению урожая. Однако, в то время как геномные инструменты предоставляют огромное количество данных, ограниченное понимание фактических фенотипических признаков создает значительный пробел в знаниях. Преодоление этого разрыва является одной из самых больших проблем, стоящих перед современнойнаукой о растениях 4,,5,,6. Чтобы решить проблемы, возникающие в процессе улучшения урожая и свести к минимуму разрыв в знаниях генотипа-фенотипа, мы должны сбалансировать генотипический подход с феноцентрическим7,,8.
В последнее время различные высокопролетные фенотипирование (HTP) платформы сделали возможным неразрушающий фенотипирование больших популяций растений с течениемвремени,и эти платформы могут помочь нам уменьшить разрыв в знаниях генотипа фенотипа6,,8,9,10. Методы скрининга HTP позволяют измерять черты в массовом количестве растений в течение относительно короткого периода времени, благодаря робототехнике и конвейерным лентам или gantries, используемым для перемещения растений или датчиков (соответственно), в отличие от ручных методов, основанных на газопродажи или фотографии. Тем не менее, огромные объемы данных, производимых системами HTP, представляют такие дополнительные проблемы дляобработки данных и аналитических задач 11,,12.
Большинство из этих платформ HTP включают оценку фенотипических признаков с помощью электронных датчиков или автоматическогоприобретения изображения 13,,14. Передовая налевая феномика включает в себя развертывание проксимальных датчиков и технологий визуализации в полевых условиях, а также высокий разрешение, точный и большой масштаб измерения15. Данные датчиков и изображений должны быть интегрированы с другими многоамичными данными для создания целостного эфемерного подходавторого поколения 16. Тем не менее, методологические достижения в области сбора, обработки и обработки данных становятся все более важными, так как проблемы перевода сенсорной информации в знания были сильно недооценены в течение первых лет исследования растительнойфеломики 13. Тем не менее, надежность и точность имеющихся в настоящее время методов визуализации для углубленного фенотипирования динамических взаимодействий генотипа и окружающей средыи реакции на стресс растений сомнительны 17,,18. Кроме того, результаты контролируемой среды часто сильно отличаются от результатов, наблюдаемых на местах, особенно когда речь идет о фенотипировании от засухи. Это связано с различиями в ситуации, которую испытывают растения с точки зрения объема почвы, окружающей среды почвы и механических повреждений из-за снижения влажности почвы во время засухи. Таким образом, результаты из контролируемых сред трудно экстраполировать на поле19. Наконец, входная цена систем HTP на основе изображений очень высока не только из-за цены датчиков, но и из-за робототехники, конвейерных лент и gantries, которые также требуют более высоких стандартов инфраструктуры роста объекта и значительного технического обслуживания (многие движущиеся части, работающие в тепличной среде).
В этой работе мы представляем HTP-телеметрическую фенотипированную платформу, предназначенную для решения многих из упомянутых выше проблем. Технология телеметрии позволяет автоматически измерять и передачи данных из удаленного источника (ы) на приемную станцию для записи и анализа. Здесь мы демонстрируем неразрушаемую HTP-телеметрическую платформу, которая включает в себя несколько лизиметров взвешивания (гравиметрическая система) и датчики окружающей среды. Эта система может быть использована для сбора и немедленного расчета (анализ изображений не требуется) широкого спектра данных, таких как увеличение биомассы целых растений, скорость транспирации, стоматальная проводимость, корневые потоки и эффективность использования воды (WUE). Анализ больших данных в режиме реального времени, который непосредственно подается программному обеспечению от контроллера в системе, представляет собой важный шаг в переводеданных в знания 14, которые имеют большое значение для практического принятия решений, существенно расширяя знания, которые могут быть получены из контролируемых экспериментов фенотипирования окружающей среды, в целом, и тепличных исследований засухи, в частности.
Другими преимуществами телеметрии платформы являются ее масштабируемость и простота установки, а также минимальные требования к инфраструктуре объектов роста (т.е. она может быть легко установлена на большинстве объектов роста). Кроме того, поскольку эта сенсорная система не имеет движущихся деталей, затраты на техническое обслуживание являются относительно низкими, включая как входную цену, так и долгосрочные расходы на техническое обслуживание. Например, цена 20-единицной гравиметрической системы, включая систему фертигации обратной связи для каждого завода, метеорологическую станцию и программное обеспечение, будет аналогична цене одной портативной газорас обмена системы ведущей марки.
Рис(Oryza sativa L.) использовался в качестве образцовой культуры, а засуха была обследована. Рис был выбран в качестве основного урожая зерновых с широким генетическим разнообразием, и это основной продукт питания для более половины населения мира20. Засуха является одним из основных экологических абиотических стресс-фактор, который может ухудшить рост и развитие растений, что приводит к снижениюурожайности 21. Эта комбинация обработки сельскохозяйственных культур была использована для демонстрации возможностей платформы и количества и качества данных, которые она может производить. Для получения дополнительной информации о теоретической предпосылке для этого метода, пожалуйста, см.

<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

Продовольственная безопасность растущего населения мира является серьезной проблемой. Данные, предоставляемые геномными инструментами, намного превышают поставки фенотипических данных, создавая пробел в знаниях. Для решения задачи улучшения сельскохозяйственных культур, с тем чтобы прокормить растущее население мира, этот разрыв необходимо преодолеть.
Физиологические черты считаются ключевыми функциональными чертами в контексте отзывчивости или чувствительности к условиям окружающей среды. Многие недавно внедренные методы фенотипирования с высокой пропускной способностью (HTP) основаны на дистанционном зондировании или визуализации и способны непосредственно измерять морфологические черты, но измерять физиологические параметры в основном косвенно.
В настоящем документе описывается метод прямого физиологического фенотипирования, который имеет ряд преимуществ для функционального фенотипирования взаимодействия растений и окружающей среды. Это помогает пользователям преодолеть многие проблемы, с которыми сталкиваются при использовании нагрузочных клеток гравиметрических систем и горшок экспериментов. Предлагаемые методы позволят пользователям проводить различие между весом почвы, весом растений и содержанием воды в почве, обеспечивая метод непрерывного и одновременного измерения динамических условий почвы, растений и атмосферы наряду с измерением ключевых физиологических особенностей. Этот метод позволяет исследователям тесно имитировать сценарии полевого стресса, принимая во внимание влияние окружающей среды на физиологию растений. Этот метод также сводит к минимуму эффекты горшок, которые являются одной из основных проблем в предполевая фенотипирование. Она включает в себя кормовую систему фертигации, которая позволяет по-настоящему рандомизированной экспериментальной конструкции на поле, как плотность растений. Эта система определяет порог ограничения содержания воды в почве (θ) и позволяет перевод данных в знания с помощью аналитического инструмента в режиме реального времени и онлайнового статистического ресурса. Этот метод быстрого и прямого измерения физиологических реакций нескольких растений на динамическую среду имеет большой потенциал для использования в скрининге на полезные черты, связанные с реакцией на абиотикотический стресс, в контексте предварительного полевого разведения и улучшения урожая.

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

Этот высокотемпутный, телеметрический, цельнозаводский метод гравиметрического фенотипирования позволяет проводить прямые и одновременные измерения в режиме реального времени, а также анализ многочисленных физиологических признаков, связанных с выходом, участвующих в динамических взаимодействиях между растением и окружающей средой.

Телеметрическая, гравиметрическая платформа для физиологического фенотипирования взаимодействия растений и окружающей среды в режиме реального времени

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 ...

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

Переходные экспрессии генов в табак с помощью Gibson Ассамблею и генной пушки

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

Физические, химические и биологических характеристик Шести Biochars Производимые для очистки загрязненных участков

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

ЖХ-МС анализ тромбоцитами человека как платформа для изучения метаболизма митохондрий

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

Одновременная ДНК-РНК Извлечение из прибрежных отложений и Количественная 16S-рРНК и транскриптов с помощью ПЦР в реальном времени

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

Скрининг на эндокринную активность в воде с использованием коммерчески доступного<em&gt; In Vitro</em&gt; Трансактивационную Биотесты

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

Установка экспериментальной столбца для изучения анаэробных биогеохимических взаимодействий между гидроксидов железа (Окси), микроэлементов и бактерий

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 и спектральные корень изображений для растений фенотипа и физиологических исследований: экспериментальная установка и визуализации протоколы

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

На месте молекулярной обнаружение почвообитающих фитопатогенов, используя систему портативный ПЦР в реальном времени

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

Экосистема изготовление (EcoFAB) протоколы для строительства лаборатории экосистем, предназначенных для изучения растений микробных взаимодействий

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

Протокол для острой и хронической экотоксичности тестирования бирюза Пецилиевые рыбы Nothobranchius furzeri

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