メソッドのソース

ランガン、P。等。バレー（Hordeum vulgare L.）の水分記録ストレス応答と回復の評価：画像ベースのフェノタイピングアプローチ。植物方法20, 146 (2024).

研究機関

1. アイルランド・ダブリン大学

2. フランス亜眠大学

クリティカルデバイス

プラントスクリーン温室高フラックス植物の表現型イメージング解析システム

プラントスクリーン温室高フラックス植物の表現型イメージング分析システムは植物科学研究の全面的、自動化、高スループットの表現型解けってい案，モデル植物の擬南マスタードから小麦、トウモロコシなどの作物の表現型形質に対して長期、無傷のモニタリングと分析を行うことができる。

システム分散＃ブンサン＃世界各大陸のトップクラスの科学研究機関、大学、農業企業。如オランダ植物生態表現型センター/オランダのワグニンゲン大学（注：リンクは特集記事、以下同じ）、ドイツのライプニッツ植物遺伝・作物研究所（IPK)、フィンランド・ヘルシンキ大学、オーストラリア国立大学、中国農科院生物技術研究所、中国水稲所などの農業学府やトップレベルの研究機関、およびデュポンパイオニア、モンサント、バスフなどの農業会社。

研究背景

気候変動に伴い、多くの地域で降雨頻度が増加し、冠水ストレスは大麦の生産量に影響を与える重要な制限要因となっている。冠水ストレスによる作物収量への影響は、作物の種類、管理措置、遺伝的多様性及びストレス条件によって異なる。冠水は土壌中の酸素不足を招き、植物の成長と発育に影響を与える。大麦作物は、冠水ストレスに敏感である。従来の研究では、冠水ストレスの処理方法と持続時間がそれぞれ異なり、異なる研究間の結果の比較が困難になっていた。そこで、本研究は画像表現型分析方法により、制御条件下で大麦の水没耐性を評価するための最適な模擬水没ストレスの持続時間と設定を決定することを目的としている。

研究の目的

本研究の主な目的は最適な冠水ストレス実験方案を確定するを使用して、制御条件下で大麦の水没耐性の評価，同時に画像表現型分析方法により、大麦の成長と緑色度に対する冠水ストレスの影響を定量化する。

研究方法

1. 実験デザイン

実験は2つの部分に分けられ、アイルランドのダブリン大学とフランスの亜眠大学で行われた。2種類の商業品種（RGT プラネット和コンサート）と2種類の伝統品種（グラスネヴィンNo.5和ゴールデン プロミス）。実験1ダブリン大学で行われ、テストされました2種類の品種（RGT プラネットとグラスネヴィンNo.5）、6種類の異なる冠水ストレス持続時間と回復時間の組み合わせ、5日、10天和14天の脅威、そして有無7日の回復期間を選択します。2フランスの亜眠大学で行われています。実験を検証した1を使用して、第2成形コンポーネントのオーバーモールディング射出位置を設定します。14天迫プラス7日回復）の再現性を向上させ、2種類の品種とサンプル数を増加させた（重複数は5個から10個）。

2. 脅迫処理

三葉期（すなわちザドックス13）大麦に水浸しストレスを与え、植木鉢を排水孔を密封した外鉢に置くことにより、水位を土壌表面以上に約1センチメートルのところ、約120%の畑の保水量を測定した。対照群の植木鉢の排水孔は密封されておらず、約60%の畑の保水量を測定した。実験中2で、水位は約140%の畑の保水量を測定し、対照群は約100%の畑の保水量を測定した。異なる水分処理がプラントスクリーン™高精度自動灌漑システム毎日08:30監視し制御し、システムは目標重量を基準に定量的な水分補給を実現する。

3. 画像表現解析

使用するプラントスクリーン™イメージングプラットフォーム、毎日上部と側面から撮影するイメージングプラットフォームRGB の画像を用いて、冠水ストレスが成長と緑度に与える生理的影響を定量化する。画像解析ソフトウェアによるPlantScreen™ アナライザー計算地上部投影面積（PSA、側面視と平面視の画素分割の和）を使用して、植物の成長状況を評価します。また、実験では2の中で、また行いましたFluorCam の植物の光合成特性を評価するための動的葉緑素蛍光イメージング。

4. ルートイメージングと破壊表現型解析

実験中1の各処理が終了するごとに、根系を手作業で洗浄し、根長と乾燥品質を記録した。使用するエプソンフラットパネルスキャナとRhizoVision Explorer についてソフトウェアは、長さ、体積、直径、表面積などのルートパラメータを取得します。イメージング最終日に、地上部の茎長、鮮重、乾重を測定した。実験2で、イメージング最終日に地上部乾燥重量を測定した。

研究結果

1. 最適ストレスシナリオの決定

実験の結果、冠水ストレス時間の延長に伴い、植物の成長の減速がより顕著になり、その影響は回復期にも続いていることが明らかになった。実験中1のみ14天の脅威（P5和P6）対照群と水没群の間の実際の乾燥品質の顕著な差を示した（図3右E和F）。特に含む7日のリカバリ期間の最長処理（P6）収穫時の乾燥品質の変化が最も顕著であり、かつ地上部を通過する投影面積PSA（地上バイオマスを示す）遺伝子型間の耐性の違いを最も明確に区別することができる（図3左F）があるため、後続の実験の最適な処理案に選ばれた。

2. 大麦のバイオマスと光合成性能に及ぼす水没の影響

実験中2中、4種類の大麦品種は冠水ストレス下の生物量が顕著に減少し、対照群と比べ、冠水群の乾燥品質は約73%まで81%。画像解析により、冠水ストレス下で植物のPSA著しく低下し、成長が抑制されていることを示している（図4A）。

葉緑素蛍光イメージングによると、ストレスの間、すべての品種のFv/Fm値（最大光化学効率）はいずれも低下したが、回復期には回復した。特にゴールデン プロミス品種は実験全体の過程でFv/Fm値の低下幅が最小であり、冠水ストレスに対する耐性を示している（図4B）。

3. 緑度変化解析

画像中の緑色度を分析したところ、冠水ストレスにより特定の色調の画素数が変化することが分かった。具体的には、深いグリーン調（ヒュー 2、3和4)は冠水植物の中ではそれほど目立たなくなり、浅い緑色調(ヒュー 7、8、9和10）と最も深い色調（ヒュー 1)は冠水脅迫下で増加した。これらの変化はストレス期間中に最も顕著であり、回復期間中に徐々に正常に回復する（図5）。そのため、異なる遺伝子型大麦は冠水ストレス下で葉葉の緑色色調の組成と動態変化に顕著な差異があり、迅速、無傷の耐冠水性診断指標とすることができる。

研究結論

本研究は画像表現型分析方法を通じて、最適な水没ストレス実験方案を確定した（14天迫プラス7日回復）、この方案は異なる大麦品種の冠水ストレスに対する応答を顕著に区別することができる。研究結果によると、冠水ストレスは大麦の生物量と光合成性能を著しく低下させ、緑度分析により植物のストレスへの適応と回復能力を観察することができる。また、本研究では、ストレス後の植物の成長回復状況を観察するのに役立つため、ストレス後に回復期を含めることの重要性を強調した。高スループット画像表現型分析を通じて、本研究は大麦の早期水没耐性を評価するための新しい、繰り返し可能な方法を提供し、水没ストレスに関連する標識、例えば緑色度、Fv/Fm和PSA。

北京易科泰は植物表現型全場面技術解決方案を提供する

üプラントスクリーン温室植物高スループット表現型イメージング解析システム

ü完全にアップグレードされたFluorCam のクロロフィル蛍光イメージング/マルチスペクトル蛍光イメージング技術

üフェノトロン®室内植物の表現型イメージング分析技術

üFluorTron の®植物光合成表現型イメージング解析技術

üPhenoPlot®大田植物表現型イメージング解析技術

üインテリジェント移動式フォーム

üエコドローン®ドローン表現型リモートセンシング技術

ü光合成測定の包括的ソリューション