干旱是全球變暖的主要后果，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響。馬鈴薯是一種對(duì)干旱敏感的作物，塊莖生長(zhǎng)和干物質(zhì)含量都可能受到影響。此外，水分不足還會(huì)引起生理紊亂，如玻璃狀塊莖和內(nèi)部銹斑。馬鈴薯植物對(duì)干旱的反應(yīng)是復(fù)雜的，可能受到品種類(lèi)型、氣候和土壤條件以及生長(zhǎng)過(guò)程中水分脅迫發(fā)生點(diǎn)的影響。植物的適應(yīng)性反應(yīng)特征是一個(gè)主要的表型挑戰(zhàn)。因此，需要發(fā)展非侵入性分析技術(shù)來(lái)改善表型。


水分脅迫對(duì)表型參數(shù)的影響。進(jìn)化以拍攝后出現(xiàn)天數(shù)(DASE)來(lái)衡量：a、b是來(lái)自俯視相機(jī)的外殼面積和投影面積(葉子覆蓋范圍)；c、d是來(lái)自側(cè)視相機(jī)的外殼面積和投影面積；e、f是來(lái)自側(cè)視相機(jī)的高度和寬度；g是ExG指數(shù)。所有參數(shù)都是從移植到土壤中的那天到收獲的那天計(jì)算的。對(duì)于上述所有參數(shù)，在34到53 DASE之間觀察到三種條件之間的顯著差異。

該項(xiàng)目旨在利用核磁共振成像、表型分析和分子生物學(xué)的創(chuàng)新方法來(lái)評(píng)估水分脅迫對(duì)馬鈴薯植株生長(zhǎng)的影響。在不同的水分條件下進(jìn)行盆栽，對(duì)照組植物在最佳吸水條件下培養(yǎng)。其他組在輕度和重度缺水條件（分別為田間持水量的 40% 和 20%）下種植，在不同塊莖生長(zhǎng)階段（起始、灌漿）施用。通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)來(lái)評(píng)估水分脅迫。設(shè)置了兩個(gè)設(shè)備齊全的成像柜，使用高清彩色相機(jī)（頂視圖和側(cè)視圖）表征植物形態(tài)，并使用 RGB 相機(jī)測(cè)量植物壓力。馬鈴薯植株對(duì)水分脅迫的反應(yīng)取決于脅迫的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。利用1.5 T MRI掃描儀記錄盆栽馬鈴薯植株地下器官的三維形態(tài)圖像。在對(duì)照植物和受脅迫植物的早期生長(zhǎng)階段，觀察到生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的顯著差異。在分子水平上對(duì)所選干旱響應(yīng)基因的表達(dá)模式進(jìn)行定量PCR分析。脅迫水平的變化被視為調(diào)節(jié)脫落酸和干旱響應(yīng)脫落酸依賴(lài)和非依賴(lài)脫落酸的基因。


灌漿期間控制和嚴(yán)重缺水條件下水分參數(shù)和塊莖產(chǎn)量變化的比較。根據(jù)出苗后天數(shù)（DASE）繪制了馬鈴薯單株a土水勢(shì)、b葉水勢(shì)、c葉滲透勢(shì)、d葉水分虧缺和e塊莖總鮮重的演化曲線；f在塊莖灌漿期（38天至收獲期），單株最大的9個(gè)塊莖的鮮重增加，從最大塊莖（1號(hào)桶）到最小塊莖（9號(hào)桶）。輪廓箭頭表示應(yīng)力施加日期，全箭頭表示最大終止日期。 值為平均值±se每一種條件下有4株獨(dú)立的植物

該方法應(yīng)用于水分虧缺條件下馬鈴薯的表型分析，可從微觀結(jié)構(gòu)和分子水平定量分析馬鈴薯葉片和塊莖的性狀。因此，所開(kāi)發(fā)的方法可以有效地從器官發(fā)育到基因表達(dá)的多尺度表征植物對(duì)水分脅迫的響應(yīng)。

來(lái)源：Plant Methods.A global non-invasive methodology for the phenotyping of potato under water deficit conditions using imaging, physiological and molecular tools.
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https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-021-00771-0