Improving the efficiency of plant root system phenotyping through digitization and automation

Root system architecture (RSA) determines unevenly distributed water and nutrient availability in soil. Genetic improvement of RSA, therefore, is related to crop production. However, RSA phenotyping has been carried out less frequently than above-ground phenotyping because measuring roots in the soil is difficult and labor intensive. Recent advancements have led to the digitalization of plant measurements; this digital phenotyping has been widely used for measurements of both above-ground and RSA traits. Digital phenotyping for RSA is slower and more difficult than for above-ground traits because the roots are hidden underground. In this review, we summarized recent trends in digital phenotyping for RSA traits. We classified the sample types into three categories: soil block containing roots, section of soil block, and root sample. Examples of the use of digital phenotyping are presented for each category. We also discussed room for improvement in digital phenotyping in each category.     

不同氮磷水平下不同土层中紫花苜蓿细根周转特征

为探讨不同氮磷配施条件下紫花苜蓿细根周转及不同土层分布动态特征,分析苜蓿细根周转各指标之间的关系。采用双因素随机区组设计进行田间试验,设置4个施磷水平[0(P₀)、50(P₁)、100(P₂)和150 kg·hm^-2(P₃)]和两个氮水平[0(N₀)和120 kg·hm^-2(N₁)],共计8个处理,通过微根管根系监测0～60 cm的土层细根周转特征。结果表明:在相同施氮条件下,随着施磷量的增加,紫花苜蓿细根总现存量、细根表面积密度、细根生产量和死亡量呈先增加后降低的趋势,在P₂条件下达到最大值,且P₁、P₂处理显著大于P₀处理(P<0.05),在相同施磷条件下,N₁处理显著大于N₀处理。在不同土层中,在相同施氮条件下,随着施磷量的增加,苜蓿细根现存量在0～30 cm土层中呈先增...     

低磷胁迫对草莓幼苗根系生长和酸性磷酸酶活性的影响

为探讨低磷胁迫对不同品种草莓幼苗的根系生长和酸性磷酸酶活性(APA)的影响,试验选取4个草莓品种（‘红颜’、‘章姬’、‘甜查理’、‘童子一号’）,采用水培的方法,设正常磷处理(KH2PO4 1×10-3 mol/L)、低磷处理(KH2PO4 1×10-6 mol/L)2个处理,分别于处理后0、7、14、21、28、35 天,取样对其根系分泌酸性磷酸酶活性进行测定分析,并于处理后35天,测定其根鲜重、主根长、侧根数。结果表明,草莓幼苗受低磷胁迫后,其主根长度受到了抑制,而同期测定的侧根数、根鲜重、根冠比则显著增加。根系分泌的酸性磷酸酶活性在低磷处理早期就有显著提高,且随着低磷胁迫的延续,其活性持续升高;各项形态、生理指标显示,供试4种草莓品种中,‘甜查理’相对于其他供试草莓品种对低磷胁迫环境适应性较好,说明可以通过选择、改良草莓的根系特性来提高草莓的磷效率。     

南方红豆杉嫩枝扦插技术研究

为了探索南方红豆杉嫩枝扦插的最优条件,解决南方红豆杉的繁殖难题,本研究拟通过激素、消毒时间、激素处理时间、插穗年龄和扦插基质等5个因素对南方红豆杉扦插愈伤率、生根率、根长和根数的影响,研究南方红豆杉的扦插技术。结果表明,激素、插穗年龄和扦插基质对红豆杉的扦插影响较显著,消毒时间和激素处理时间对扦插生根的影响不显著。南方红豆杉最优扦插组合为：A2B1C1D2E1,IBA 1000 mg/L+高锰酸钾消毒30 s+激素浸泡30 s+成年树插穗+泥炭:珍珠岩体积比为1:1基质。     

鲜切莲藕中褐变因素分析的研究进展

鲜切莲藕的褐变问题很大程度上限制了产品的生产和销售,分析其褐变因素对解决贮运保鲜问题具有重要意义。本文针对文献资料介绍的导致鲜切莲藕褐变的各因素(酚类物质、多酚氧化酶及环境条件)进行总结和分析,阐明各因素在保鲜贮藏中的变化规律,以期为莲藕加工提供理论借鉴和技术指导。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%。秸秆还田显著影响土壤N2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%~45.9%和9.0%~46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%~26.0%,产量增加了9.4%~12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

秸秆还田机鞭式刀具原理及运动特性分析

针对现有秸秆还田机刀具性能的不足,研制了鞭式刀具.同时,在阐述鞭式刀具的结构与工作特点的基础上,着重对该刀具破茬瞬时的加速性能进行了计算分析.计算和田间试验结果表明,该刀具作用于根茬时刀头速度大,采用该刀具的还田机既可切碎秸秆,又可以同时入土破茬,并实现了碎茬与土壤的均匀混拌.     

野生大豆接种大豆疫霉根腐病菌后超氧化物歧化酶活性变化

对大豆疫霉菌胁迫下抗感不同野生大豆根、茎、叶中超氧化物歧化酶(superoxide dis-mutase,SOD)活性的变化进行了初步研究。结果表明:接种大豆疫霉根腐病菌后,抗感野生大豆根、茎、叶中SOD活性在病程的大部分阶段多高于相应对照,且总体而言,抗病野生大豆比感病野生大豆SOD活性较相应对照增幅大。     

化控种衣剂对大豆幼苗侧根原基的发生 和内源激素含量的影响

以垦农4号为试验材料,利用垂直板发芽试验研究了化控种衣剂 (HK)和常规种衣剂(ND)对大豆幼苗侧根原基发生的影响,并对侧根原基发生过程中植物内源激素含量的动态变化进行了相应的分析。结果表明：(1)种衣剂包衣后,侧根原基发生区长度明显比对照(不包衣的种子为对照,用CK表示)增加,从大到小依次为：HK＞ND＞CK;(2)种衣剂处理加快了侧根原基的发生进程,总的趋势是HK＞ND＞CK,经F检验表明,处理和对照差异极显著;(3)侧根原基的发生状况与侧根原基发生区内源激素的含量有一定的关系,侧根的发生是几种植物内源激素相互协调、综合作用的结果,其中生长素类物质在诱导侧根原基的发生过程中起主导作用;(4)应用种衣剂可以提高侧根原基发生的数量,缩短侧根原基的发生时间,其中以化控种衣剂效果最好。     

留营养枝棉花根系生长发育与分布规律的研究

棉花根系建成是棉花高产、优质、高效的前提。本文针对留营养枝和整枝棉花在不同的种植方式、不同密度条件下进行了根系生长发育和分布规律研究,结果表明,（１）留营养枝棉花根系生长发育早,一般比整枝棉花早１０～３０ｄ达到根系生长高峰期;（２）留营养枝棉花根系生长量大,峰值高,比整枝棉花最大根长密度高１．８～３．４ｍｍ·ｃｍ－２,即高１４．４％～１６．６％;（３）留营养枝棉花根系的生长速率大于整枝棉,一熟条件下可为整枝棉的３．２倍,达到０．９９ｍｍ·ｃｍ－２·ｄ－１;（４）留营养枝棉根系中后期易早衰。本文还研究讨论了留营养枝与整枝棉花根系在土壤中的分布规律。并针对留营养枝棉花根系的生长发育和分布特点,提出留营养枝棉花高产栽培中应注意早施肥、早浇水,而且肥、水量要比常规管理大,中后期应注重及时追施花铃肥和根外补肥,防止棉花早衰。这项研究对于制定棉花简化栽培规范化技术有一定的理论指导意义。