易科泰根系表型分析快訊——PlantScreen根系表型成像技術在小麥根系-促生菌互作研究中的應用

導讀

水是農(nóng)業(yè)的命脈，但干旱正成為全球糧食生產(chǎn)面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)。在尋找可持續(xù)解決方案的浪潮中，利用植物促生微生物（PGPM）來增強作物抗旱能力，被視為一條充滿希望的綠色路徑。然而，一個核心問題始終困擾著科研人員：這些看不見的微生物“盟友"，究竟是如何在植物身上發(fā)揮作用的？一篇最新發(fā)表的小麥研究給出了答案，也讓我們再次看到：根系表型成像，正在成為植物-微生物互作研究的“眼睛"。

研究內容：微生物有沒有用，根最先知道

這項發(fā)表于The Plant Phenome Journal的研究中，學者們巧妙地利用高通量植物和根系表型成像技術，為我們實時、無損地揭開了這一過程的神秘面紗。

研究人員開展雙因素交叉實驗設計，以小麥（Triticum aestivum L.‘Julie’）為材料，設置充分灌溉（WW）與非充分灌溉（NW）兩種水分處理，采用三種策略將PGPM制劑接種至WW、NW兩組小麥的根際：一次性接種（MIX1）、多次接種（MIXR）、不接種（NOI），制劑中包含四種芽孢桿菌屬菌株以及兩種叢枝菌根真菌。

得益于PlantScreen表型成像系統(tǒng)的自動化測量程序、多模態(tài)成像單元、數(shù)據(jù)分析軟件，該研究中實驗材料的根系發(fā)育與地上部光合生理響應可被持續(xù)跟蹤監(jiān)測，生成根系、幼苗的“生長日記"，從而研究水分虧缺與植物促生微生物的互作。

表型系統(tǒng)幫我們看見了什么？

? 缺水條件下，一次性接種促進根系擴張

研究發(fā)現(xiàn)，在NW條件下，一次性接種（MIX1）的小麥總根長和總根面積顯著高于未接種和多次接種處理。也就是說，一次性接種在水分虧缺早期，明顯促進了根系的探索性擴張——根扎得更長、鋪得更廣，有利于在土壤中“找水"。這一結果如果只靠地上部指標，很難被發(fā)現(xiàn)。因為同期地上部生長受缺水抑制更為明顯，根系的變化被“掩蓋"了。

? 多次接種，提升的是“根效率"而非“根尺寸"

與MIX1不同，多次接種（MIXR）并未持續(xù)增加根系尺寸，而是與更高的根面積效率（RAE）相關。這意味著，重復接種可能并非讓根長得更大，而是讓根“用得更好"

? 根系響應比地上部更敏感

根伸長速率、根面積擴大速率、根冠比在NW下顯著高于WW，說明水分虧缺下植物主動將更多資源投向根系；

? 地上部分：干旱抑制整體生長，但多次接種可維持地上部表現(xiàn)

形態(tài)學指標：地上部分表型分析結果提示與根系在輕度干旱下“逆勢擴張"不同，地上部對干旱的響應整體表現(xiàn)為抑制。所有WW處理的地上部伸長速率和側面積擴大速率、生物量均高于NW處理。

光合表型指標：從第22天起，NW-MIXR的Fv/Fm、Fv/F0及ΦPSII均趨近于WW處理水平，顯著高于NW-MIX1和NW-NOI，表明重復接種有助于在長期干旱下保護光系統(tǒng)II效率，維持光合功能。

微生物接種的緩解作用：在NW條件下，MIXR的地上部株高、側面積、鮮重與干重均顯著優(yōu)于MIX1和NOI組，表現(xiàn)出更好的地上部生長維持能力。

該研究的實驗設計——兩種水分處理×三種接種策略×多重復×連續(xù)多日成像——對表型平臺的自動化程度和成像通量提出了要求。PlantScreen根系表型系統(tǒng)通過傳送帶式自動傳送、自動遮光成像、自動稱重灌溉和RootAnalyzer自動根系分析，使這得以高效、穩(wěn)定、可重復地實現(xiàn)。可以說，沒有這套自動化成像系統(tǒng)，就沒有這項研究中那些清晰的根系動態(tài)曲線。

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