以色列Plant-DiTech植物表型分析平臺介紹

Plantarray是一款基于稱重的高通量,、多傳感器生理表型平臺以及植物逆境生物學研究通用平臺,，也可用于根系生理表型測量。該系統(tǒng)可持續(xù),、實時測量位于不同環(huán)境條件下,、陣列中每個植株的土壤-植物-空氣（SPAC）中的即時水流動。直接測量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加,，計算植物生理參數(shù)以及植物對動態(tài)環(huán)境的反饋,。系統(tǒng)以有效、易用,、無損的方式針對植物對不同處理的反應,、預測植物生長和生產(chǎn)力進行定量比較，廣泛應用于生物脅迫和非生物脅迫以及植物栽培加速育種研究等,，脅迫研究涵蓋干旱脅迫,、鹽脅迫、重金屬脅迫,、熱,、冷脅迫、光脅迫以及灌溉/養(yǎng)分,、CO2指示,、植物健康等領域的研究。

主要優(yōu)勢

加速農(nóng)業(yè)研究,、縮短新產(chǎn)品推向市場時間

定量,、確定、可信結果

全植株,、根系,、枝葉系統(tǒng)、

提升科研水平環(huán)境測量

多種產(chǎn)品和環(huán)境檢測驗證

聚焦田間實驗

持續(xù),、實時生物反饋

模塊設計,、分步預算

無需基礎設施投資

主要特征

以色列Plant-DiTech植物表型分析平臺技術參數(shù)

測量單元配有3個數(shù)字通道、1個模擬通道,、1個稱重式蒸滲儀通道,，所有的傳感器可以同時連續(xù)工作,；

高精度稱重模塊，最大測重量達50kg（測量范圍依具體配置而定）,，測量精確度±0.02%稱重量,；

植物生長容器滿足多種植物的生長需求，容積2-60L,，采用防漏水,、濺水設計；

可根據(jù)植物生長時間或生長容器重量選擇灌溉模式,，灌溉系統(tǒng)采用精準的滴灌控制,，能夠精確的控制澆水、施肥或施用生物激素的量,；

多種土壤類,、氣象類高精度傳感器備選，用于測量土壤含水量,、溫度、電導率,，空氣溫濕度,、PAR、氣壓,、NDVI等參數(shù)；

直接測量參數(shù)：

重量,、空氣濕度,、空氣溫度、氣壓,、輻射（PAR）,、土壤水分、土壤電導率,、土壤溫度,、日蒸騰

計算參數(shù)：

植物生物量增益、日蒸騰,、水分利用效率,、氣孔導度、抗脅迫因子,、水分相對含量,、 根穿透力、根系水通量,、VPD,。

根系生理表型測量

根在水吸收中的作用非常重要，但是,，因根位于地下,，要想持續(xù)對其進行監(jiān)控非常具有挑戰(zhàn)性,，特別是采用無損監(jiān)測方法,。

使用嵌入土壤的傳感器，可測量土壤濕度,、溫度以及電導率，同時測量其它環(huán)境信號和生理參數(shù),，Plantarray可對多個功能性狀進行定量評估，例如流入根的水分-土壤傳感器可持續(xù),、精確測量水流入每株植株的速率,。

干旱臨界點

植物土壤水流入以及流出的即時平衡（蒸騰）提供了不同研究植物和處理條件下的冠層相對水含量（RWC）和其變異,。植物RWC認為是植物脅迫狀態(tài)的比較參照點,。

圖1.干旱點測量模型：在土壤高水量條件下，水并非限制因子,，因此植物1(P1) 和植物2 (P2)并未限制其冠層對水的需求,。在水缺乏情況下，植物根很難獲得水,，因此P1植物比P2更快受到水限制,。Gosa et al., Plant Science (2018)

今天,，多數(shù)根脅迫相關特征是形態(tài)學上的,。但是，可在脅迫下鑒別并比較植物根系的生理特征系統(tǒng)更有價值,。

為何如此重要?

界定干旱的一個農(nóng)藝指標是土壤水含量變成植物蒸騰的限制節(jié)點,。干旱起始點與根利用任何可獲取水的能力高度相關。因此,，具有更好根系性能的植物可能是由于根結構,、解剖形態(tài)結構、生物化學或物理機制所致,，干旱點值會較低（見圖2）,，韌性更佳（再次澆水后蒸騰恢復速率）。

另外的根性能功能表型鑒定基于根日常流動速率,，據(jù)報道,，具有高導水率的根在良好灌溉和鹽條件下具有更高的蒸騰速率,，從而增強光合作用以及增加產(chǎn)量。

近年來,，科研主要研究精力都投入到植物脅迫反應上面,。但是，盡管基因工具有了可觀的改進,，在研究投資和實際耐脅迫作物市場投放之間還有巨大的鴻溝,。主流觀點接受根在植物脅迫反應中扮演了重要角色。除了經(jīng)典的根表型研究方法（主要基于根形態(tài)學）,，鑒別根生理標記在有效過程中很重要,，也便利了脅迫理想型植物的培育。

圖2.全部期間2種西紅柿栽培種的全植物蒸騰-土壤水含量的函數(shù)： (a) 夏天和(b) 冬天干旱實驗,。在兩個栽培種之間和不同環(huán)境條件中發(fā)現(xiàn)了顯著差異干旱關鍵點(?crit) ,。Halperin et al., The Plant J. 2016

2016年出版的一篇文章(Halperin et al., The Plant J. 2016) 介紹了Plantarray功能生理表型方法如何在鑒別關鍵點 (?crit)，土壤水含量在脅迫下,，成為植物蒸騰的限制因子,。研究使用了土壤濕度探針持續(xù)、精確測量究竟何種水流入單株植物的根部(Jr) ,。同時進行流速,、其它環(huán)境信號以及生理參數(shù)測量，允許對不同功能性狀包括?crit進行比較,。該方法為用戶提供了選擇性能佳的根系的能力,，特別是干旱條件下，按照生理性狀進行比較,。