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高温和洪水胁迫下蔬菜生长的田间表型

Posted on 25 8月 2021 in by Suarav

2019 年,台南世界蔬菜中心测试了蔬菜在高温和洪水胁迫下的生长情况,并且在炎热潮湿的 夏季(也称为“台风季节”)进行了这项实验

然而在这个实验中,要评估植物健康却不受困于泥泞是不可能的,更不用说非破坏性地测量植 物生物量了。但在 2019 年夏天,经由使用我们的高通量田间表型 FieldScan,他们成功地解 决了这项问题。我们请罗兰·沙夫莱特纳博士写了一篇部落格来分享这个具挑战性实验背后的 故事。

罗兰·沙夫莱特纳博士
台湾台南世界蔬菜中心

台风季节

由于高温和强降雨,东南亚地区在夏季种植蔬菜非常困难。此外,夏季也是台风的季节,亦可 翻译为“超级大风”与飓风或旋风相媲美。

在六月到十月之间,台湾平均每年会遇到四到五个台风。现在比起以往更明确的是,我们需要 研究能够耐受高温和潮湿天气甚至洪水泛滥的作物。能够在全年供应新鲜的本地蔬菜给台湾消
费者是首要的任务。另外能够在炎热、潮湿淡季种植的蔬菜品种,也同样具有增加农民收入的 巨大潜力。

Growth of vegetables under high heat and flooding stress

高温和洪水胁迫下蔬菜的生长

我们在2019年安装FieldScan系统时,起初并没有计划在台湾南部炎热潮湿的夏季使用它。Phenospex承诺,高通量田间表型系统是防水的。另外为预防台风来袭,PlantEye传感器可以 快速被拆卸并存放在安全的地方,在风暴结束后也很容易地再次放回机架上。因此我们决定在 2019 年夏季用苋菜和秋葵进行小型试验。如果试验进展顺利,2020 年可能会再进行更大规模 的试验。

我们以稻农准备稻田的相同方式准备地块。平整田地后,我们在田地周围架起了小水坝以保持
水源。当田地几乎可以播种时,连续几天的大雨将田地变成了深沼泽,使我们无法移植幼苗。

天气转晴后,田间工作人员用厚厚的黑色塑料覆盖整个田地,以便移植幼苗时脚不会下沉到膝 盖。黑色塑料的材质在吸收阳光后加热了土壤,尽管如此,移植后的幼苗仍发育良好。

在试验期间,我们两次遇上台风警报,不得不卸下 PlantEye 传感器。但幸运的是,我们没有 被风暴直接地袭击。在种植三周后,我们用洪水淹没田地 ,并将水位保持在塑料覆盖物上方 3 至 5 厘米处。因为本次初始试验我们没有氧气传感器设备,所以我们将会在下一次的洪水试 验安装氧气传感器来测量不同土壤深度的积水情况。

使用 FieldScan 的收集结果

洪水过后几天,所有苋菜育种都开始死亡。可见苋菜种原普遍缺乏耐涝性。相较于秋葵育种, 即使在田地仍被洪水淹没的情况下,有一些秋葵育种只是短暂停止生长,最后很快地又重新开 始生长了。藉由每日对生长曲线和生长增量数据的分析,可以准确地显示植物对洪水随时间的 生长反应过程和生长反应幅度。

Flooding and Heat tolerance in vegetable

(点击放大)不同蔬菜基因型的洪水和耐热性

例如,考虑本实验中来自秋葵的数据。上图左侧的图表显示了秋葵的不同基因型。生长曲线下 显示面积很小的基因型,在洪水和高温条件下最后生长缓慢并死亡。而在图表左侧的基因型, 在生长曲线下显示了较大的面积。这表明这些基因型更能耐受台风季节的洪水和高温条件。

图像右侧的图表也显示了这种相关性,但这次关注的是随着时间推移的数字生物量。彩色线条 代表了不同的基因型,该图中显示数字生物量很少的线条表示对田间条件反应不佳,且很可能 已经死亡。数字生物量增加,且增加量非常高的基因型,显示反应良好并对这些田间条件有非 常良好的反应。

FieldScan 与实验评估

Phenospex FieldScan 正是我们所需要的:

  • 试验中,没有任何单一的基因型结合了早期生长旺盛、可抵抗压力生长和快速恢复生 长等三种特征。
  • 其中有些种质包含了其中一两种特征。
  • 如果表型分析依赖于测量试验结束后的生物量积累差异,我们将会忽略这些有关洪水 耐受性组成特征的重要信息。

只有透过随时间分析和非破坏性的测量,我们可以辨认出那些具备所需特征的合适育种。如果 没有 FieldScan上的 PlantEye传感器,将无法如此成功地完成这项关键实验。我们期待在 2020年台风季节扩展此实验,并再次以这种方式使用 FieldScan试验。

关于,Roland Schafleitner 博士,世界蔬菜中心

世界蔬菜中心是一家国际非营利性研究与开发机构,致力于促进高营养价值蔬菜之生产与消费 ,以消弭开发中国家之贫穷与营养不良问题。世界蔬菜中心蔬菜种原保存库拥有60,000多种 不同的蔬菜品种。表型分析团队以此多样性特色,提供育种者开发新改良品种的合适育种。这 些蔬菜品种有助于农民增加收成和收入。在生产蔬菜的农村和城市地区创造了就业机会,而食 用营养丰富的蔬菜也为家庭和社区提供更健康、更有营养的饮食。