Original title:
Fenotypování jarního ječmene na odolnost vůči suchu
Translated title:
Phenotyping spring barley for drought tolerance
Authors:
Klem, Karel ; Findurová, Hana ; Panzarová, K. ; Pytela, J. ; Trtílek, M. ; Holub, Petr Document type: Methods
Year:
2024
Language:
cze Abstract:
[cze][eng] Odolnost rostlin/plodin vůči suchu představuje komplex vlastností, které se různě uplatňují v závislosti na typu, závažnosti a načasování sucha. Proto je nutné poměrně komplexní hodnocení morfologické a fyziologické fenotypové reakce na sucho. Tato metodika se zaměřuje na vývoj postupů a vyhodnocení komplexní fenotypové odezvy genotypů jarního ječmene na sucho pomocí neinvazivně měřených parametrů založených na červeno-zeleno-modrém (RGB) zobrazování, termálním infračerveném zobrazování a zobrazovací fluorescence chlorofylu měřených v rámci automatizované fenotypovací platformy. Vývoj metodiky byl založen na experimentu, ve kterém byly sledovány dynamické změny odezvy šesti genotypů ječmene, reprezentujících širokou škálu tolerance k suchu (od genotypu velmi citlivého až po genotyp velmi tolerantní), na kontinuální vysychání až k bodu vadnutí a následné opětovné zavlažení. Byly identifikovány tři kritické termíny v průběhu sucha a opětovného zavlažení, klíčové pro identifikaci odolnosti jarního ječmene vůči suchu: i) dosažení 50% hladiny dostupné půdní vody, ii) dosažení bodu vadnutí, iii) úplná regenerace rostlin po opětovném zavlažení. Jednotlivé sledované parametry založené na zobrazovacích metodách ovšem ukázaly potenciál pro hodnocení citlivosti na sucho v různých termínech od počátku vysychání či regenerace. Korelace s relativní odezvou výnosu se postupně zvyšovala u projekční listové plochy hodnocené ze strany (SPA) a dosáhla maxima v bodě úplné regenerace po opětovném zvlažení. Aktuální kvantový výtěžek fotosystému II (ΦPSII) vykazoval nejvyšší korelaci s relativním výnosem zrna kolem bodu vadnutí. Naproti tomu relativní rozdíl teploty listů vůči teplotě okolního vzduchu (Tdiff) vykazoval vysokou korelaci s výnosovou odezvou na sucho dříve, a to již při dosažení 50% úrovně dostupné vody pro rostliny v půdě. Nejvyšší korelace s relativní výnosovou odezvou byly získány u barevné analýzy RGB v bodě vadnutí a po regeneraci, zejména u relativního podílu khaki, béžového, tmavě zeleného a olivově zeleného odstínu. Vícenásobná regrese s parametry poskytujícími Pearsonův korelační koeficient R > 0,5 mírně zlepšila odhad relativní odezvy výnosu na sucho, ale zajistila především významné zlepšení odhadu absolutního výnosu zrna při stresu suchem, přičemž přesnost odhadu se v obou případech pohybovala okolo 90 %. Tato metodika ukazuje, že použití kombinace fenotypovacích metod charakterizujících různé morfologické a fyziologické znaky umožňuje nejen hodnocení tolerance k suchu (na základě relativní výnosové reakce na sucho), které je klíčové pro výběr genetických zdrojů pro následný šlechtitelský proces, ale také umožňuje testovat výnosovou výkonnost nových genotypů při stresu suchem.Drought tolerance is a complex of traits that vary depending on the type, severity, and timing of drought. Therefore, a relatively comprehensive assessment of the morphological and physiological phenotypic response to drought is necessary. This methodology focuses on the development of procedures and evaluation of the complex phenotypic response of spring barley genotypes to drought using non-invasively measured parameters based on red-green-blue (RGB) imaging, thermal infrared imaging, and chlorophyll fluorescence imaging measured within an automated phenotyping platform. The development of the methodology was based on an experiment in which the dynamic changes in the response of six barley genotypes, representing a wide range of drought tolerance (from a very sensitive to a very tolerant genotype), to continuous drying until the point of wilting and subsequent re-watering were monitored. Three critical time points during drought and re-watering were identified, key for detecting drought tolerance: i) reaching 50% of available soil water, ii) reaching wilting point, iii) full plant recovery after re-watering. However, the different imaging-based parameters monitored showed potential for assessing drought sensitivity at different time points from the onset of drying or recovery. The correlation with relative yield response increased progressively for the side projected leaf area (SPA) and reached a maximum at the point of complete recovery after re-watering. The actual quantum yield of photosystem II (ΦPSII) showed the highest correlation with relative grain yield around the wilting point. In contrast, the relative difference of leaf temperature to ambient air temperature (Tdiff) showed a high correlation with yield response to drought earlier, as early as at the point of reaching 50% of the level of soil water available to plants. The highest correlations with relative yield response were obtained for RGB colour analysis at the wilting point and after recovery, especially for the relative proportion of khaki, beige, dark green, and olive-green hues. Multiple regression with parameters providing a Pearson correlation coefficient R > 0.5 slightly improved the estimation of the relative yield response to drought, but mainly provided a significant improvement in the estimation of absolute grain yield under drought stress, with an estimation accuracy of around 90% in both cases. This methodology shows that the use of a combination of phenotyping methods in characterising different morphological and physiological traits not only allows the assessment of drought tolerance (based on relative yield response to drought), which is crucial for the selection of genetic resources for subsequent breeding, but also allows the testing of the yield performance of new genotypes under drought stress.
Keywords:
chlorophyll fluorescence imaging; drought; drought tolerance; phenotyping; rgb imaging; spring barley; thermal infrared imaging; yield Project no.: QK1910197 Funding provider: GA MZe
Institution: Global Change Research Institute AS ČR
(web)
Document availability information: Fulltext is available at the institute of the Academy of Sciences. Original record: https://hdl.handle.net/11104/0354601
guest ::
