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

水是農業的命脈，但干旱正成為全球糧食生產面臨的最嚴峻挑戰。在尋找可持續解決方案的浪潮中，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揮作用的？一篇最新發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表型成像系統的自動化測量程序、多模態成像單元、數據分析軟件，該研究中實驗材料的根系發育與地上部光合生理響應可被持續跟蹤監測，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

研究發現，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，很難被發現。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

形態學指標：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于MIX1和NOI組，表現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、穩定、可重復地實現。可以說，沒有這套自動化成像系統，就沒有這項研究中那些清晰的根系動態曲線。

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