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烟草-可见光和近红外成像 基于蒴果表型分析的烟草种子成熟度定量评价

文章来源: | 2019-08-29

种子发育通常分为三个阶段:形态建成、贮藏物积累和成熟脱水。在形态建成阶段,种子不具有发芽能力,这是随着贮藏物的积累而逐渐获得的。在生理成熟后,种子活力逐渐增加,而成熟脱水不仅是种子干燥,也是种子萌发准备的活跃阶段。许多研究证实,成熟度对种子活力有很大影响。种子的生理成熟度和最大干重积累是许多作物种子产量的最大值,也被认为是种子活力的最大值。

 

目前已提出了许多鉴定种子成熟度的方法,但几乎所有方法都需要在采收后进行。长期以来,蒴果颜色一直被用于烟草种子成熟度的评价。然而,这是一种主观的方法,很难确保收获的种子具有相同的成熟度。因此,一种能在田间完成的种子成熟度的客观检测方法具有十分重要的意义。本研究的目的是利用高通量筛选(high-throughput screening)技术开发一种通过定量评价蒴果性状来预测烟草种子成熟度的方法。该方法有两个方面:首先,通过对颜色、形状、密度、含水量、温度敏感性等蒴果性状的定量评价,确定3D表型系统是否能够区分蒴果成熟度;其次,如果在蒴果生理发育中观察到这些参数的差异,是否可以通过传感器清楚地识别这些参数?

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种子发育过程中的成熟度变化

DAP:授粉后天数,TSW:千粒重,EL:电解质外渗,GP:发芽势,ER:出苗率,SFW:幼苗鲜重,RFW:幼苗根鲜重

试验结果显示:在种子发育过程中,蒴果颜色参数和含水量快速下降,温度敏感性增加;蒴果长度、宽度、最小外接圆直径、面积等形状参数的初始上升,随后下降。相关性分析表明,种子成熟度与蒴果颜色及其形状参数有显著关系。3D表型系统可以通过定量评价蒴果性状来区分种子成熟度,即使这些种子仍在母株上生长。
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种子发育过程中蒴果含水量的变化
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蒴果表型分析

图像采集由Scanalyzer HTS表型系统(德国LemnaTec公司)执行,图像处理与分析由Scanalyzer HTS系统的图像分析组件Scanalyzer HTS完成。

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种子发育过程中蒴果颜色的变化
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种子发育过程中蒴果形状参数的变化

表1 烟草蒴果发育过程中蒴果表型性状参数与种子成熟度的相关性。种子的发芽势代表种子的成熟度,并用来分析种子发芽势与蒴果性状的相关性。


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全文阅读

Li Z, Liu Y, Liu R X. Integrating Multiple-capsule Traits Quantitative Evaluation of Seed Maturity by 3D Phenotypic Platform in Nicotiana tabacum. HortScience, 2019, 54(6): 993-997.

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