导读

  水是农业的命脉，但干旱正成为全球粮食生产面临的最严峻挑战。在寻找可持续解决方案的浪潮中，利用植物促生微生物（PGPM）来增强作物抗旱能力，被视为一条充满希望的绿色路径。然而，一个核心问题始终困扰着科研人员：这些看不见的微生物“盟友”，究竟是如何在植物身上发挥作用的？一篇最新发表的小麦研究给出了答案，也让我们再次看到：根系表型成像，正在成为植物-微生物互作研究不可或缺的“眼睛”。

本文引用的研究案例中用到的PlantScreen根系及植物表型成像系统

研究内容：微生物有没有用，根最先知道

  这项发表于The Plant Phenome Journal的研究中，学者们巧妙地利用高通量植物和根系表型成像技术，为我们实时、无损地揭开了这一过程的神秘面纱。

  研究人员开展双因素交叉实验设计，以小麦（Triticum aestivum L.‘Julie’）为材料，设置充分灌溉（WW）与非充分灌溉（NW）两种水分处理，采用三种策略将PGPM制剂接种至WW、NW两组小麦的根际：一次性接种（MIX1）、多次接种（MIXR）、不接种（NOI），制剂中包含四种芽孢杆菌属菌株以及两种丛枝菌根真菌。

  得益于PlantScreen表型成像系统的自动化测量程序、多模态成像单元、强大的数据分析软件，该研究中实验材料的根系发育与地上部光合生理响应可被持续跟踪监测，生成根系、幼苗的“生长日记”，从而研究水分亏缺与植物促生微生物的互作。

基于PlantsScreen表型成像系统分析设计的实验流程

表型系统帮我们看见了什么？

• 缺水条件下，一次性接种促进根系扩张

  研究发现，在NW条件下，一次性接种（MIX1）的小麦总根长和总根面积显著高于未接种和多次接种处理。也就是说，一次性接种在水分亏缺早期，明显促进了根系的探索性扩张——根扎得更长、铺得更广，有利于在土壤中“找水”。这一结果如果只靠地上部指标，很难被发现。因为同期地上部生长受缺水抑制更为明显，根系的变化被“掩盖”了。

• 多次接种，提升的是“根效率”而非“根尺寸”

  与MIX1不同，多次接种（MIXR）并未持续增加根系尺寸，而是与更高的根面积效率（RAE）相关。这意味着，重复接种可能并非让根长得更大，而是让根“用得更好”

• 根系响应比地上部更敏感

根伸长速率、根面积扩大速率、根冠比在NW下显著高于WW，说明水分亏缺下植物主动将更多资源投向根系；

根系生长发育参数

• 地上部分：干旱抑制整体生长，但多次接种可维持地上部表现

  形态学指标：地上部分表型分析结果提示与根系在轻度干旱下“逆势扩张”不同，地上部对干旱的响应整体表现为抑制。所有WW处理的地上部伸长速率和侧面积扩大速率、生物量均高于NW处理。

  光合表型指标：从第22天起，NW-MIXR的Fv/Fm、Fv/F0及ΦPSII均趋近于WW处理水平，显著高于NW-MIX1和NW-NOI，表明重复接种有助于在长期干旱下保护光系统II效率，维持光合功能。

  微生物接种的缓解作用：在NW条件下，MIXR的地上部株高、侧面积、鲜重与干重均显著优于MIX1和NOI组，表现出更好的地上部生长维持能力。

植株光合及形态参数

该研究的实验设计——两种水分处理×三种接种策略×多重复×连续多日成像——对表型平台的自动化程度和成像通量提出了极高要求。PlantScreen根系表型系统通过传送带式自动传送、自动遮光成像、自动称重灌溉和RootAnalyzer自动根系分析，使这一流程得以高效、稳定、可重复地实现。可以说，没有这套自动化成像系统，就没有这项研究中那些清晰的根系动态曲线。

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