Plantarray是一款基于称重的高通量、多传感器生理表型平台以及植物逆境生物学研究通用平台。该系统可持续、实时测量位于不同环境条件下、阵列中每个植株的土壤-植物-空气（SPAC）中的即时水流动。直接测量根系和茎叶系统水平衡和生物量增加，计算植物生理参数以及植物对动态环境的反馈。系统以有效、易用、无损的方式针对植物对不同处理的反应、预测植物生长和生产力进行定量比较，广泛应用于生物胁迫和非生物胁迫以及植物栽培加速育种研究等，胁迫研究涵盖干旱胁迫、盐胁迫、重金属胁迫、热、冷胁迫、光胁迫以及灌溉/养分、CO₂指示、植物健康等领域的研究。

Plantarray高通量植物生理表型平台

盐分条件下藜麦生长和蒸腾作用的高分辨率分析

利用Plantarray3.0表型分析平台，在盐度（0–300 mM NaCl）下监测了藜麦品种Pasto和selRiobamba的生长和水分利用。盐分使这两个品种在200mmNaCl下的累积蒸腾量分别减少了60%，在300mmNaCl下，selRiobamba和Pasto的累积蒸腾量分别减少了75%和82%。盐度降低了气孔导度，但在200mmNaCl浓度下，Pasto比selRiobamba（35%）的气孔导度降低了15%，比叶面积也降低了。水分利用参数的日变化表明，在盐胁迫下，藜麦的日蒸腾作用对光照变化的响应较小，气孔导度被调节，以最大限度地吸收二氧化碳，并在VPD变化后最大限度地减少水分损失。这些变化可能有助于提高盐胁迫下两个品种的水分利用效率。采用机械作物模型LINTUL将生理反应整合到植物的辐射利用效率（RUE）中，在盐分条件下，在盐度下，Pasto 比 selRiobamba 降低更多。到实验结束时（播种后 11 周，应激后 6 周），Pasto 的生长明显低于 selRiobamba，新鲜生物量在 200 mM 下分别减少了 50 和 35%，在 300 mM NaCl 下分别减少了 70 和 50%。我们认为，对比水管理策略至少可以部分解释Pasto和selRiobamba之间耐盐性的差异。Pasto采用了“保守增长”战略，以牺牲增长为代价节约用水，而selRiobamba则采用了“获取性增长”战略，在压力下实现最大化增长。高分辨率表型分析的实施有助于剖析这些复杂的生长性状，这些性状可能是非生物胁迫耐受性的新育种目标。

本研究中使用的Plantarray表型平台使我们能够在整个生长期（77天）连续监测植物的蒸腾作用和生物量增益。图2A中描述了植物的累积蒸腾水量。在对照条件下，Pasto和SelRiobamba的蒸腾作用相似，尽管它们的形态不同（Pasto是一个较短的品种，单株叶面积比SelRiobamba高）。盐处理显著影响植物的蒸腾作用。在200mmNaCl下，蒸腾作用平均减少60%。更严重的盐处理对蒸腾作用更强，也加剧了品种间的差异。试验结束时，对照条件下，每株植物的平均累积蒸腾量为11L，而在300 mM NaCl下，selRiobamba的蒸腾量降低66%，Pasto的蒸腾量降低78%（图2B）。在整个实验过程中，还监测了生物量的逐渐积累（图2C）。盐度对4天后的植株鲜重有显著影响（p<0.001）。在整个季节中，两个品种的生长速率和生物量积累在对照条件下没有显著差异，并且随着盐度的增加而降低。Pasto比selRiobamba的生物量减少更多。实验结束时（盐处理6周后），在200mm NaCl下，selRiobamba的新鲜生物量减少35%，在300mm NaCl下减少50%，而在200mm NaCl和300mm NaCl下，Pasto的新鲜生物量分别减少50%和70%（图2D）。

图1.本研究中使用的Plant Array 3.0 平台

图2.整个季节的蒸腾和生长动态

计算每日蒸腾速率时仅考虑光照时间（图3A）。从盐处理的第一天起，检测到盐诱导的水分蒸发量差异。整个季节，在对照条件下和在200mmNaCl低盐处理下，品种的蒸腾速率相似。然而，在300mmNaCl胁迫下，selRiobamba的蒸腾速率明显较高。盐处理和品种间蒸腾作用差异显著。实验结束时，在300mmNaCl胁迫下，selRiobamba 在300mM NaCl下的蒸腾速率降低了75%，Pasto 的蒸腾速率降低了 82%。气孔导度（gs）是使用蒸腾速率和插值叶面积数据计算的，如材料和方法中所述。盐处理开始三天后，盐对气孔导度有显著影响（图3B）。在200mmM NaCl下，selRiobamba的gs比对照低35%，而Pasto的gs比对照低15%。在300mmNaCl胁迫下，两个品种的gs都降低了35%。

使用Plantarray 数据计算整株植物水平的水分利用效率 (WUE) 作为累积生物量与累积蒸发水的比率。WUE 在整个生长期受到盐处理的强烈影响（图 3C）。盐处理开始后不久，与对照和 200 mM NaCl 相比，WUE 在 300 mM 时较低。然而，施盐几天后，受胁迫植物的 WUE 超过了在对照条件下生长的植物之一。到实验结束时，两个品种在 200 mM NaCl 下的 WUE 比对照高 56%。在 300 mM NaCl 下，与对照相比，Pasto WUE 增加了 60%，selRiobamba WUE 增加了 75%。

图3.根据Plantarray 3.0数据得出的用水参数

通过比较在58天（盐胁迫开始后21天）用稳态气孔仪（gsporometer）测得的气孔导度，验证了由Plantarray系统数据（gssystem）得出的气孔导度。与gssystem相似，盐处理的植物比对照植物具有显著更低的叶片gsporometer，并且在品种之间未发现显著差异（图4A、B）。发现gsporometer和gssystem之间存在0.95的强正相关（图4C），表明使用Plantarray数据计算的气孔导度是有效的，并且导出的气孔导度是气孔行为的可靠代表。

图4.系统与气孔计测量的气孔导度(gs) 比较

图5.藜麦热成像的叶片温度

红外热成像表型分析用作监测植物气孔对 58-66 DAS（胁迫开始后 39-45 天）盐胁迫响应的附加工具（图 5）。与对照相比，受胁迫植物的叶子温度更高（图 5A-C）。 平均而言，对照和胁迫植物之间的差异为 2°C，200 和 300 mM NaCl 处理之间的差异约为 1°C（图 2C）。 每日叶冠温度和从 Plantarray 参数计算的每日 gs 高度相关（R2 = 0.9277）（图 5D）。

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