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简要描述:CID公司在**个*性地推出了“土壤洞穴*(360度)多层次旋转式扫描,获取直观1:1不变形根系剖面图像的方法",即CI-600的方法
详细介绍
1 背景
根系对植物起着支撑作用,是植物的吸水器官,吸盐器官,在生态系统的生物地球化学循环中扮演着重要角色。但是,由于根系是大多数陆地生态系统“隐藏的一半”,对它进行准确取样、测定、观察存在一定困难。长期以来,对根系的研究主要还是采用挖掘法、土钻法、土柱法、容器法、剖面法等传统方法,采样破坏性大、工作量大,严重阻碍了根系研究的深入开展。《科学》杂志于2004年6月出版了一本专辑认为“人类对自己脚下土壤的了解远远不及对宇宙的了解”,更是佐证了地下生态学的研究难度之大。所以,根系研究方法的选择,相对于对地上部分而言对研究结果具有更大的影响。
2 根系研究的系统解决方案
2.1 功能
1)原位、非破坏的研究植物根系
2)*分析植物根系
3)长期监测植物根系的生长动态
4)大容量、高效率、高精度的获取根系信息
5)利用盆栽植物进行大批量快速筛选,获得合适的突变株后直接移植到室外土壤中,继续进行长期监测,进行长期的系统性实验
2.2 所需设备及用途
1)植物根系X-光扫描成像分析系统RootViz FS(室内)
* 对盆栽植物的根系进行原位成像分析,可以拍摄根系的X-光立体照片
* *分析植物根系所有部分
* 在植物生长的不同阶段对根系的生长进行长期动态监测
* 大批量筛选根系突变株
* *可控条件下进行根系的生理、病理研究
2)植物根系生长监测监测系统CI-600(室外)
* 非破坏性的原位360度多层次旋转式扫描成像系统
* 可定点、连续观测根系在整个生长季的动态变化
* 大批量埋设根管,大量样点的长期监测
3)植物根系分析软件WinRHIZO Tron MF
* 对RootViz FS和CI-600的测量结果进行分析
* 可以分别对总根、活动根、活动根段的测量数据进行全面分析
* 可以改变显示信息的颜色,给图片、根系和片段添加注释
* 可以拼接不同深度、不同时间获得的图像,进行时空动力学变化分析
3 植物根系X-光扫描成像系统RootViz FS
*款为植物根系拍摄X-光照片的系统,获得2007年美国R&D 100大奖(“发明界的奥斯卡奖”)的AG九游会·登录大厅。RootViz FS可以高效、高精度、非破坏性的对盆栽植物的根系进行原位成像分析,可以*分析植物根系的所有部分(包括根尖等),并且可以在植物生长的不同阶段对根系进行长期动态监测。
小型分析系统 | 大型分析系统 | 大型分析系统的内部构造 |
3.3 根系X-光扫描成像系统的主要技术参数
* X-射线发生器: 20KeV@800mA;35u spot size
* X-射线数码相机: 1024 x 1024 CMOS;GdOs Scintillator
* 精确的三维调节工作台: 精度达25 mm
* 速度:平面图25株/h;立体图15株/h
* 范围:zui大根长0.6 m;zui大高度2.1 m
* 分辨率:2000×2048像素
3.4 根系X-光扫描成像系统的应用实例
应用实例一:根系的X-光立体成像
玉米幼苗根系的X-光立体成像 |
应用实例二:根系生长发育的长期动态监测
第4天 | 第7天 | 第10天 | 第13天 | 第16天 | 第28天 | 第40天 |
玉米出苗后40天的根系动态生长监测
(利用红/蓝立体眼镜可以观看立体效果)
应用实例三:不同品种间根系角度差异分析
两种水稻(Ra4993和Ra5531)的不同变种间根系的差异,利用植物根系X-光扫描成像分析系统可以容易的进行分析,而传统的洗根后扫描的方法会将根系间的角度差别忽略掉
(利用红/蓝立体眼镜可以观看立体效果)
应用实例四:根系系统分类
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感染病虫的玉米根系 |
4.3 CI-600的主要技术参数
* 扫描头分辨率:zui大1200dpi或188兆像素
* 单图尺寸:21.56 x 19.56 cm
* 扫描速度:5~15s
* 电脑接口:USB
* 供电:电脑USB供电
* 扫描头尺寸:直径6.4cm,长34.3cm
* 透明根管尺寸:内径6.4cm,长182.9cm(长度可以定制)
* 重量:约1Kg
4.4 CI-600的应用实例
右图为Northern Arizona University的Dylan Fischer博士的实验结果,从上到下为连续扫描的6张360度图片拼接在一起,每张图片的原始尺寸为21.59 x 19.56 cm。
(这里为了排版需要,将图片的分辨率大大降低)
5 植物根系分析软件WinRHIZO Tron MF
根系分析软件WinRHIZO Tron MF是一款功能非常强大的专业根系分析软件,可以对RootViz FS和CI-600的测量结果进行分析,其主要特性如下:
◆ 总根测量(根长、表面积、投影面积、体积、平均直径和数目的提示)
◆ 活动根的名称和它的测量数据(长度,表面积...)
◆ 活动根段的编号和其测量数据(长度,比表面积...)
◆ 可以移动分析区域里单个根或所有根系
◆ 可以改变显示信息的颜色
◆ 可以给图片、根系和片段添加注释
◆ 可以将根管不同深度不同时间的扫描图像连接起来进行整体分析
◆ 文件以ASCII文本格式保存,兼容多数表格程序(如Excel)
时空变化分析(横轴为时间,不同季节;纵轴为空间,不同深度) |
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