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高光譜成像技術(shù)在根系表型分析中的應(yīng)用
發(fā)布時間: 2018-11-27 點擊次數(shù): 2672次根系是植物的重要組成部分,植物吸收土壤中的水分與養(yǎng)分全依賴根系,所以根系的研究對于植物各學科來說都至關(guān)重要,但是根系分布在地面以下,而且是動態(tài)生長的,這就給根系的監(jiān)測帶來了很多困難?!禢ature》雜志于2004年6月出版了一本專輯認為“人類對自己腳下土壤的了解遠遠不及對宇宙的了解”,更是佐證了地下生態(tài)學的研究難度之大。所以,根系研究方法的選擇,相對于對地上部分而言對研究結(jié)果具有更大的影響。
傳統(tǒng)的根窗或微根窗彩色成像技術(shù)是利用顏色識別根系,前提是根系和土壤之間要有比較明顯的反差,但實際根系生長在土壤中,顏色差異并不明顯,這樣根系識別可能會造成比較大的誤差,RGB成像技術(shù)使用就會受限。高光譜成像技術(shù)基于光譜特征在根系識別上具備明顯優(yōu)勢,并且光譜特征對于根系生化特性的識別例如細根發(fā)生、成熟、衰老、死亡的周轉(zhuǎn)過程,根際分泌物成分的變化等,都顯示了高光譜成像技術(shù)在根系研究領(lǐng)域的巨大潛力。
奧地利自然資源與生命科學大學(University of Natural Resources and Life Sciences)作物科學系的Gernot Bodner等利用Specim高光譜成像技術(shù),以硬粒小麥(Triticum durum)為研究對象,以5nm的光譜分辨率(900nm-1700 nm之間256個光譜帶),定期通過根窗進行高光譜成像分析,空間分辨率達0.1 mm。原始光譜圖像經(jīng)過算法處理后得到目標根系圖像,隨后進行閾值分割、模糊聚類等模型分析,得到根系的形態(tài)學數(shù)據(jù)、根系生長衰老動態(tài)乃至根系生化數(shù)據(jù)。
1649-1447 nm光譜反射率和根系衰變過程的關(guān)系(右圖柱狀標尺顯示為天數(shù))
北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供根系觀測研究技術(shù)全面解決方案:
- MiniRhizotron微根窗技術(shù)根系觀測系統(tǒng)方案,包括根系與土壤水分同步監(jiān)測技術(shù)方案
- Rhizotron根窗技術(shù)原位(in-situ)根系表型成像分析技術(shù)方案,包括RGB掃描成像分析技術(shù)、Specim高光譜成像分析技術(shù)、根系生長環(huán)境監(jiān)測技術(shù)(土壤水、溫度、光源、O2等環(huán)境因子監(jiān)控)
- PlantScreen全自動高通量根系表型成像分析系統(tǒng)(RGB成像技術(shù))
- Specim高光譜根系掃描成像分析系統(tǒng)(ex-situ技術(shù),洗根后掃描成像分析)
- SisuCHEMA高光譜成像分析系統(tǒng)
- ScieTrace LIBS根系元素分布分析系統(tǒng)
左圖為不同直徑細根高光譜成像反射光譜;右圖為不同濃度Cu2+溶液處理蠶豆幼苗根橫切面LIBS元素分布分析結(jié)果(a,b,c,d),e)為樣品區(qū)特征譜線,f)Cu2+濃度降低其對應(yīng)譜線強度也依次降低