CI-600 植物根系圖像分析儀
- 公司名稱 上海澤泉科技股份有限公司
- 品牌
- 型號 CI-600
- 產(chǎn)地 美國
- 廠商性質(zhì) 代理商
- 更新時間 2025/3/28 14:18:37
- 訪問次數(shù) 7197
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1 背景
根系對植物起著支撐作用,，是植物的吸水器官，吸鹽器官,，在生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演著重要角色,。但是，由于根系是大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)“隱藏的一半”,，對它進行準(zhǔn)確取樣,、測定、觀察存在一定困難,。長期以來,，對根系的研究主要還是采用挖掘法、土鉆法,、土柱法,、容器法,、剖面法等傳統(tǒng)方法，采樣破壞性大,、工作量大,，嚴(yán)重阻礙了根系研究的深入開展?！?strong>科學(xué)》雜志于2004年6月出版了一本專輯認(rèn)為“人類對自己腳下土壤的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及對宇宙的了解”,，更是佐證了地下生態(tài)學(xué)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,。
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為了協(xié)助科研人員更好的進行根系研究,，更深入的了解地下“隱藏的一半”，澤泉生態(tài)開放實驗室（Zealquest Laboratory for Ecological Research）推出一套根系研究的系統(tǒng)解決方案,，希望這套方案能為科研人員的研究起到一定的幫助,。
2 根系研究的系統(tǒng)解決方案
2.1 功能
1）原位、非破壞的研究植物根系
2）*分析植物根系
3）長期監(jiān)測植物根系的生長動態(tài)
4）大容量,、高效率,、高精度的獲取根系信息
5）利用盆栽植物進行大批量快速篩選，獲得合適的突變株后直接移植到室外土壤中,，繼續(xù)進行長期監(jiān)測,，進行長期的系統(tǒng)性實驗
2.2 所需設(shè)備及用途
1）植物根系X-光掃描成像分析系統(tǒng)RootViz FS（室內(nèi)）
＊ 對盆栽植物的根系進行原位成像分析，可以拍攝根系的X-光立體照片
＊ *分析植物根系所有部分
＊ 在植物生長的不同階段對根系的生長進行長期動態(tài)監(jiān)測
＊ 大批量篩選根系突變株
＊ *可控條件下進行根系的生理,、病理研究
2）植物根系生長監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)CI-600（室外）
＊ 非破壞性的原位360度多層次旋轉(zhuǎn)式掃描成像系統(tǒng)
＊ 可定點,、連續(xù)觀測根系在整個生長季的動態(tài)變化
＊ 大批量埋設(shè)根管，大量樣點的長期監(jiān)測
3）植物根系分析軟件WinRHIZO Tron MF
＊ 對RootViz FS和CI-600的測量結(jié)果進行分析
＊ 可以分別對總根,、活動根,、活動根段的測量數(shù)據(jù)進行全面分析
＊ 可以改變顯示信息的顏色，給圖片,、根系和片段添加注釋
＊ 可以拼接不同深度,、不同時間獲得的圖像，進行時空動力學(xué)變化分析
3 植物根系X-光掃描成像系統(tǒng)RootViz FS
*款為植物根系拍攝X-光照片的系統(tǒng),，獲得2007年美國R&D 100大獎（“發(fā)明界的奧斯卡獎”）的產(chǎn)品,。RootViz FS可以高效、高精度,、非破壞性的對盆栽植物的根系進行原位成像分析,，可以*分析植物根系的所有部分（包括根尖等），并且可以在植物生長的不同階段對根系進行長期動態(tài)監(jiān)測,。
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| 小型分析系統(tǒng) | 大型分析系統(tǒng) | 大型分析系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造 |
3.1 對植物根系進行X-光掃描成像的原理
植物根系生長在特制的X-光可穿透的培養(yǎng)容器和培養(yǎng)介質(zhì)中,，一側(cè)用低能數(shù)字X-光發(fā)射器發(fā)出X-射線,，穿過培養(yǎng)容器和介質(zhì)后在另一側(cè)通過閃爍發(fā)光體將X-射線轉(zhuǎn)換成可見光，然后利用數(shù)碼相機進行檢測,。由于培養(yǎng)容器和介質(zhì)可被X-光穿透,，而根系不被穿透，這樣就獲得了根系的X-光影像圖,。由于選擇的是低能X-光,，即使密度很低的根尖也不會被穿透，這樣就可以獲得全面的根系信息,。X-光發(fā)射器前帶有可開關(guān)的防護門,，當(dāng)門關(guān)閉后，所有X-射線被屏蔽掉,。儀器外殼帶有內(nèi)鎖,，不會發(fā)生X-光泄漏。3.2根系X-光成像的特性
＊ 高分辨率的X-光立體成像
＊ 進行長期動態(tài)監(jiān)測
＊ 獲得原位根系角度信息
＊ *可控條件下的生理,、病理實驗
＊ 大規(guī)?？焖俸Y選根系突變株
3.3 根系X-光掃描成像系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)
＊ X-射線發(fā)生器: 20KeV@800mA；35u spot size
＊ X-射線數(shù)碼相機: 1024 x 1024 CMOS,；GdOs Scintillator
＊ 精確的三維調(diào)節(jié)工作臺: 精度達(dá)25 mm
＊ 速度：平面圖25株/h,；立體圖15株/h
＊ 范圍：zui大根長0.6 m；zui大高度2.1 m
＊ 分辨率：2000×2048像素
3.4 根系X-光掃描成像系統(tǒng)的應(yīng)用實例
應(yīng)用實例一：根系的X-光立體成像
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| 玉米幼苗根系的X-光立體成像 |
應(yīng)用實例二：根系生長發(fā)育的長期動態(tài)監(jiān)測
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| 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天的根系動態(tài)生長監(jiān)測
（利用紅/藍(lán)立體眼鏡可以觀看立體效果）
應(yīng)用實例三：不同品種間根系角度差異分析
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兩種水稻（Ra4993和Ra5531）的不同變種間根系的差異,，利用植物根系X-光掃描成像分析系統(tǒng)可以容易的進行分析，而傳統(tǒng)的洗根后掃描的方法會將根系間的角度差別忽略掉
（利用紅/藍(lán)立體眼鏡可以觀看立體效果）
應(yīng)用實例四：根系系統(tǒng)分類
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應(yīng)用實例五：根系病理學(xué)研究
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| 感染病蟲的玉米根系 |
4 植物根系生長監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)CI-600
4.1 CI-600的原理
植物根系生長監(jiān)測系統(tǒng)CI-600是*套“土壤原位360度多層次旋轉(zhuǎn)式掃描”獲取根系剖面圖像的方法,。將透明根管埋設(shè)在需要研究的根系周圍后,，定期使用旋轉(zhuǎn)式CCD線性掃描頭對根系360度多層次掃描，然后借助專業(yè)根系分析軟件系統(tǒng)對混合圖像進行分析,，從而跟蹤了解根系的長期生長動態(tài),。
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4.2 CI-600的特性
＊ 非破壞性的原位測量
＊ 可獲取188兆像素高分辨率彩色圖像
＊ 不變形的線性掃描
＊ 每次掃描可獲得21.56 x 19.56cm的高分辨率圖像
＊ 極便攜、易操作,、測量快
＊ 可以掃描根系不同層次的圖像,，合成后獲得整體根系的剖面圖
＊ 可定點,、連續(xù)觀測根系在整個生長季的動態(tài)變化
＊ USB數(shù)據(jù)傳輸，測量,、存儲方便
＊ 配合根系動態(tài)分析軟件,，后續(xù)分析功能強大
4.3 CI-600的主要技術(shù)參數(shù)
＊ 掃描頭分辨率：zui大1200dpi或188兆像素
＊ 單圖尺寸：21.56 x 19.56 cm
＊ 掃描速度：5～15s
＊ 電腦接口：USB
＊ 供電：電腦USB供電
＊ 掃描頭尺寸：直徑6.4cm，長34.3cm
＊ 透明根管尺寸：內(nèi)徑6.4cm,，長182.9cm（長度可以定制）
＊ 重量：約1Kg
４.4 CI-600的應(yīng)用實例
右圖為Northern Arizona University的Dylan Fischer博士的實驗結(jié)果,，從上到下為連續(xù)掃描的6張360度圖片拼接在一起，每張圖片的原始尺寸為21.59 x 19.56 cm,。
（這里為了排版需要,，將圖片的分辨率大大降低）
5 植物根系分析軟件WinRHIZO Tron MF
根系分析軟件WinRHIZO Tron MF是一款功能非常強大的專業(yè)根系分析軟件，可以對RootViz FS和CI-600的測量結(jié)果進行分析,，其主要特性如下：
◆ 總根測量(根長,、表面積、投影面積,、體積,、平均直徑和數(shù)目的提示）
◆ 活動根的名稱和它的測量數(shù)據(jù)（長度,，表面積...)
◆ 活動根段的編號和其測量數(shù)據(jù)（長度,，比表面積...)
◆ 可以移動分析區(qū)域里單個根或所有根系
◆ 可以改變顯示信息的顏色
◆ 可以給圖片、根系和片段添加注釋
◆ 可以將根管不同深度不同時間的掃描圖像連接起來進行整體分析
◆ 文件以ASCII文本格式保存,，兼容多數(shù)表格程序（如Excel）
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| 時空變化分析（橫軸為時間,，不同季節(jié)；縱軸為空間,，不同深度） |
6 根系研究系統(tǒng)解決方案的應(yīng)用
這套根系研究的系統(tǒng)解決方案綜合了植物根系X-光掃描成像分析系統(tǒng)RootViz FS和植物根系生長監(jiān)測系統(tǒng)CI-600的強大,、革命性的測量功能，以及根系分析軟件WinRHIZO Tron MF的強大分析功能,。三者有機結(jié)合,，融會貫通，可以廣泛的應(yīng)用于根系研究領(lǐng)域：
◆ 根系的發(fā)育周期和再生周期
◆ 根際形態(tài)學(xué)和分類學(xué)的研究
◆ 根際生態(tài)過程與調(diào)控
◆ 推進和開發(fā)功能基因組學(xué)的研究
◆ 突變體及作物育種的鑒定和篩選
◆ 植物生態(tài)學(xué)研究
◆ 環(huán)境保護和修復(fù)
◆ 能源苗木的培養(yǎng)及果樹育苗與引種
◆ 森林培育和林學(xué)
◆ 花卉栽培和保護
◆ 細(xì)根生理和功能異質(zhì)
◆ 根系周轉(zhuǎn)和生態(tài)驅(qū)動
◆ 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中作物生長及節(jié)水灌溉
◆ 防風(fēng)固沙與水土保持
◆ 根系對鹽,、干旱,、重金屬等逆境脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)
◆ 植物病理學(xué)的研究
利用這套系統(tǒng)，可以對盆栽植物進行大批量快速篩選,，獲得合適的突變株后直接移植到室外土壤中,，繼續(xù)進行長期監(jiān)測，進行長期的系統(tǒng)性實驗
7 展望
這套根系研究的系統(tǒng)解決方案用于原位,、非破壞性地研究根系,，可以長期監(jiān)測根系的生長動態(tài)，*打破了長期以來根系研究的瓶頸,。植物根系X-光掃描成像分析系統(tǒng)RootViz FS側(cè)重于室內(nèi)研究,，是目前世界上的根系研究系統(tǒng),，幾乎可以應(yīng)用于所有和根系有關(guān)的研究中。美國能源部利用其開展對美國白楊生物能源開發(fā)利用,，杜克大學(xué)的Benefy Lab利用其進行功能基因組學(xué)研究,，探討植物抗逆機制。植物根系生長監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)CI-600側(cè)重于室外研究,，是微根窗（minirhizotron）技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品,，在國外已廣泛地應(yīng)用于森林、草地,、沙漠,、果園及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等植物根系研究中。這兩種技術(shù)在根系研究進程中都被認(rèn)為是重要的里程碑,，必將改變根系研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于地上部分研究的現(xiàn)狀,，為根系研究的跨越式發(fā)展起到巨大的推動作用。
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