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高光谱成像技术应用于植物根系表型研究

今天,莱森小编将为大家介绍高光谱成像技术应用于植物根系表型研究。

根系是植物的重要组成部分,植物吸收土壤中的水分与养分全依赖根系,所以根系的研究对于植物各学科来说都至关重要,但是根系分布在地面以下,而且是动态生长的,这就给根系的监测带来了很多困难。Nature杂志于2004年6月出版了一本杂志,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。

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广大科研工作者为了研究根系,应用了很多方法,从传统的挖掘法、根钻法、玻璃壁法、容器法等等,到现代的根窗法、微根管法等等,取得了很多科研成果。随着科技的发展,越来越多的现代高精尖技术应用到根系研究中来,高光谱成像技术就是其中一种,它集光谱和图像为一体,含有海量的光谱信息和空间信息,这些信息体现了植物各种器官、组织的诸多表型特性,该技术图谱合一的特性使其在根系表型方面具有较大潜力。

相关科研人员利用高光谱成像系统对根系进行成像研究,取得了前瞻性的成果。

该研究以硬粒小麦(Triticum durum)为研究对象,将小麦种植在一面透明的根盒内,使用高光谱成像系统,该系统能够以5nm的光谱分辨率(900nm-1700 nm之间256个光谱带)进行成像,空间分辨率达0.1mm,定期通过根窗透明面对根系成像分析。

原始光谱图像经过一系列算法处理后得到目标根系图像,随后进行阈值分割、模糊聚类等模型分析,得到根系的形态学数据。

传统的RGB成像技术是利用颜色识别根系,前提是根系和土壤之间要有比较明显的色差,但实际根系生长在土壤中,颜色差异并不明显,这样根系识别可能会造成比较大的误差,RGB成像技术使用就会受限。

相关科研人员将高光谱成像技术和传统的RGB成像技术进行了对比,显示高光谱成像技术基于光谱特征在根系识别上的明显优势,并且对高光谱成像另一项无可比拟的功能进行了初步探讨——即光谱特征对于根系生化特性的识别(例如细根发生、成熟、衰老、死亡的周转过程;例如根际分泌物成分的变化等),显示了高光谱成像技术在根系研究领域的巨大潜力。

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