根系對(duì)于幾乎所有陸地植物的生存都是至關(guān)重要的，并且是改善非生物脅迫耐受性，養(yǎng)分積累和作物品種產(chǎn)量的關(guān)鍵目標(biāo)。盡管存在許多根表型分析方法，但在田間研究中，最流行的方法之一是提取和測(cè)量根系上部（稱為根冠），然后基于手動(dòng)測(cè)量或2D成像進(jìn)行特征量化。但是，2D技術(shù)固有地受到從單個(gè)角度可獲得的信息的限制。


使用x射線計(jì)算機(jī)斷層攝像技術(shù)進(jìn)行三維根系成像的管道。采用根部拉力法從田間土壤中提取樣品，并記錄測(cè)量結(jié)果。根冠被清洗、干燥，然后使用北極星成像X5000進(jìn)行成像，當(dāng)樣品沿垂直軸旋轉(zhuǎn)360度時(shí)生成X射線圖片。從X射線圖片中，使用FDK算法生成一個(gè)三維重建模型。沿縱軸的切片被導(dǎo)出，用于自動(dòng)閾值化，從中生成根冠的骨架和點(diǎn)云模型。然后從骨架和點(diǎn)云中測(cè)量三維根性狀并進(jìn)行分析。



在這里，我們使用X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)生成了玉米根冠的高精度3D模型，并創(chuàng)建了能夠測(cè)量每個(gè)樣本中71個(gè)特征的計(jì)算流水線。這種方法可以改善對(duì)遺傳對(duì)根系體系結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的估計(jì)，并且經(jīng)過(guò)完善，可以檢測(cè)到整個(gè)根系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各種變化，以及由于環(huán)境差異而導(dǎo)致根分布更細(xì)微的變化。



（a）在SAM的2018年的實(shí)驗(yàn)中，在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)（96周對(duì)16周）和每種環(huán)境（有限灌溉與完全灌溉）下，對(duì)Tx601基因型根冠的x射線成像圖進(jìn)行3D重建。（b）基因型、環(huán)境和時(shí)間點(diǎn)對(duì)RPF和3D根性狀的影響(調(diào)整后的p<0.05)(SAM 2018)；為了易讀性，將G2F 2017和SAM 2018實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行縮放，將不顯著特征設(shè)置為-log10(p)值為0。

（c）G2F 2017實(shí)驗(yàn)中，在兩種環(huán)境條件下差異顯著的特征的箱線圖(Mann-Whitney， U檢驗(yàn)，p<0.05)。

（d）SAM2018實(shí)驗(yàn)中，在兩個(gè)發(fā)育時(shí)間點(diǎn)和/或兩種環(huán)境條件下存在顯著差異的性狀的箱形圖(Mann-Whitney ，U檢驗(yàn)，p<0.05)。

作者證明根牽引力是一種高通量的根提取方法，可提供根生物量的估計(jì)值，它與管道中的多個(gè)3D特性相關(guān)。因此，作者的組合方法可用于在一系列實(shí)驗(yàn)環(huán)境中校準(zhǔn)和解釋根部拉力的測(cè)量結(jié)果，或者在根系體系結(jié)構(gòu)的大型遺傳研究中作為獨(dú)立方法進(jìn)行放大。

來(lái)源：Plant Phenomics.Complementary Phenotyping of Maize Root System Architecture by Root Pulling Force and X-Ray Imaging.M. R. Shao ,N. Jiang ,M. Li ,A. Howard,K. Lehner,J. L. Mullen,S. L. Gunn , J. K. McKay and C. N. Topp

https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2021/9859254/