高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于植物根系表型研究

今天，萊森小編將為大家介紹高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于植物根系表型研究。

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(xué)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。Nature雜志于2004年6月出版了一本雜志，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。

廣大科研工作者為了研究根系，應(yīng)用了很多方法，從傳統(tǒng)的挖掘法、根鉆法、玻璃壁法、容器法等等，到現(xiàn)代的根窗法、微根管法等等，取得了很多科研成果。隨著科技的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代高精尖技術(shù)應(yīng)用到根系研究中來，高光譜成像技術(shù)就是其中一種，它集光譜和圖像為一體，含有海量的光譜信息和空間信息，這些信息體現(xiàn)了植物各種器官、組織的諸多表型特性，該技術(shù)圖譜合一的特性使其在根系表型方面具有較大潛力。

相關(guān)科研人員利用高光譜成像系統(tǒng)對根系進(jìn)行成像研究，取得了前瞻性的成果。

該研究以硬粒小麥(Triticum durum)為研究對象，將小麥種植在一面透明的根盒內(nèi)，使用高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠以5nm的光譜分辨率（900nm-1700 nm之間256個光譜帶）進(jìn)行成像，空間分辨率達(dá)0.1mm，定期通過根窗透明面對根系成像分析。

原始光譜圖像經(jīng)過一系列算法處理后得到目標(biāo)根系圖像，隨后進(jìn)行閾值分割、模糊聚類等模型分析，得到根系的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的RGB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色差，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。

相關(guān)科研人員將高光譜成像技術(shù)和傳統(tǒng)的RGB成像技術(shù)進(jìn)行了對比，顯示高光譜成像技術(shù)基于光譜特征在根系識別上的明顯優(yōu)勢，并且對高光譜成像另一項無可比擬的功能進(jìn)行了初步探討——即光譜特征對于根系生化特性的識別（例如細(xì)根發(fā)生、成熟、衰老、死亡的周轉(zhuǎn)過程；例如根際分泌物成分的變化等），顯示了高光譜成像技術(shù)在根系研究領(lǐng)域的巨大潛力。

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審核編輯：湯梓紅