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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(lài)根系，所以根系的研究對(duì)于植物各學(xué)科來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要，根系是陸地生態(tài)系統(tǒng)“隱藏的一半”，而且是動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確取樣、觀察和測(cè)定存在一定困難。所以，根系研究方法的選擇，相對(duì)于對(duì)地上部分而言對(duì)研究結(jié)果具有較大的影響。丹麥Videometer公司開(kāi)發(fā)的根系多光譜原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一款先進(jìn)的根系多光譜測(cè)量系統(tǒng)，整體性能指標(biāo)處于先進(jìn)水準(zhǔn)，已經(jīng)在丹麥歌本哈根大學(xué)使用并取得了成績(jī)。

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(lái)越多的現(xiàn)代高精尖技術(shù)應(yīng)用到根系研究中來(lái)，多光譜成像技術(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。

植物根系多光譜成像系統(tǒng)利用多光譜成像以及圖譜融合分析原理，利用微根管，無(wú)損的地對(duì)植物根系以及土壤等進(jìn)行原位在線掃描，測(cè)量過(guò)程不影響根生長(zhǎng)，能持續(xù)的監(jiān)測(cè)根系系統(tǒng)生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程，結(jié)合根系分析軟件，可對(duì)植物根、菌根等進(jìn)行研究，例如測(cè)量根系長(zhǎng)、空間分布、測(cè)量根發(fā)育以及生長(zhǎng)狀態(tài)、測(cè)量根系與土壤、微生物互作、根系表型研究、苗木培養(yǎng)、作物生長(zhǎng)模型研究、根系病理研究、根系生態(tài)研究等

丹麥Videometer公司開(kāi)發(fā)的根系多光譜原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是做根系研究的革新性專(zhuān)業(yè)裝備，無(wú)論對(duì)于淺根系蔬菜還是淺根系喬木，都具有現(xiàn)實(shí)性研究意義。目前在根系研究領(lǐng)域中，對(duì)于玉米根系和小麥根系所作的研究比較多，但大多還采用傳統(tǒng)不可重復(fù)的挖掘方法。植物根系原位監(jiān)測(cè)儀的出現(xiàn)，改變了這種情況，使得植物研究人員在對(duì)根系進(jìn)行研究的過(guò)程中，可以使用原位的方式，無(wú)損傷的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

根系是植物主要吸水、營(yíng)養(yǎng)物等器官，通過(guò)對(duì)根系監(jiān)測(cè)和研究，能優(yōu)化水肥方案，農(nóng)作物、林業(yè)等產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增效，有利于土地荒漠化治理、土壤修復(fù)等。但長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)根系研究主要是采用挖掘法、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(kāi)展?！犊茖W(xué)》雜志曾出版專(zhuān)輯認(rèn)為，“人類(lèi)對(duì)自己腳下土壤的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及對(duì)宇宙的了解”，較是佐證了地下生態(tài)學(xué)研究難度之大。因此，對(duì)根系研究方法的選擇和改進(jìn)，對(duì)科研結(jié)果影響巨大。

丹麥根本哈根大學(xué)科學(xué)家等利用多光譜成像系統(tǒng)對(duì)植物植株、根系進(jìn)行成像研究，取得了前瞻性的成果。

該研究以深根系大麥為研究對(duì)象，將大麥下方埋了有3m長(zhǎng)的微根管，使用Videometer公司的Videometer MR多光譜成像系統(tǒng)，定期通過(guò)根窗透明面對(duì)根系成像分析。原始光譜圖像經(jīng)過(guò)Videometer自帶軟件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(lèi)等模型分析，得到根系的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的RGB可見(jiàn)光成像技術(shù)是利用顏色識(shí)別根系，前提是根系和土壤之間要有比較明顯的色差，但實(shí)際根系生長(zhǎng)在土壤中，顏色差異并不明顯，這樣根系識(shí)別可能會(huì)造成比較大的誤差，RGB可見(jiàn)光成像技術(shù)使用就會(huì)受限。歌本哈根將多光譜成像技術(shù)和傳統(tǒng)的RGB成像技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，顯示多光譜成像技術(shù)基于光譜特征在根系識(shí)別上的明顯優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)多光譜成像另一項(xiàng)先進(jìn)的功能進(jìn)行了初步探討——即光譜特征對(duì)于根系生化特性的識(shí)別（例如細(xì)根發(fā)生、成熟、衰老、死亡的周轉(zhuǎn)過(guò)程；例如根際分泌物成分的變化等），顯示了多光譜成像技術(shù)在根系研究領(lǐng)域的巨大潛力。

產(chǎn)品介紹

隨著人們對(duì)植物各組織研究的深入，一些疑難問(wèn)題也漸漸顯現(xiàn)出來(lái)。例如，人們研究植物根系時(shí)，會(huì)遇到很多困難。傳統(tǒng)的洗根掃描法確實(shí)能夠清晰地將根系展現(xiàn)在人們眼前，但卻破壞了其原有的狀態(tài)；微根窗法能夠解決原位測(cè)量的問(wèn)題，但卻不能探索土壤內(nèi)部的根系分布；因此如何能夠原位觀測(cè)土壤中的根系變化成了阻撓廣大科研工作者的難題。目前上盡管田間植物表型研究技術(shù)有巨大進(jìn)展，但是還幾乎沒(méi)有可以高通量的對(duì)植物根系進(jìn)行原位高通量研究的系統(tǒng)。為解決這些難題，丹麥先進(jìn)多光譜儀器生產(chǎn)商Videometer推出了專(zhuān)門(mén)用于植物研究的高通量多光譜根系成像系統(tǒng)，可對(duì)土壤中的植物根系進(jìn)行成像分析，無(wú)需專(zhuān)業(yè)的圖像處理知識(shí)，可獲取形態(tài)學(xué)以及內(nèi)部性狀信息。

Radimax設(shè)施由4個(gè)獨(dú)立共計(jì)400m2的獨(dú)立區(qū)塊組成，配有移動(dòng)防雨罩，復(fù)雜的地下供水系統(tǒng)以及每個(gè)區(qū)域配有150個(gè)固定安裝的根管組成，Videometer設(shè)計(jì)了移動(dòng)式半自動(dòng)多光譜相機(jī)系統(tǒng)，相機(jī)可以沿著根管接口移動(dòng)，高速拍攝，可以同時(shí)研究在3m深度處研究多達(dá)150個(gè)不同根管，了解根生長(zhǎng)情況。RadiMax 項(xiàng)目致力于研發(fā)深根植物特征、植物耐寒性能。研究將利用較新構(gòu)建的根系表型成像系統(tǒng)Radimax來(lái)進(jìn)行地上和地下植物根系干旱表型反應(yīng)分析。Radimax是一款少有的高通量根系成像系統(tǒng)，采用了較新的生物圖像分析以及數(shù)學(xué)建模技術(shù)。利用該設(shè)施以及數(shù)字統(tǒng)計(jì)方法，可以利用所獲得多個(gè)組學(xué)數(shù)據(jù)（基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及表觀基因組學(xué)）用以研究作物中干旱反應(yīng)的基因結(jié)構(gòu)。其中主要應(yīng)用之一是研究作物中的與非生物脅迫相關(guān)的表觀基因組分析。

Radimax研究人員來(lái)自先進(jìn)大學(xué)以及Videometer公司，團(tuán)隊(duì)由具有表觀基因?qū)W和統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)背景的跨學(xué)科人員組成，團(tuán)隊(duì)成員了解植物培育、具備基因組和表型組數(shù)據(jù)集集成分析能力，可從系統(tǒng)角度研究作物中的復(fù)雜性狀結(jié)構(gòu)。

Copenhagen表型平臺(tái)主要采用了Videometer公司的多光譜成像系統(tǒng)。

田間表型成像系統(tǒng)組成如下：移動(dòng)小車(chē)載多光譜相機(jī)系統(tǒng)和處理軟件、根管等。系統(tǒng)采用工程設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)構(gòu)建時(shí)就要考慮整合。

工作條件

電源：24 V,1A

溫度: 操作：5-40℃，儲(chǔ)存：-5–50℃

濕度: 20-90 % RH相對(duì)濕度，非冷凝
技術(shù)指標(biāo)

光源：5個(gè)高功率、高穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命LED 燈源，LED光源壽命10萬(wàn)小時(shí)，波段范圍405nm-940nm

具體波長(zhǎng)：405,450,590,660和940nm，每個(gè)波段單獨(dú)成像以及融合成像

圖像尺寸：?jiǎn)蝹€(gè)波段2431×2043 像素（500萬(wàn)像素）或更高，5個(gè)波段融合圖像像素2500萬(wàn)像素，

無(wú)損掃描根系以及土壤等，精確區(qū)分宿根和新根、細(xì)根和絨毛根、根與土壤背景圖像分割。

分辨率：20 μm/像素

動(dòng)態(tài)范圍；使用自動(dòng)光設(shè)置根據(jù)應(yīng)用優(yōu)化

校準(zhǔn)；NIST可追溯校準(zhǔn)

拍攝時(shí)間：，1秒，每個(gè)樣品每個(gè)位置

根管尺寸：標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑60mm，外徑70mm

視野：59mmX39mm

接口：GigE，WIFI

標(biāo)準(zhǔn)化堅(jiān)固耐用運(yùn)輸箱以及維護(hù)工具

專(zhuān)門(mén)配套云處理軟件

專(zhuān)用圖像處理工具盒（IPT）

專(zhuān)用光譜成像工具盒（MSI）

專(zhuān)用斑點(diǎn)工具盒

基本配置

主機(jī)

運(yùn)輸箱

配套專(zhuān)用云分析軟件

Videometer系列多光譜成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：植物/作物表型組學(xué)研究分析；根系分析；作物育種與種子品質(zhì)檢測(cè)；植物/作物脅迫生理響應(yīng)；作物病理學(xué)分析與病原檢測(cè)；食品檢測(cè)；中藥成分分析與品質(zhì)檢測(cè)。來(lái)自哥本哈根大學(xué)、丹麥理工大學(xué)以及丹麥Videometer公司的專(zhuān)家在剛剛利用該設(shè)備在Plant and Soil上發(fā)表了題為A multispectral camera system for automated minirhizotron image analysis的文章，早些利用該設(shè)備進(jìn)行研究的文章題為Frontiers in Plant　Sciences，Screening of Barley Resistance Against Powdery Mildew  by Simultaneous High-Throughput Enzyme Activity Signature Profiling and Multispectral Imaging。