根系對于幾乎所有陸地植物的生存都是至關重要的，并且是改善非生物脅迫耐受性，養分積累和作物品種產量的關鍵目標。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量根系上部（稱為根冠），然后基于手動測量或2D成像進行特征量化。但是，2D技術固有地受到從單個角度可獲得的信息的限制。


使用x射線計算機斷層攝像技術進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，并記錄測量結果。根冠被清洗、干燥，然后使用北極星成像X5000進行成像，當樣品沿垂直軸旋轉360度時生成X射線圖片。從X射線圖片中，使用FDK算法生成一個三維重建模型。沿縱軸的切片被導出，用于自動閾值化，從中生成根冠的骨架和點云模型。然后從骨架和點云中測量三維根性狀并進行分析。



在這里，我們使用X射線計算機斷層攝影術生成了玉米根冠的高精度3D模型，并創建了能夠測量每個樣本中71個特征的計算流水線。這種方法可以改善對遺傳對根系體系結構貢獻的估計，并且經過完善，可以檢測到整個根系統在開發過程中的各種變化，以及由于環境差異而導致根分布更細微的變化。



（a）在SAM的2018年的實驗中，在兩個時間點（96周對16周）和每種環境（有限灌溉與完全灌溉）下，對Tx601基因型根冠的x射線成像圖進行3D重建。（b）基因型、環境和時間點對RPF和3D根性狀的影響(調整后的p<0.05)(SAM 2018)；為了易讀性，將G2F 2017和SAM 2018實驗分別進行縮放，將不顯著特征設置為-log10(p)值為0。

（c）G2F 2017實驗中，在兩種環境條件下差異顯著的特征的箱線圖(Mann-Whitney， U檢驗，p<0.05)。

（d）SAM2018實驗中，在兩個發育時間點和/或兩種環境條件下存在顯著差異的性狀的箱形圖(Mann-Whitney ，U檢驗，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值，它與管道中的多個3D特性相關。因此，作者的組合方法可用于在一系列實驗環境中校準和解釋根部拉力的測量結果，或者在根系體系結構的大型遺傳研究中作為獨立方法進行放大。

來源：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/