植物根系具有固定植物、吸收水分、攝取營(yíng)養(yǎng)、調(diào)節(jié)土壤微生物等重要作用，具有重要的研究?jī)r(jià)值。但由于植物根系埋藏于地下，長(zhǎng)期以來(lái)缺乏有效的研究工具和研究手段，與地上部研究相比，一直處于落后地位，已經(jīng)成為植物表型組學(xué)研究的瓶頸！傳統(tǒng)的研究方法主要采用洗根法，即將根系從土壤里取出，洗滌干凈，然后通過(guò)掃描手段進(jìn)行分析，然而這種方法需要大量的人力物力，并且破壞了根系結(jié)構(gòu)，無(wú)法連續(xù)監(jiān)測(cè)。
為了解決以上問(wèn)題，法國(guó)農(nóng)科院的科學(xué)家基于微根窗技術(shù)，集合自動(dòng)傳送技術(shù)、圖像獲取與分析以及大規(guī)模運(yùn)算技術(shù)，創(chuàng)新的開發(fā)出一款高通量植物根系表型微根窗測(cè)量系統(tǒng)RhizoCab，配合專用根筒RhizoTube，從而實(shí)現(xiàn)了植物根系表型全自動(dòng)、高通量、非損傷的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，必將極大推動(dòng)植物根系研究進(jìn)展，為作物育種和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)。
功能特性
- 非損傷、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)植物根系生長(zhǎng)變化
- 全自動(dòng)、高通量測(cè)量
- 可以集成到植物表型平臺(tái)
- 測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確
- 單個(gè)RhizoTube可以承載1到6株植物
- 集成自動(dòng)灌溉裝置，保證所有植物生活條件一致
成像系統(tǒng)RhizoCab
RhizoCab是一個(gè)由鋁合金和玻璃組成的成像室（W x D x H = 1.5 m x 1.5 m x 2.5 m），內(nèi)部配有465 nm、525 nm和625 nm三組特殊LED光源，側(cè)面固定一臺(tái)高分辨率相機(jī)（蔡司50 mm f/2 Makro-Planar 鏡頭和Basler raL12288-8gm相機(jī)），該相機(jī)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)傳送系統(tǒng)將RhizoTube送至位置后，利用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)相機(jī)會(huì)對(duì)整個(gè)RhizoTube高度范圍內(nèi)進(jìn)行成像，對(duì)于一個(gè)給定的波長(zhǎng)，成像時(shí)間大約10秒。此外，您還可以將相機(jī)定焦于某個(gè)感興趣的區(qū)域，以便獲得更高分辨率的圖像。
RhizoTube結(jié)構(gòu)
RhizoTube包含一根透明的PAM外管和一根不銹鋼內(nèi)管，通過(guò)底部螺栓和頂部星形固定裝置集成在一起，中間一層18 μm厚度的藍(lán)色塑料薄膜，植物生長(zhǎng)于膜與外管之間，該膜允許水分、營(yíng)養(yǎng)液和微生物通過(guò)，并防止根系伸入基質(zhì)內(nèi)部。營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)頂部加入，滲入基質(zhì)，直至充滿整個(gè)內(nèi)管與膜中間的區(qū)域，以備植物生長(zhǎng)所需。通過(guò)一個(gè)特殊定制的底部平面基座（包含RFID識(shí)別標(biāo)簽），便可以將RhizoTube和傳送帶系統(tǒng)有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、高通量植物根系表型測(cè)量的目的。
央視對(duì)該技術(shù)的報(bào)道
如何往根筒RhizoTube中添加培養(yǎng)土/介質(zhì)
應(yīng)用實(shí)例
主要技術(shù)參數(shù)
- 根管直徑：180 mm
- 有效高度：500 mm
- 總高度：540 mm，不帶灌溉系統(tǒng)；565 mm，帶灌溉系統(tǒng)
- 承載重量：8 kg
- 基質(zhì)體積：8 L
- 根管材質(zhì)：不銹鋼304L – PMMA – HDPE
- 自動(dòng)排水裝置：有
- 膜材質(zhì)：聚酰胺32μ
- 成像面積：8 cm2
- 重力灌溉系統(tǒng)：有
- 自動(dòng)/手動(dòng)遮蔽
- 平面底座，用于放置于傳送帶上
代表文獻(xiàn)
Jeudy C, Adrian M, Baussard M, Bernard C, Bernaud E, Bourion V,Busset H, Cabrera-Bosquet L, Cointault F, Han S, Lamboeuf M, Moreau D, Pivato B, Prudent M, Trouvelot S, Truong HN, Vernoud V, Voisin AS, Wipf D and Salon C（2017）RhizoTubes as a new tool for high throughput imaging of plant root development and architecture: test, comparison with pot grown plants and validation, Plant Methods, 2016,https://doi.org/10.1186/s13007-016-0131-9
