Een methodologie voor het verkrijgen van visuele en kwantitatieve wortel structuur informatie van X-ray computertomografie data verkregen in de bodem wordt gepresenteerd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het halen van Metrics voor Driedimensionale Root Systems: Volume en Surface Analysis van In-bodem X-ray Computed Tomography Gegevens
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Plantenwortels spelen een cruciale rol in de plant-bodem-microbe interacties die plaatsvinden in de rhizosfeer, evenals processen met belangrijke implicaties voor de klimaatverandering en gewasbeheer. Kwantitatieve grootte informatie over de wortels in hun eigen omgeving is van onschatbare waarde voor het bestuderen van wortelgroei en ecologische processen met planten. X-ray computed tomografie (XCT) is aangetoond dat een effectief instrument voor in situ wortel scanning en analyse. Ons doel was om een kosteloze en efficiënt instrument dat het oppervlak en het volume van de wortel benadert, ongeacht de vorm van driedimensionale (3D) tomografie gegevens te ontwikkelen. De wortel structuur van een Prairie dropseed (Sporobolus heterolepis) specimen werd in beeld gebracht met behulp van XCT. De wortel werd gereconstrueerd, en de primaire wortel structuur werd uit de gegevens gehaald met behulp van een combinatie van een licentie en open-source software. Een isosurface veelhoekige mesh werd vervolgens gemaakt voor het gemak van de analyse. We hebben ontwikkeld tHij standalone applicatie imeshJ, gegenereerd in MATLAB 1, root volume en de oppervlakte van de maas te berekenen. De uitgangen van imeshJ zijn oppervlak (in mm 2) en het volume (in mm 3). De werkwijze, gebruik van een unieke combinatie van instrumenten van beeldvorming wortel kwantitatieve analyse wordt beschreven. Een combinatie van XCT en open-source software bleek een krachtige combinatie om niet-invasief beeld De installatie wortel monsters, segment wortel data, en extract kwantitatieve informatie uit de 3D data. Deze methode van de verwerking van 3D-gegevens moet van toepassing zijn op ander materiaal / monster systemen waar sprake is van connectiviteit tussen componenten van soortgelijke X-ray demping en moeilijkheden ontstaan met segmentatie zijn.
Inleiding
Wortels, als onderdeel van de rhizosfeer 2-5, vormen een "onzichtbare" deel van plantenbiologie omdat bodem bemoeilijkt beeld wortels niet-invasief 6, 7. Echter bestuderen wortelgroei en interactie in het bodemmilieu is cruciaal inzicht root / plantengroei en nutriënten cycli, die op hun beurt van invloed zijn bebossing, voedselzekerheid, en het klimaat. X-ray computertomografie (XCT) heeft zich bewezen als een waardevol instrument voor niet-invasieve beeldvorming van plantenwortels monsters in hun lokale omgeving 8 zijn. Om de ontwikkeling van de wortels en dimensionele veranderingen onder verschillende omstandigheden te meten, en in....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Let op: De werking van een X-ray tomografie scanner vereist zowel algemene straling opleiding en instrument-specifieke veiligheidseisen straling training. Alle bijbehorende procedures om het laboratorium van de experimentator relevant moet worden gevolgd.
1. Root Imaging
Opmerking: deze stap wordt de beeldvorming van een gras specimen gehouden in de oorspronkelijke bodem in een buisvormige plastic pot (een plastic buis met een diameter van 40 mm, een hoogte van 210 mm en een wanddikte van ongeveer 2 mm).
- Plaats potplant op het monster manipulator van het instrument op een gewenst voor het doel vergroting afstand. Voor een installatie in een....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Het monster bestaat uit twee stammen van het natieve grasprairie dropseed (Sporobolus heterolepis) en de oorspronkelijke bodem eromheen is gemaakt van een woonwijk en in een kleine buisvormige houder gezien in figuur 1. De gereconstrueerde data voxel ongeveer 31 um x 31 urn x 31 urn. De gereconstrueerde volume file werd gebruikt om een stapel foto's maken op basis van een gekozen oriëntatie (bovenaanzicht) met behulp van de open-source beeldbewerkingsprogram.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Een combinatie van X-ray computertomografie en diverse open-source programma's bleek een krachtige combinatie om niet-invasief beeld De installatie wortel monsters, segment wortel data, en extract kwantitatieve informatie (oppervlakte en volume) van de 3D-gegevens. Ons vermogen om te visualiseren en meten functies altijd beperkt door scanresolutie, en door beperkingen van de RooTrak software. Echter scanresolutie voldoende om de meeste van de kenmerken van het monster in deze studie vangen en RooTrak kon succesvol s.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
We hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd uitgevoerd in het Environmental Molecular Sciences Laboratory, een nationaal wetenschappelijk gebruikersfaciliteit gesponsord door het Department of Energy's Office of Biological and Environmental Research en gelegen in het Pacific Northwest National Laboratory.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| X-Tek/Metris XTH 320/225 kV | Nikon Metrology | X-ray tomografiescanner | |
| Inspect X | Nikon Metrology | Instrumentbesturingssoftware | |
| CT Pro 3D | Nikon Metrology | Reconstructiesoftware, versie XT 2.2 | |
| VG Studio MAX | Visual Graphics GmbH | Visualisatiesoftware voor 3D-volumes, versie 2.1.5 | |
| ImageJ | Open-source | Afbeeldingsverwerkings- en analysesoftware, versie 1.6 | |
| RooTrak | Open-source | Wortelsegmentatiesoftware, versie 0.3.1-b1 beta | |
| imeshJ | EMSL | MATLAB-script ontwikkeld door de auteurs | |
| Prairie dropseed grass sample | Monster verkregen uit de grond in een woonwijk |
Referenties
- MATLAB. , The Mathworks, Inc. Available from: http://www.mathworks.com/products/matlab (2015).
- McKenzie, B. M. The Rhizosphere: An Ecological Perspective. Eur. J. Soil Sci. 59 (2), 416-417 (2008).
- Farrar, J., Hawes, M., Jones, D., Lindow, S.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
