Wir bieten eine neuartige Methode zur Verbesserung der Resorption Röntgenkontrast Mais Gewebe geeignet für gewöhnliche Microcomputed Tomographie scannen. Basierend auf CT-Bilder, stellen wir eine Reihe von Bildverarbeitungs-Workflows für verschiedene Mais Materialien effektiv mikroskopische Phänotypen der Leitbündel von Mais zu extrahieren.
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Methodenartikel
Mikron-Skala Phänotypisierung Techniken der Mais Leitbündel basierend auf Microcomputed Röntgentomographie
* These authors contributed equally
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Es ist notwendig, die anatomischen Strukturen des Mais Materialien auf Basis von Hochdurchsatz-Bild-Analyse-Techniken genau zu quantifizieren. Hier bieten wir ein "Probe-Vorbereitung-Protokoll" für Mais (d.h., Stamm, Blatt und Wurzel) geeigneten Materialien für gewöhnliche Microcomputed Tomographie (Mikro-CT) scannen. Basierend auf hochauflösenden CT-Aufnahmen des Mais Stamm, Blatt und Wurzel, beschreiben wir zwei Protokolle für die phänotypische Analyse der Leitbündel: (1) basierend auf dem CT-Bild von Mais Stiel und Blatt, entwickelten wir eine bestimmtes Bild Analyse Pipeline um 31 automatisch extrahieren und 33 phänotypische Merkmale der Leitbündel; (2) basierend auf der CT-Bild-Serie von Mais Root, wir richten Sie ein Bild-Verarbeitung-Schema für die dreidimensionale (3D) Segmentierung der Messungen Schiffe und extrahiert zweidimensional (2D) und 3-d-phänotypische Merkmale, wie Volumen, Fläche Messungen Schiffe, etc. Verglichen mit traditionellen manuellen Messung der Leitbündel Mais Materialien, verbessern die vorgeschlagenen Protokolle erheblich die Effizienz und Genauigkeit der phänotypischen Quantifizierung Mikron-Skala.
Einleitung
Der Maize Gefäßsystem durchzieht die gesamte Anlage, von der Wurzel und Stengel, Blätter, bildet die wichtigsten Transport-Wege für die Bereitstellung von Wasser, Mineralstoffen und organischen Substanzen1. Eine weitere wichtige Funktion des Gefäßsystems soll der Maispflanze mechanische unterstützen. Beispielsweise sind die Morphologie, die Anzahl und die Verteilung der Leitbündel in Wurzeln und Stängeln, die Standfestigkeit von Maispflanzen2,3eng. Zur Zeit Studien über die anatomische Struktur der Leitbündel hauptsächlich nutzen mikroskopische und ultramikroskopischer Techniken um die ....
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Protokoll
1. Probe Vorbereitung Protokoll
- Für die Probenahme sammeln die Stengel, Blatt, Wurzel aus frischen Mais Pflanzen und teilen sie in drei Arten von Beispielgruppen (jede Gruppe mit vier Wiederholungen). Dann schneiden sie in kleine Segmente mit einer chirurgischen Klinge auf folgende Weise: (1) Schnitt ein Segment der mittleren Stamm Internodium 1-1,5 cm Länge; (2) schneiden Sie ein Segment für die maximale Breite des Blattes 0,5 - 3 cm in der Länge entlang der vertikalen Richtung mit der Hauptader; (3) geschnitten Sie ein Segment der eigentlichen Krone 0,5 cm in der Länge.
- Einweichen Sie für die FAA-Fixierung der Probe-Segmente in eine FAA-Lösung (9....
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Ergebnisse
Die Probe Vorbereitung Protokoll geeignet für normale Mikro-CT-Scan nicht nur verhindert die Verformung der Pflanzengewebe aber auch verstärkt den x-ray Absorption Kontrast. Vorbehandelte pflanzlichen Stoffen werden gescannt, mit einem Mikro-CT-System in qualitativ hochwertige Schnittbilder, und die höchste Auflösung erreichen 2 µm/Pixel. Abbildung 4 zeigt die gescannten Mikro-CT-Bilder der Stamm, Blatt und Wurzel und den Kontrast des Bildes hat eine deutlich.......
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Diskussion
Mit den erfolgreichen Einsatz der CT-Technologie in den Bereichen Biomedizin und Materialwissenschaften wurde diese Technologie nach und nach in den Bereichen Botanik und Landwirtschaft, Förderung der Forschungen in den Lebenswissenschaften Werk als ein viel versprechendes Instrument der technischen eingeführt . In den späten 1990er Jahren war CT Technologie erstmals zur Untersuchung der morphologischen Strukturen und Entwicklung der Pflanze-Wurzel-Systeme eingesetzt. In den letzten zehn Jahren Synchrotron HRCT ist ein l.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Danksagungen
Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Natur Science Foundation of China (No.31671577), die Wissenschaft und Technologie Innovation besondere Bau finanzierte Programm von Peking Akademie für Land- und Forstwirtschaft Sciences(KJCX20180423), die Forschung Entwicklungsprogramm von China (2016YFD0300605-01), der Beijing Natural Science Foundation (5174033), der Beijing Postdoc Research Foundation (2016 ZZ-66), und die Peking-Akademie der Landwirtschaft und Forstwirtschaft Wissenschaften Grant (KJCX20170404) ( JNKYT201604).
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Skyscan 1172 Röntgen-Computertomographie-System | Bruker Corporation, Belgien | NA | Für CT-Scans |
| CO2 Critical-Point-Trocknungssystem (Leica CPD300) | Leica Corporation, Deutschland | NA | Für die Probentrocknung |
| Ethanol | Beliebig | NA | Für FAA-Fixierung |
| Formaldehyd | Beliebig | NA | Für FAA-Fixierung |
| Essigsäure Säure | Beliebig | NA | Für die FAA-Fixierung |
| Chirurgische Klinge | Beliebig | NA | Zum Schneiden der Probenschnitte |
| 3D-Drucker | Makerbot Replicator 2, MakerBot Industries, USA | NA | Zum Drucken der Probenkörbe von Maiswurzel, -stiel und -blatt |
| Zentrifugenröhrchen | Corning, USA | NA | Platzieren Sie die Wurzel-, Stängel- oder Blattmaterialien |
| Festes Jod | Beliebig | NA | Für die Probenfärbung |
| SkyScan Nrecon Software | SkyScan NRecon, Version: 1.6.9.4, Bruker Corporation, Belgium | NA | Für die Bildrekonstruktion |
| VesselParser Software | VesselParser, Version: 3.0, National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture (NERCITA), Beijing, China | NA | Bildanalyseprotokoll für ein einzelnes CT-Bild von Maisstängel oder -blatt |
| ScanIP | ScanIP, Version: 7.0; Simpleware, Exeter, UK | NA 3D-Bildverarbeitungssoftware | |
| Latexhandschuhe | Any | NA | |
| Pinzette | Any | NA |
Referenzen
- Lucas, W. J., et al. The plant vascular system: evolution, development and functions. Journal of Integrative Plant Biology. 55, 294-388 (2013).
- Gou, L., et al. Effect of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic cha....
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Nachdrucke und Genehmigungen
