La extracción de las métricas para los sistemas de raíces de tres dimensiones: volumen y de superficie Análisis de In-suelo de rayos X de tomografía computarizada de datos

Summary

Se presenta una metodología para obtener información de la estructura de la raíz visual y cuantitativo a partir computarizada de rayos X de tomografía de datos adquiridos en el suelo.

Abstract

raíces de las plantas juegan un papel crítico en las interacciones planta-suelo-microorganismo que se producen en la rizosfera, así como los procesos con implicaciones importantes para el cambio climático y el manejo del cultivo. información cuantitativa sobre las raíces en su ambiente nativo es muy valiosa para el estudio de crecimiento de las raíces y los procesos ambientales que involucran plantas. De rayos X de tomografía computarizada (XCT) ha demostrado ser una herramienta eficaz para la exploración in situ y el análisis de la raíz. El objetivo fue desarrollar una herramienta sin costo y eficiente que se aproxima a la superficie y el volumen de la raíz, independientemente de su forma a partir de datos tridimensional-(3D) de tomografía. La estructura de la raíz de un dropseed Prairie (heterolepis Sporobolus) espécimen fue fotografiada usando XCT. La raíz se reconstruyó, y la estructura de la raíz primaria se extrae de los datos usando una combinación de software con licencia y de código abierto. Una malla poligonal isosuperficie fue creado entonces para facilitar el análisis. Hemos desarrollado tél independiente Aplicación imeshJ, generado en MATLAB ^1, para calcular el volumen de la raíz y la superficie de la malla. Las salidas de imeshJ son área superficial (en mm ²⁾ y el volumen (en mm ^3). El proceso, que utiliza una combinación única de herramientas de formación de imágenes para el análisis cuantitativo de la raíz, se describe. Una combinación de XCT y el software de código abierto demostrado ser una poderosa combinación para no invasiva muestras de raíces de plantas de imagen, datos de raíz segmento, y extraer información cuantitativa de los datos 3D. Esta metodología de procesamiento de datos en 3D debe ser aplicable a otros sistemas de material / muestra donde hay conectividad entre los componentes de la atenuación de los rayos X y similares surgen dificultades con la segmentación.

Introduction

Roots, como parte de la rizosfera ^2-5, representan una parte "invisible" de la biología vegetal desde el suelo hace que sea difícil a las raíces de la imagen no invasiva ^{6, 7.} Sin embargo, el estudio de crecimiento de las raíces y la interacción dentro del ambiente del suelo es crítico para la comprensión root / crecimiento de las plantas y el ciclo de nutrientes, que a su vez afecta a la forestación, la seguridad alimentaria, y el clima. De rayos X de tomografía computarizada (XCT) ha demostrado ser una herramienta valiosa para la formación de imágenes no invasiva de muestras de raíces de plantas en su entorno local ^8. Con el fin de ....

Protocol

Precaución: El funcionamiento de un escáner de tomografía de rayos X requiere tanto la formación de radiación en general, y la formación de la seguridad radiológica específica del instrumento. Todos los procedimientos correspondientes pertinentes al laboratorio del investigador deben ser seguidas.

Imaging 1. Raíz

Nota: Este paso se describe la obtención de imágenes de un espécimen de hierba mantenidas en su suelo original en una maceta de plástico tubular (un tubo de plástico con un diámetro de 40 mm, una altura de 210 mm, y el espesor de pared de aproximadamente 2 mm).

1. Coloque la planta en maceta en el manipulador de muestras del instrumen....

Results

La muestra consta de dos tallos de la hierba nativa de la pradera dropseed (Sporobolus heterolepis) y el suelo original alrededor de ella fue tomado de una zona residencial y se coloca en un pequeño recipiente en forma de tubo se ve en la Figura 1. El tamaño del voxel datos reconstruidos fue de aproximadamente 31 micras x 31 micras x 31 micras. El archivo de volumen reconstruido se utiliza para crear una pila de imágenes desde una orientación seleccionada (vista.......

Discussion

Una combinación de computarizada de rayos X de tomografía y varios programas de código abierto demostrado ser una poderosa combinación para no invasiva muestras de raíces de plantas de imagen, datos de raíz segmento, y extraer información cuantitativa (superficie y volumen) a partir de los datos 3D. Nuestra capacidad de visualizar y medir características es siempre limitado por la resolución de escaneado, así como por las limitaciones del software RooTrak. Sin embargo, la resolución de escaneado fue suficiente para capt.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
X-Tek/Metris XTH 320/225 kV	Escáner de tomografía de rayos X	Nikon Metrology
Inspect X	Nikon Metrology		Software de control de instrumentos
CT Pro 3D	Nikon Metrology		Software de reconstrucción, versión XT 2.2
VG Studio MAX	Visual Graphics GmbH		Software de visualización para volúmenes 3D, versión 2.1.5
ImageJ	Código		abiertoSoftware de procesamiento y análisis de imágenes, versión 1.6
RooTrak	código		, versión 0.3.1-b1 beta
imeshJ	EMSL		MATLAB script desarrollado por los autores
Muestra			de pradera Muestra obtenida del suelo en una zona residencial