微型CT在植物学领域的应用

一、前言

Micro CT作为一种三维断层扫描成像方法，可以根据植物不同组织对X线的吸收与透过率的不同，重建获得植物组织的断面或立体图像，发现其中的细小组织结构变化，从而无损探索植物各组织内部的结构。因而在植物研究中，Micro CT的应用也逐渐增多。

二、应用

1.    根系

植物根系的分枝结构是植物生命力的决定因素，根系的生长形态与植物的土壤环境和植物的基因型息息相关，因此根系的3D形态学分析是评估不同植物竞争优势的重要工具。由于植物的根生长在各种不透明的媒介中，这成为限制观察植物根系在土壤中的生长情况的主要因素，是获得原位的根系生长情况的一个巨大挑战和障碍。传统的洗根扫描法能够清晰地展现根系，但却破坏了其原有的状态；微根窗法能够解决原位测量的问题，但却无法展示探索土壤内部的根系分布。

随着Micro CT的发展和应用，研究者们发现，利用Micro CT扫描可以无损地原位探索土壤中不同植物的根系变化，可以测量根系的3D结构，获取根系的形态学以及剖面等内部性状，是根系原位研究的重要工具。同时，根系的算法分割也一直是Micro CT根系原位扫描中需要突破的难点。

例1：平生公司的NEMO®Micro CT在原位状态下扫描的水稻根系展示如下，通过CT 三维重建，可观察到根系的完整拓扑结构，并对其内部剖面进行观察：

2.     种子

目前国际上使用的很多研究种子的先进技术大多是利用荧光法研究种子活力或其萌发率，这些方法能够高通量地达到某些研究目的，但始终无法得知种皮内部的结构和动态变化过程。

而种子内部的形态学信息参数，以及胚芽和胚乳区域的瑕疵率等，是评估种子的出芽率和质量的关键信息。传统方法常采用内窥镜来分析种子内部的形态，然而这种方法只能获得有限的投影，受种子放置方位的影响，很多缺陷无法体现。

而Micro CT通过投影重建、三维成像功能，可提供种子的不同角度的观察，对于种子内部结构展现更加全面，例如裂隙、内部萌芽情况评估、病虫害情况等等。

例2：以下是利用平生公司的NEMO®Micro CT对一粒水稻种子进行扫描成像，并利用平生自己开发的图像分析软件Avatar®进行分析处理。在图像中可清晰观察到种皮，胚乳、胚牙等内部结构，并可给出这些组织的体积分析结果。

例3：玉米种子（XX农业大学提供样本，NEMO® Micro CT扫描结果）

例4：麦穗（XXX植物基因研究ZX提供样本，NEMO® Micro CT扫描结果）

3.  果实

使用Micro CT对果实的无损扫描，也可观察到果实的内部结构，在营养学研究与蛀虫病检测方面有极大的帮助。（Super Nova® Micro CT扫描结果）

4.    茎、叶

通过高分辨率的Micro CT系统的扫描，为研究植物茎流和植物水分方面提供更直观的3D的观测方式。（NEMO® Micro CT扫描结果）

三、        总述

由此可见，Micro CT不仅在活体动物和离体组织的分析研究中具有重要的应用，也在植物方面有着特殊的应用价值。可广泛应用于植物种子三维结构研究，无损探索种子腔体、胚和胚乳的变化；分析原位研究土壤中根系的三维形态结构；研究果实内部结构变化；以及植物茎流和植物水分等。