RhizoTron®根系高光谱成像技术应用：评估水分及氮素含

       根系研究的关键在于对植物“隐藏的一半”进行可视化和量化，通常有以下研究方法：

     （1）传统植物根系的研究方法如挖掘法、定位法、土钻法等，通过挖根、洗根等操作，对根系基本形态、等级结构、颜色进行分析。

     （2）微根窗技术通过埋设透明根管对根系进行原位的定点观测。

     （3）根箱栽培法分为RGB成像和高光谱成像，能够对实验室条件下培养的幼苗的整体根系进行形态分析，后者还能够进行土壤和根系的化学成像。

 常用根系表型研究方法及其成像图

       上述根系研究方法的优缺点及代表性的仪器如下表所示：

       基于高光谱成像的根箱栽培法在抗性筛选及遗传育种、病虫害胁迫及干旱研究、土壤结构及养分研究等领域具有广泛的应用和出色的表现，为此北京易科泰生态技术公司研制开发了RhizoTron^®植物根系高光谱成像分析系统。该系统可对RhizoBox根盒培养的植物根系进行原位非损伤表型成像分析，包括高光谱成像分析和根系自发光荧光成像分析，可用于预测根际水分含量、根系氮含量。

甜菜根际水分可视化

       Gernot et.al采用了RhizoTron^®根系高光谱成像技术，对根箱培养的甜菜根系进行了900-1700nm波段的高光谱成像。通过对不同发生位置及成熟度的根系和土壤的平均光谱进行分析，发现三种根系(主根、老龄侧根、新生侧根)的光谱曲线存在显著差异，在1100nm附近新生侧根与主根出现吸收峰，而老龄侧根并未出现；并且老龄侧根与土壤反射曲线趋势较为一致。但在水分吸收区域（1450nm）附近，根系光谱斜率高于土壤。研究小组使用不同含水量土壤校准根箱的平均光谱进行校准，绘制出了根箱上水分分布图^[1]。

左：三个根ROI(主根、老龄侧根、新生侧根)和两个土壤ROI(根箱的顶部和底部)的平均光谱；右：根箱内水分分布图。

元宝槭幼苗根系氮素和水分评估

易科泰EcoTech®的实验室人员以野生元宝槭幼苗为实验材料，使用RhizoTron®植物根系高光谱成像分析系统采集了根系的高光谱数据（900-1700nm），评估了其氮素和水分的含量和分布。

元宝槭幼苗氮素（左）和水分（右）含量分布

易科泰RhizoTron^®植物根系表型成像系统

RhizoTron^®植物根系高光谱成像分析系统可对生长于RhizoBox根箱/根窗的作物根系进行RGB、高光谱成像分析和UV激发生物荧光成像分析。

图为RhizoTron^®植物根系表型成像系统及根盒培养案例

产品特点：

◆ (反射光)高光谱成像分析

◆ UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱成像分析，以研究分析根系活动及根系与土壤互作关系、荧光假单胞菌等；或选配根系Thermo-RGB成像分析

◆ 基于RhizoTron®根窗技术的高光谱成像分析技术，选配植物培养模块，可持续监测土壤水分温度、重量、植物生长、PI（performanceIndex）、茎流等生理生态指标，可自动采集土壤渗漏水并进行土壤营养盐分析；可选配多通道智能LED培养台

◆ 专业分析软件：SpectrAPP®高光谱成像分析软件、PhenoRoot根系分析软件

参考文献

[1] Gernot B , Mouhannad A , Alireza N , et al. RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setupand Imaging Protocols. [J]. Journal of visualized experiments : JoVE, 2017, (126).