利用Videometer根系表型研究小麥深根

根系是植物主要吸水、營養(yǎng)物等器官，通過對根系監(jiān)測和研究，能優(yōu)化水肥方案，促進農作物、林業(yè)等產業(yè)增產增效，有利于土地荒漠化治理、土壤修復等。但長期以來，對根系研究主要是采用挖掘法、土鉆法、土柱法、容器法、剖面法、傳統(tǒng)可見光相機成像法等傳統(tǒng)方法，采樣破壞性大、工作量大、區(qū)分效果不佳，嚴重阻礙了根系研究的深入開展。《科學》雜志曾出版專輯認為，“人類對自己腳下土壤的了解遠遠不及對宇宙的了解”，更是佐證了地下根系研究、生態(tài)學研究難度之大。因此，對根系研究方法的選擇和改進，對科研結果影響巨大。

原位根系成像系統(tǒng)研究是當前一個研究的熱點與難點，目前較好的方法有原位微根管多光譜表型成像系統(tǒng)VideometerMR，該系統(tǒng)是做根系研究的革新性專業(yè)設備，無論對于淺根系園藝蔬菜、作物種質資源、草種質資源還是深根系林木種質資源，都具有現實性研究意義。目前在根系研究尤其是表型研究領域中，對于草類、玉米根系和小麥根系所作的研究比較多，但大多還采用傳統(tǒng)不可重復的挖掘方法。植物根系原位多光譜表型成像系統(tǒng)出現，改變了這種情況，使得植物研究人員在對根系進行研究的過程中，可以使用原位的方式、高分辨率、無損傷的進行監(jiān)測，多光譜成像技術，因具有圖譜合一的特點，今年成為植物科學研究的熱點。
 

該系統(tǒng)分為單通道原位根系多光譜微根管表型成像系統(tǒng)以及多通道原位根系多光譜微根管表型成像系統(tǒng)，前者可以便攜攜帶，是傳統(tǒng)RGB成像的跨越和升級，后者主要用于設施規(guī)劃中的高通量根系成像研究。
 

單通道原位根系多光譜表型成像系統(tǒng)
 

多通道原位根系多光譜表型成像系統(tǒng)

5個波段下多光譜成像（405、450、590、660、940）

5波段多光譜假彩RGB成像圖

四通道5波段多光譜根系微根管成像系統(tǒng) 

原位根系多光譜微根管表型成像系統(tǒng)成像與圖像切割

歌本哈根大學構建的型表型設施(RadiMax)用于在半田間條件下研究根系生長以及土壤資源獲取。設施包括4個單元，每個單元面積為400m2，分別安裝有150根微根管，允許對0.4 m–1.8 m或 0.7 m–2.8 m土壤深度間隔的根進行觀察。根系觀測通過多光譜微根光成像系統(tǒng)實現。植物生長行與水分梯度垂直，設施安裝有多深度亞灌溉系統(tǒng)以及移動雨棚。水梯度可實現將根觀測與冠層脅迫反應進展相關聯(lián)。

半田間根系表型：深層硝酸鹽吸收的根系特征

深根冬小麥基因型可以減少硝酸鹽淋失，增加氮素吸收。我們旨在研究哪些深根性狀與深氮吸收相關，并估計根系性狀和深層15N示蹤吸收的遺傳變異。兩年內，冬小麥基因型在半田間根系篩選設施RadiMax中生長。在主要生長季節(jié)進行了三次微根管根系成像。開花時，在1.8m深，通過地下滴灌注入15N 。對注射區(qū)域上方的成熟麥穗進行15N含量分析。根據基于微根管（minirhizotron）圖像的根長數據，構建了82個性狀，描述了根的深度、密度、分布和生長情況。用LASSO回歸分析了它們預測的15N吸收的能力。根系性狀預測了2年內示蹤物吸收變化的24%和14%。根系性狀和基因型對示蹤劑的吸收均有顯著影響。2018年，基因型和三個LASSO選擇的根系性狀預測了示蹤劑吸收變化的41%，2019年，基因型和一個根系性狀預測為48%。在這兩年間，一個根系性狀顯著地介導了基因型對示蹤劑吸收的影響。minirhizotron圖像中的深根性狀可以預測深氮吸收，表明培育深氮吸收基因型的潛力。