Videometer MR多光谱根系表型成像系统

根系是植物的重要组成部分，植物吸收土壤中的水分与养分全依赖根系，所以根系的研究对于植物各学科来说都至关重要，根系是陆地生态系统“隐藏的一半”，而且是动态生长的，对其进行准确取样、观察和测定存在一定困难。所以，根系研究方法的选择，相对于对地上部分而言对研究结果具有较大的影响。丹麦Videometer公司开发的根系多光谱原位监测系统是一款*的根系多光谱测量系统，整体性能指标处于*水准，已经在丹麦歌本哈根大学使用并取得了成绩。

广大科研工作者为了研究根系，应用了很多方法，从传统的挖掘法、根钻法、玻璃壁法、容器法等等，到现代的根窗法、微根管法等等，取得了很多科研成果。随着科技的发展，越来越多的现代高精尖技术应用到根系研究中来，多光谱成像技术就是其中一种，它集光谱和图像为一体，含有海量的光谱信息和空间信息，这些信息体现了植物各种器官、组织的诸多表型特性，该技术图谱合一的特性使其在根系表型方面具有较大潜力。

丹麦Videometer公司开发的根系多光谱原位监测系统，是做根系研究的革新性专业装备，无论对于浅根系蔬菜还是浅根系乔木，都具有现实性研究意义。目前在根系研究领域中，对于玉米根系和小麦根系所作的研究比较多，但大多还采用传统不可重复的挖掘方法。植物根系原位监测仪的出现，改变了这种情况，使得植物研究人员在对根系进行研究的过程中，可以使用原位的方式，无损伤的进行监测。

根系是植物主要吸水、营养物等器官，通过对根系监测和研究，能优化水肥方案，农作物、林业等产业增产增效，有利于土地荒漠化治理、土壤修复等。但长期以来，对根系研究主要是采用挖掘法、土钻法、土柱法、容器法、剖面法等传统方法，采样破坏性大、工作量大，严重阻碍了根系研究的深入开展。《科学》杂志曾出版专辑认为，“人类对自己脚下土壤的了解远远不及对宇宙的了解”，较是佐证了地下生态学研究难度之大。因此，对根系研究方法的选择和改进，对科研结果影响巨大。

丹麦根本哈根大学科学家等利用多光谱成像系统对植物植株、根系进行成像研究，取得了前瞻性的成果。

该研究以深根系大麦为研究对象，将大麦下方埋了有3m长的微根管，使用Videometer公司的Videometer MR多光谱成像系统，定期通过根窗透明面对根系成像分析。原始光谱图像经过Videometer自带软件一系列算法处理后得到目标根系图像，随后进行阈值分割、模糊聚类等模型分析，得到根系的形态学数据。

传统的RGB可见光成像技术是利用颜色识别根系，前提是根系和土壤之间要有比较明显的色差，但实际根系生长在土壤中，颜色差异并不明显，这样根系识别可能会造成比较大的误差，RGB可见光成像技术使用就会受限。歌本哈根将多光谱成像技术和传统的RGB成像技术进行了对比，显示多光谱成像技术基于光谱特征在根系识别上的明显优势，并且对多光谱成像另一项*的功能进行了初步探讨——即光谱特征对于根系生化特性的识别（例如细根发生、成熟、衰老、死亡的周转过程；例如根际分泌物成分的变化等），显示了多光谱成像技术在根系研究领域的巨大潜力。

产品介绍

随着人们对植物各组织研究的深入，一些疑难问题也渐渐显现出来。例如，人们研究植物根系时，会遇到很多困难。传统的洗根扫描法确实能够清晰地将根系展现在人们眼前，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，但却不能探索土壤内部的根系分布；因此如何能够原位观测土壤中的根系变化成了阻挠广大科研工作者的难题。目前上尽管田间植物表型研究技术有巨大进展，但是还几乎没有可以高通量的对植物根系进行原位高通量研究的系统。为解决这些难题，丹麦*多光谱仪器生产商Videometer推出了专门用于植物研究的高通量多光谱根系成像系统，可对土壤中的植物根系进行成像分析，无需专业的图像处理知识，可获取形态学以及内部性状信息。

Radimax设施由4个独立共计400m2的独立区块组成，配有移动防雨罩，复杂的地下供水系统以及每个区域配有150个固定安装的根管组成，Videometer设计了移动式半自动多光谱相机系统，相机可以沿着根管接口移动，高速拍摄，可以同时研究在3m深度处研究多达150个不同根管，了解根生长情况。RadiMax 项目致力于研发深根植物特征、植物耐寒性能。研究将利用较新构建的根系表型成像系统Radimax来进行地上和地下植物根系干旱表型反应分析。Radimax是一款少有的高通量根系成像系统，采用了较新的生物图像分析以及数学建模技术。利用该设施以及数字统计方法，可以利用所获得多个组学数据（基因组学、转录组学以及表观基因组学）用以研究作物中干旱反应的基因结构。其中主要应用之一是研究作物中的与非生物胁迫相关的表观基因组分析。

Radimax研究人员来自*大学以及Videometer公司，团队由具有表观基因学和统计遗传学背景的跨学科人员组成，团队成员了解植物培育、具备基因组和表型组数据集集成分析能力，可从系统角度研究作物中的复杂性状结构。

Copenhagen表型平台主要采用了Videometer公司的多光谱成像系统。

田间表型成像系统组成如下：移动小车载多光谱相机系统和处理软件、根管等。系统采用工程设计理念，在设计构建时就要考虑整合。

主要特点

积分球提供均匀和弥散光线照明

5-10秒钟内实现光谱成像和定量分析

19-20 种不同波长/光源

多光谱荧光备选

6 或9.1 百万像素/波长提供 1.2-3.6亿像素 /帧分辨率

标准设备包括易于使用的设备校准

与传统RGB技术相比具有*的彩色测量功能

根据应用需求可自动切换动态范围

光源寿命长、可达10万小时

少有LED光源技术稳定性增强

前光灯和背光灯组合、备选背光灯

相对样品自动移动照明

强大探索软件

常规应用配方构建工具（建模） 

技术参数

全套分析时间：5-10秒/样品

电源：100 -240 V AC, 50/60 Hz

电源功耗：300 VA

环境温度：操作: 5 - 40℃，储存；-5 -50℃

环境湿度：20-90 % RH相对湿度，非冷凝

PC 要求：较低配置: Intel i7 或较佳, 16GB RAM, USB2 端口, USB3较速端口

软件要求：Microsoft Windows 7/8.1/10 Professional，l 64 bit, 新windows 版本

硬件备选：暗场/明场背光 ；滤波轮 (用于荧光)

软件备选：图像处理工具包 (IPT) ；光谱成像工具盒 (MSI) ；斑点工具盒

Videometer系列多光谱成像系统广泛应用于：植物/作物表型组学研究分析；根系分析；作物育种与种子品质检测；植物/作物胁迫生理响应；作物病理学分析与病原检测；食品检测；中药成分分析与品质检测。来自哥本哈根大学、丹麦理工大学以及丹麦Videometer公司的专家在刚刚利用该设备在Plant and Soil上发表了题为A multispectral camera system for automated minirhizotron image analysis的文章，早些利用该设备进行研究的文章题为Frontiers in Plant　Sciences，Screening of Barley Resistance Against Powdery Mildew  by Simultaneous High-Throughput Enzyme Activity Signature Profiling and Multispectral Imaging。