一、前言

Micro CT作為一種三維斷層掃描成像方法，可以根據植物不同組織對X線的吸收與透過率的不同，重建獲得植物組織的斷面或立體圖像，發現其中的細小組織結構變化，從而無損探索植物各組織內部的結構。因而在植物研究中，Micro CT的應用也逐漸增多。

二、應用

1. 根系

植物根系的分枝結構是植物生命力的決定因素，根系的生長形態與植物的土壤環境和植物的基因型息息相關，因此根系的3D形態學分析是評估不同植物競爭優勢的重要工具。由于植物的根生長在各種不透明的媒介中，這成為限制觀察植物根系在土壤中的生長情況的主要因素，是獲得原位的根系生長情況的一個巨大挑戰和障礙。傳統的洗根掃描法能夠清晰地展現根系，但卻破壞了其原有的狀態；微根窗法能夠解決原位測量的問題，但卻無法展示探索土壤內部的根系分布。
隨著Micro CT的發展和應用，研究者們發現，利用Micro CT掃描可以無損地原位探索土壤中不同植物的根系變化，可以測量根系的3D結構，獲取根系的形態學以及剖面等內部性狀，是根系原位研究的重要工具。同時，根系的算法分割也一直是Micro CT根系原位掃描中需要突破的難點。

例1：平生公司的NEMO® Micro CT在原位狀態下掃描的水稻根系展示如下，通過CT 三維重建，可觀察到根系的完整拓撲結構，并對其內部剖面進行觀察： 
 

 

左：水稻根Micro CT掃描重建圖； 右：根系分割后3D圖

 

水稻根不同位置剖面圖

2. 種子

目前國際上使用的很多研究種子的先進技術大多是利用熒光法研究種子活力或其萌發率，這些方法能夠高通量地達到某些研究目的，但始終無法得知種皮內部的結構和動態變化過程。
而種子內部的形態學信息參數，以及胚芽和胚乳區域的瑕疵率等，是評估種子的出芽率和質量的關鍵信息。傳統方法常采用內窺鏡來分析種子內部的形態，然而這種方法只能獲得有限的投影，受種子放置方位的影響，很多缺陷無法體現。
而Micro CT通過投影重建、三維成像功能，可提供種子的不同角度的觀察，對于種子內部結構展現更加全面，例如裂隙、內部萌芽情況評估、病蟲害情況等等。
例2：以下是利用平生公司的NEMO® Micro CT對一粒水稻種子進行掃描成像，并利用平生自己開發的圖像分析軟件Avatar®進行分析處理。在圖像中可清晰觀察到種皮，胚乳、胚牙等內部結構，并可給出這些組織的體積分析結果。
 

水稻種子Micro CT重建圖（紅色：胚；黃色：胚乳；綠色：種皮）
（注：水稻種子實物長1cm，寬0.3cm；XX農業大學提供樣本）

例3：玉米種子（XX農業大學提供樣本，NEMO® Micro CT掃描結果）
 

左：玉米種子3D重建后分割渲染；右：任意面斜切展示

例4：麥穗（XXX植物基因研究中心提供樣本，NEMO® Micro CT掃描結果）

左：麥穗實物圖；右：3D重建并渲染

3. 果實

使用Micro CT對果實的無損掃描，也可觀察到果實的內部結構，在營養學研究與蛀蟲病檢測方面有極大的幫助。（Super Nova® Micro CT掃描結果）
 

核桃、蘋果、龍眼的內部結構圖（上：實物；下：掃描重建圖）

 

玉米

4. 莖、葉

通過高分辨率的Micro CT系統的掃描，為研究植物莖流和植物水分方面提供更直觀的3D的觀測方式。（NEMO® Micro CT掃描結果）
 

玉米桿的剖面圖及3D渲染圖


卷曲后掃描的葉子

三、總述

由此可見，Micro CT不僅在活體動物和離體組織的分析研究中具有重要的應用，也在植物方面有著特殊的應用價值。可廣泛應用于植物種子三維結構研究，無損探索種子腔體、胚和胚乳的變化；分析原位研究土壤中根系的三維形態結構；研究果實內部結構變化；以及植物莖流和植物水分等。
 

Micro CT