结合三维 PET 与光学投影层析成像技术用于植物根系表型分析

研究地下植物根系系统的新成像技术需求迫切，因为根系在作物生产中扮演着重要角色。与其他非破坏性成像模态相比，PET 可以在自然土壤中对植物根系进行成像，并产生揭示植物-环境相互作用时间动态的动态三维功能图像。在本研究中，我们将 PET 与光学投影层析成像（OPT）相结合，以评估其在植物根系表型分析中的潜力。我们使用了一台专用的高分辨率植物 PET 成像仪，其横向视场为 14 cm，轴向视场为 10 cm，并具备多床成像能力。图像分辨率约为 1.25 mm，使用 ML-EM 重建算法。B73 自交系玉米种子被萌发后，在装有透明凝胶基质的密封罐中生长。PET 扫描从第一片绿叶出现那天开始，持续 5 天，每天一次。每天早晨，约 10 mCi 的 11CO2 被导入一个定制的植物标记室。10 分钟后，用新鲜空气吹扫残留活性，然后开始 2 小时的 PET 扫描。对于 OPT 成像，罐子被放置在一个装满水的丙烯酸立方容器中，由均匀面光源照明，并由数码单反相机从 72 个角度拍摄光学图像以进行 OPT 重建。同一植物每天由 OPT 系统成像 3 次。从光学图像中测量植物根系生长。共配准的 PET 和光学图像表明，PET 图像中后期出现的大多数热点对应于生长最活跃的根尖。PET 在根尖测量的 11C 分配量与 OPT 测量的最终根系生长之间存在强线性相关性，这表明我们可以将 PET 用作表型分析工具，以测量植物在不同环境情景下如何做出地下碳分配决策。