This work was performed in the Environmental Molecular Sciences Laboratory, a national scientific user facility sponsored by the Department of Energy's Office of Biological and Environmental Research and located at Pacific Northwest National Laboratory.

주의 : X 선 단층 촬영 스캐너의 동작은 일반적인 방사선 교육, 악기 고유의 방사선 안전 교육을 모두 필요로한다. 실험자의 실험에 관련된 모든 대응 절차를 따라야한다. 1. 루트 이미지 참고 :이 단계는 관 모양의 플라스틱 냄비에 원래의 토양에서 개최 잔디 시편의 영상 (40mm의 직경 210 mm의 높이, 약 2mm의 두께와 플라스틱 튜브)에 대해 설명합니다. <ol><li> 대상 확대에 대해 원하는 거리에서 악기의 샘플 조작에 화분을 배치합니다. 직경 2 인치의 홀더에 공장 소스의 거리에 샘플을 약 3 인치 (7cm)이어야한다. </li><li> 최적의 색상 (회색 레벨) 검출기 이미지의 대비를 달성하기 위해 X 선 검사 설정을 조정합니다. 참고 :이 설정은 사용하는 기기 제어 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다. <ol><li> 집합 X 선 전원 설정; 85 kV의 190 μA이 시험에 사용 된PLE. </li><li> 노출 시간을 설정합니다. 여기서, 1 초의 비교적 긴 노출 시간이보다 신호 대 잡음비를 사용 하였다. </li><li> 투사 당 계획과 프레임의 설정 번호; 3142 돌기의 총 투사 당 4 프레임은 좋은 데이터 통계 좋습니다. </li><li> 은 &quot;음영 보정&quot;탭을 선택하고 &quot;만들기&quot;를 클릭하여 위의 설정 측정 조건을 사용하여 음영 보정을 실행합니다. 주 : X 선속의 일정한 세트가 조명 될 때 쉐이딩 보정은 촬상 장치의 화소의 응답의 변동을 보상한다. 프로세스는 X 선 빔 (빔 경로로부터 제거 샘플)에 설정하고, 상기 빔이 꺼져 빈 이미지 걸린다. 이 보정은 수집 된 모든 이미지에 적용됩니다. </li><li> (또한 &quot;모드를 왕복&quot;라고 함) &quot;링 유물을 최소화&quot;옵션을 선택; 투영 화상을 취득하는 동안 시료를 각 단계에서 회전한다. 이 날엔로 연결느린 속도로 인수,하지만 링 유물을 제거하는 데 도움이됩니다. </li><li> 획득 탭에서 &quot;획득&quot;버튼을 클릭하여 검색을 시작합니다 (위에 설명 된 설정, 이미지 수집은 약 4 시간 소요됩니다). </li></ol></li></ol> 2. 데이터 재구성 참고 :이 섹션은 원시 이미지합니다 (CT 검사에서 방사선)에서 3D 볼륨 데이터의 재구성에 대해 설명합니다. <ol><li> 프로그램에 원시 데이터를로드합니다. </li><li> 확인 시편 이동하지 않았거나 스캔 설정은 데이터 수집 중에 변경되지 않았습니다하기 위해 첫 번째와 마지막 이미지를 비교하여 (마지막 이미지가 시편의 360 O를 회전 한 후 촬영으로 그들은 거의 동일해야합니다). </li><li> &quot;센터 회전&quot;탭을 선택하고 &quot;시작&quot;을 클릭하여 회전 중심 (COR)를 계산; 사용 옵션은 &quot;자동&quot;COR은 &quot;높은 품질&quot;정확도 및 &quot;이중&quot;(상하) 조각들로 발견COR 계산을위한 선거. </li><li> 복원 할 수있는 샘플 볼륨을 선택하십시오 &quot;볼륨&quot;탭을 선택하고 미리보기 이미지를 사용하여 볼륨 선택 창을 편집 할 수 있습니다. </li><li> &quot;시작&quot;을 클릭하여 3D 데이터를 포함하는 볼륨 파일을 만들 재건을 수행합니다. </li></ol> 3. 데이터 처리 / 분할 주 :이 섹션의 단계들은 단지 이진 영상의 스택을 생성하는 임의의 주변 재료 뿌리 토양을 통해 분기 및 격리로 뿌리를 추적 할 수있는 프로그램 RooTrak에서 추가 처리를 위해 재구성 된 데이터를 준비 채취한다 설명 루트 자체. <ol><li> ImageJ에있는 볼륨 데이터의 처리는 RooTrak 처리 가능한 이미지 스택을 제조 하였다 : <ol><li> ImageJ에에 볼륨 파일을로드합니다. </li><li> 밝기 및 대비 설정을 조정하여 뿌리와 토양 사이의 이미지 대비를 최적화 (/ 밝기 / 명암 ​​대비를 조정 / 이미지를 클릭). 이미지 내의 관심 영역을 표시하고있을 때 Clearly 구별, 설정이 최적화 된 것으로 간주된다. </li><li> JPEG, BMP 또는 PNG 형식의 이미지 스택으로 저장합니다. </li></ol></li><li> 세그먼트 루트에 RooTrak에서 처리 : <ol><li> RooTrak에로드 이미지 스택 ( &#39;도구&#39;탭으로 이동하고 Enter 키를 누릅니다 &quot;트래커&quot;). </li><li> 루트 내부 설정 씨 포인트 : 볼륨 데이터의 상위 뷰 조각에서 보이는 해당 루트의 각 섹션 내에서 여러 지점을 클릭합니다. </li><li> 설정 추적 매개 변수 &quot;부드러움&quot;각각 0.3과 0.8에 &quot;유사성&quot;. </li><li> 추적 기능을 실행합니다. 이 상단 이미지 조각에서 바닥 조각에 모든 방법을 루트를 따릅니다. </li><li> 볼륨 데이터를 시청 한 후, 사용 가능한 데이터 량에 따라 분할 수를 선택; 이 경우, 추적 루트 경계 (추적 루트의 이미지가 토양의에 혼합하기 시작) 잘못 정의 된 6.2 mm의 깊이에 해당하는 200 조각에서 중지되었습니다. 참고 :생성 된 이미지 스택은 출력 디렉토리가 생성 된 곳으로 자동으로 저장됩니다. </li></ol></li></ol> 4. 볼륨 및 표면 분석 참고 :이 단계는 RooTrak에 의해 생성 된 이미지 스택에서있는 isosurface 메쉬 생성을 설명합니다. <ol><li> ImageJ에있는 이진 이미지 형식으로 RooTrak에서 이미지 스택을 변환합니다. &quot;프로세스&quot;다음 &quot;이진은&quot;다음 &quot;이진 만들기&quot;를 선택합니다. </li><li> 삼각형 메쉬를 생성하는 오픈 소스 ImageJ에 플러그인, BoneJ를 사용; ImageJ에있는 &quot;플러그인&quot;을 선택한 후 &quot;BoneJ&quot;다음 &quot;있는 isosurface&quot;를 선택합니다. </li><li> 각각 6, 120 (기본 설정)에 &quot;리샘플링&quot;와 &quot;임계 값&quot;을 설정합니다. &quot;연락처보기면&quot;을 확인하고 &quot;OK&quot;버튼을 누릅니다. </li><li> 은 &quot;3D 뷰어&quot;에서 다음, 다음 &quot;수출면&quot;에서 파일 탭을 클릭합니다 &quot;(이진) STL&quot;로 저장합니다. </li><li> 열기 imeshJ의 STL 파일을 선택하고 미크론의 복셀 크기를 입력합니다. 를 클릭하십시오 &quot;Calculate 표면적 &quot;유사. mm이 총 샘플 루트 표면적을 확보 클릭&quot;3 mm의 총 샘플 루트 볼륨을 구하는 계산 볼륨 &quot;. </li></ol>

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RootSnap! Available from: <a target="_blank" href="https://www.cid-inc.com">https://www.cid-inc.com</a> (2013)</li><li>Arsenault, J. L., Pouleur, S., Messier, C., Guay, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WinRHIZO&#8482;+a+root-measuring+system+with+a+unique+overlap+correction+method.">WinRHIZO&#8482; a root-measuring system with a unique overlap correction method.</a> HortSci. 30, 906-906 (1995).</li></ol>

We have nothing to disclose.

X 선 컴퓨터 단층 촬영 및 입증 여러 오픈 소스 프로그램의 조합은 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보 (면적 및 볼륨)를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 기능을 시각화하고 측정 할 수있는 능력은 항상 스캔 해상도뿐만 아니라 의해 RooTrak 소프트웨어의 한계에 의해 제한된다. 그러나, 스캔 해상도 본 연구의 샘플의 기능의 ?...

토양 비 침습적 화상 뿌리 (6, 7)에 어렵게 때문에 뿌리가 근권 2-5의 일부로 식물학의 &quot;보이지 않는&quot;부분을 나타낸다. 그러나, 토양 환경 내 뿌리 성장 및 상호 작용을 연구하면 이해에 중요 루트 / 식물의 성장과 차례로 조림, 식량 안보, 기후에 영향을 미치는 영양소 순환. X 선 단층 촬영 (XCT)는 로컬 환경 8 식물 뿌리 샘플 비침 이미징을위한 가치있는 도구임이 입증되었다. 다른 조건 루트 개발 및 치수 변화를 측정하고, 서로 다른 데이터 세트 / 데이터 시험편을 비교할 수 있도록하기 위해, 하나의 단층 촬영 데이터로부터 정량적 정보를 추출 할 필요가있다. 주변 토양의 뿌리로부터 데이터의 분할, 즉 다른 모든 주위에서 루트 이미지의 분리 (을 포함하여, 예를 들어 인접하는 식물) ACCU 전에 중요한 단계속도 크기 분석을 수행 할 수있다. 그러나, 단순한 임계 접근 루트 데이터를 종종 실행할 수 없게된다. 토양 촬상 식물의 뿌리와 관련된 문제는 루트 재료의 X 선 감쇠 특성의 변동, 및 물과 유기 물질에 의한 뿌리와 토양 사이 감쇄 값의 중복을 포함한다. 이러한 문제는 멋지게 Mairhofer 등의 알에 의해 최근에 해결되었습니다. 시각적 추적 도구 RooTrak 7, 9. 성공적인 분할 후의 다음 단계는 루트 볼륨 표면적의 정확한 결정이다. 부피는 복셀의 개수를 카운트 7 전에 도시 된 바와 같이, 복셀 &#39;크기의 제곱을 곱하여 추정 될 수있다. 루트 표면적과 체적에 대한보다 정확한 결정을 위해, 분할 된 루트 시스템이있는 isosurface 마칭 큐브 (10)으로 알려진 알고리즘을 사용하여, 삼각형 메쉬로 표현 될 수있다. 오픈 소스 ImageJ에 11 번째의 근사치를 이용할 수있다행진 큐브 알고리즘을 기반으로 전자 루트 볼륨. 우리가 아는 한, 오픈 소스 소프트웨어의 제한된 수는 센티미터 범위에서 루트 시편 단층 촬영 기반 볼륨 / 표면 데이터를 계산에 전념 이상 현재 12 사용할 수 있습니다. 우리는 (13)에보고 한 오픈 소스 소프트웨어 뿌리 성장에 초점을 단일 셀 해상도 정량 부피 분석을 가능 셀룰러 기능을 겨냥한다. 전체 루트 시스템 (14)에 전념 일부 오픈 소스 소프트웨어는 모양이 실제로 관상이라는 근사치를 기반으로 작은 직경의 관 루트 시스템을위한 우수하다. 그러나 2D 이미지와 함께 몇 가지 작업 및 3D 14 스택을 처리 할 수 없습니다. 이러한 나무의 것과 같은 거친 표면과 균일하지 않은 모양과 루트 시스템, 연구 할 때 또한, 관 모양의 근사치가 유효하지 않을 수 있습니다. 또 다른 방법 (15)은 제 혁신적 우회 2 차원 회전 이미지 시퀀스를 사용전자 고가의 CT 스캐너를 위해 필요합니다. 또한, 측정 기록, 표시 시스템 길이를 뿌리. 우리는 상업적으로 16 ~ 18 사용할 수 만에서 테스트 한 소프트웨어; 하나는 제는 색상 분석 (18)에 기초하는 동안 두번째, 잎 면적 루트 길이 측정 도구 17, 3D 이미지를 처리 할 수 있도록 스택 (16)이 표시되지 않는다. 이 조사를 바탕으로 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 무료의 옵션이 바람직하다고 제안한다. 자유롭게 사용할 RooTrak 및 ImageJ에 바탕, 우리는 분할 루트 데이터로부터 생성 된있는 isosurface 메쉬 (표면 조형 파일)을 처리하는 (기업 코드 파일 참조) imeshJ라는 프로그램을 개발하고,하여 루트의 부피와 표면적을 계산 한 메쉬 삼각형 인덱스 데이터에 단순한 기하학적 계산을 수행. 여기에서는, XCT 영상의 사용을 결합하는 방법을보고삼각형 메쉬 데이터 재구성 시각화 (소프트웨어 CT 프로 3D 및 VG 스튜디오), 3 차원 데이터 (개방 소스 소프트웨어 ImageJ에 및 RooTrak)에서 토양 시료의 루트 세그먼트와 표면 및 체적 정보 추출 (ImageJ에 컴퓨터 코드 imeshJ).

<table><tbody><tr><td>X-Tek/Metris XTH 320/225 kV&amp;nbsp;</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>X-ray tomography scanner</td></tr><tr><td>Inspect X</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>Instrument control software</td></tr><tr><td>CT Pro 3D</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>Reconstruction software, version XT 2.2</td></tr><tr><td>VG Studio MAX</td><td>Visual Graphics GmbH</td><td></td><td>Visualization software for 3D volumes, version 2.1.5</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>Open-source</td><td></td><td>Image processing and analysis software, version 1.6</td></tr><tr><td>RooTrak</td><td>Open-source</td><td></td><td>Root segmentation software, version 0.3.1-b1 beta</td></tr><tr><td>imeshJ</td><td>EMSL</td><td></td><td>MATLAB script developed by the authors</td></tr><tr><td>Prairie dropseed grass sample</td><td></td><td></td><td>Sample obtained from ground in residential area</td></tr></tbody></table>

extracting metrics for three-dimensional root systems: volume and surface analysis from in-soil x-ray computed tomography data

식물 뿌리는 기후 변화와 작물 관리에 중요한 의미가있는 중요한 근권에서 발생하는 식물 토양 미생물의 상호 작용의 역할뿐만 아니라 프로세스를 재생할 수 있습니다. 그 나라의 환경에서 뿌리의 양이 크기 정보는 뿌리 성장과 식물을 포함하는 환경 프로세스를 연구하기위한 귀중한입니다. X 선 컴퓨터 단층 촬영 (XCT)는 현장에서 루트 검색 및 분석을위한 효과적인 도구로 증명되었다. 우리는 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 비용이없는 효율적인 툴을 개발하는 목적. 프레리의 dropseed의 루트 구조는 (Sporobolus의 heterolepis) 시편 XCT를 사용하여 몇 군데 있었다. 루트 재구성하고, 기본 루트 라이센스 구조는 오픈 소스 소프트웨어의 조합을 사용하여 데이터로부터 추출 하였다. 있는 isosurface 다각형 메쉬는 다음 분석의 편의를 위해 만들어졌습니다. 우리는 t을 개발했다그 메시의 루트 볼륨과 표면적을 계산 한 MATLAB 생성 imeshJ 애플리케이션을 독립. imeshJ의 출력면 (mm 2) 영역 (mm 3) 볼륨이다. 정량적 루트 분석 이미징 도구의 독특한 조합을 이용하는 과정은 설명한다. 증명 XCT의 조합 오픈 소스 소프트웨어는 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 3D 데이터를 처리하는이 방법은 세그멘테이션 발생할 유사 X 선 감쇄 컴포넌트 간의 연결 및 어려움이있을 다른 물질 / 시료 시스템에 적용되어야한다.

이 구성된 표본은 기본 잔디 프레리 dropseed (Sporobolus의 heterolepis)과이 주거 지역에서 가져온 그림 1에서 볼 수있는 작은 튜브 모양의 홀더에 넣고 주위에 원래 토양의 줄기. 재구성 된 데이터 복셀 크기가 약 31이었다 μm의 X 31 μm의 X 31 μm의. 재구성 된 볼륨 파일 오픈 소스 화상 처리 프로그램 ImageJ에 1.6 (11)를 사용하여 선택 방향 (상면)의 이미지?...

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Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

- 토양에 취득한 X 선 단층 촬영 데이터로부터 영상 및 정량 루트 구조 정보를 획득하기위한 방법이 제시된다.

Plant roots play a critical role in plant-soil-microbe interactions that occur in the rhizosphere, as well as processes with important implications to ...

extracting-metrics-for-three-dimensional-root-systems-volume-surface

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Research

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Environment

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비디오: Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop cultivars against environmental stresses. An experimental protocol is presented for RGB and hyperspectral imaging of root systems. The approach uses rhizoboxes where plants grow in natural soil over a longer time to observe fully developed root systems. Experimental settings are exemplified for assessing rhizobox plants under water stress and studying the role of roots. An RGB imaging setup is described for cheap and quick quantification of root development over time. Hyperspectral imaging improves root segmentation from the soil background compared to RGB color based thresholding. The particular strength of hyperspectral imaging is the acquisition of chemometric information on the root-soil system for functional understanding. This is demonstrated with high resolution water content mapping. Spectral imaging however is more complex in image acquisition, processing and analysis compared to the RGB approach. A combination of both methods can optimize a comprehensive assessment of the root system. Application examples integrating root and aboveground traits are given for the context of plant phenotyping and plant physiological research. Further improvement of root imaging can be obtained by optimizing RGB image quality with better illumination using different light sources and by extension of image analysis methods to infer on root zone properties from spectral data.

An experimental protocol is presented for assessment of soil grown plant root systems with RGB and hyperspectral imaging. Combination of RGB image time series with chemometric information from hyperspectral scans optimizes insights into plant root dynamics.

RGB 및 식물 형질 및 생리 적 연구에 대 한 스펙트럼 루트 이미징: 실험적인 체제 및 프로토콜을 이미징

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

연구

환경과학

Measuring Stolons and Rhizomes of Turfgrasses Using a Digital Image Analysis System

Length and diameter of stolons or rhizomes are usually measured using simple rulers and calipers. This procedure is slow and laborious, so it is often used on a limited number of stolons or rhizomes. For this reason, these traits are limited in their use for morphological characterization of plants. The use of digital image analysis software technology may overcome measurement errors due to human mistakes, which tend to increase as the number and size of samples also increase. The protocol can be used for any kind of crop but is particularly suitable for forage or grasses, where plants are small and numerous. Turf samples consist of aboveground biomass and an upper soil layer to the depth of maximum rhizome development, depending on the species of interest. In studies, samples are washed from the soil, and stolons/rhizomes are cleaned by hand before analysis by digital image analysis software. The samples are further dried in a laboratory heating oven to measure dry weight; therefore, for each sample, the resultant data are total length, total dry weight, and average diameter. Scanned images can be corrected before analysis by excluding visible extraneous parts, such as remaining roots or leaves not removed with the cleaning process. Indeed, these fragments normally have much smaller diameters than stolons or rhizomes, so they can be easily excluded from analysis by fixing the minimum diameter below which objects are not considered. Stolon or rhizome density per unit area can then be calculated based on sample size. The advantage of this method is quick and efficient measurement of the length and average diameter of large sample numbers of stolons or rhizomes.

A software-based image analysis system provides an alternative method to study the morphology of stoloniferous and rhizomatous species. This protocol permits measurement of the length and diameter of stolons and rhizomes and can be applied to samples with a large amount of biomass and to a wide variety of species.

디지털 이미지 분석 시스템을 사용 하 여 Turfgrasses의 Rhizomes Stolons을 측정

Length and diameter of stolons or rhizomes are usually measured using simple rulers and calipers. This procedure is slow and laborious, so it is often ...

An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive harvest or expensive equipment. We present a customizable and affordable rhizobox method that allows the non-destructive visualization of root growth over time and is particularly well-suited to studying root plasticity in response to localized resource patches. The method was validated by assessing maize genotypic variation in plasticity responses to patches containing 15N-labeled legume residue. Methods are described to obtain representative developmental measurements over time, measure root length density in resource-containing and control patches, calculate root growth rates, and determine 15N recovery by plant roots and shoots. Advantages, caveats, and potential future applications of the method are also discussed. Although care must be taken to ensure that experimental conditions do not bias root growth data, the rhizobox protocol presented here yields reliable results if carried out with sufficient attention to detail.

Visualizing and measuring root growth in situ is extremely challenging. We present a customizable rhizobox method to track root development and proliferation over time in response to nutrient enrichment. This method is used to analyze maize genotypic differences in root plasticity in response to an organic nitrogen source.

루트 성장 및 지역화 된 양분에 응답을 시각화 하는 최적화 된 Rhizobox 프로토콜

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive ...

Two-Dimensional Visualization and Quantification of Labile, Inorganic Plant Nutrients and Contaminants in Soil

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic nutrient (e.g., P, Fe, Mn) and contaminant (e.g., As, Cd, Pb) solute species in the soil adjacent to plant roots (the &#8216;rhizosphere&#8217;) at sub-millimeter (~100 &#181;m) spatial resolution. The method combines sink-based solute sampling by the diffusive gradients in thin films (DGT) technique with spatially resolved chemical analysis by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). The DGT technique is based on thin hydrogels with homogeneously distributed analyte-selective binding phases. The variety of available binding phases allows for the preparation of different DGT gel types following simple gel fabrication procedures. For DGT gel deployment in the rhizosphere, plants are grown in flat, transparent growth containers (rhizotrons), which enable minimal invasive access to a soil-grown root system. After a pre-growth period, DGT gels are applied to selected regions of interest for in situ solute sampling in the rhizosphere. Afterwards, DGT gels are retrieved and prepared for subsequent chemical analysis of the bound solutes using LA-ICP-MS line-scan imaging. Application of internal normalization using 13C and external calibration using matrix-matched gel standards further allows for the quantification of the 2D solute fluxes. This method is unique in its capability to generate quantitative, sub-mm scale 2D images of multi-element solute fluxes in soil-plant environments, exceeding the achievable spatial resolution of other methods for measuring solute gradients in the rhizosphere substantially. We present the application and evaluation of the method for imaging multiple cationic and anionic solute species in the rhizosphere of terrestrial plants and highlight the possibility of combining this method with complementary solute imaging techniques.

This protocol presents a workflow for sub-mm 2D visualization of multiple labile inorganic nutrient and contaminant solute species using diffusive gradients in thin films (DGT) combined with mass spectrometry imaging. Solute sampling and high-resolution chemical analysis are described in detail for quantitative mapping of solutes in the rhizosphere of terrestrial plants.

토양의 2차원 시각화 및 래빌, 무기 식물 영양소 및 오염 물질의 정량화

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic ...

Leveraging Micro-CT Scanning to Analyze Parasitic Plant-Host Interactions

Micro-CT scanning has become an established tool in investigating plant structure and function. Its non-destructive nature, combined with the possibility of three-dimensional visualization and virtual sectioning, has allowed novel and increasingly detailed analysis of complex plant organs. Interactions among plants, including between parasitic plants and their hosts, can also be explored. However, sample preparation before scanning becomes crucial due to the interaction between these plants, which often differ in tissue organization and composition. Furthermore, the broad diversity of parasitic flowering plants, ranging from highly reduced vegetative bodies to trees, herbs, and shrubs, must be considered during the sampling, treatment, and preparation of parasite-host material. Here two different approaches are described for introducing contrast solutions into the parasite and/or host plants, focusing on analyzing the haustorium. This organ promotes connection and communication between the two plants. Following a simple approach, details of haustorium tissue organization can be explored three-dimensionally, as shown here for&#160;euphytoid, vine, and mistletoe parasitic species. Selecting specific contrasting agents and application approaches also allow detailed observation of endoparasite spread within the host body and detection of direct vessel-to-vessel connection between parasite and host, as shown here for an obligate root parasite. Thus, the protocol discussed here can be applied to the broad diversity of parasitic flowering plants to advance the understanding of their development, structure, and functioning.

Micro-CT is a non-destructive tool that can analyze plant structures in three dimensions. The present protocol describes the sample preparation to leverage micro-CT to analyze parasitic plant structure and function. Different species are used to highlight the advantages of this method when coupled with specific preparations.

Micro-CT 스캐닝을 활용하여 기생 식물-숙주 상호작용 분석

Micro-CT scanning has become an established tool in investigating plant structure and function. Its non-destructive nature, combined with the possibility ...

High-Throughput Tree Ring Analysis and Density 추정

Tree Core Analysis with X-ray Computed Tomography

An X-ray computed tomography (CT) toolchain is presented to obtain tree-ring width (TRW), maximum latewood density (MXD), other density parameters, and quantitative wood anatomy (QWA) data without the need for labor-intensive surface treatment or any physical sample preparation. The focus here is on increment cores and scanning procedures at resolutions ranging from 60 &#181;m down to 4 &#181;m. Three scales are defined at which wood should be looked at: (i) inter-ring scale, (ii) ring scale, i.e., tree-ring analysis and densitometry scale, as well as (iii) anatomical scale, the latter approaching the conventional thin-section quality. Custom-designed sample holders for each of these scales enable high-throughput scanning of multiple increment cores. A series of software routines were specifically developed to efficiently treat three-dimensional X-ray CT images of the tree cores for TRW and densitometry. This work briefly explains the basic principles of CT, which are needed for a proper understanding of the protocol. The protocol is presented for some known species that are commonly used in dendrochronology. The combination of rough density estimates, TRW and MXD data, as well as quantitative anatomy data, allows us to broaden and deepen current analyses for climate reconstructions or tree response, as well as further develop the field of dendroecology/climatology and archeology.

저자 스포트라이트: 나무 코어 분석을 위한 X-ray CT 도구 체인의 발전

Here we show how to process tree cores with an X-ray computed tomography toolchain. Except for chemical extraction for some purposes, no further physical lab treatment is needed. The toolchain can be used for biomass estimations, for obtaining MXD/tree-ring width data as well as for obtaining quantitative wood anatomy data.

X선 컴퓨터 단층 촬영을 사용한 나무 코어 분석

An X-ray computed tomography (CT) toolchain is presented to obtain tree-ring width (TRW), maximum latewood density (MXD), other density parameters, and ...

Visualization of Failure and the Associated Grain-Scale Mechanical Behavior of Granular Soils under Shear using Synchrotron X-Ray Micro-Tomography

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils with high-spatial resolutions. Based on such CT images, grain-scale mechanical behavior such as particle kinematics (i.e., particle translations and particle rotations), strain localization and inter-particle contact evolution of granular soils can be quantitatively investigated. However, this is inaccessible using conventional experimental methods. This study demonstrates the exploration of the grain-scale mechanical behavior of a granular soil sample under triaxial compression using synchrotron X-ray micro-tomography (&#956;CT). With this method, a specially fabricated miniature loading apparatus is used to apply confining and axial stresses to the sample during the triaxial test. The apparatus is fitted into a synchrotron X-ray tomography setup so that high-spatial resolution CT images of the sample can be collected at different loading stages of the test without any disturbance to the sample. With the capability of extracting information at the macro scale (e.g., sample boundary stresses and strains from the triaxial apparatus setup) and the grain scale (e.g., grain movements and contact interactions from the CT images), this procedure provides an effective methodology to investigate the multi-scale mechanics of granular soils.

The protocol describes procedures to acquire high-spatial resolution computed tomography (CT) images of a granular soil during triaxial compression, and to apply image processing techniques to these CT images to explore the grain-scale mechanical behavior of the soil under loading.

싱크로트론 X선 마이크로 단층 촬영을 사용하여 전단 하에서 세분화된 토양의 고장 및 관련 곡물 스케일 기계적 거동 시각화

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils ...

공학

Using High Resolution Computed Tomography to Visualize the Three Dimensional Structure and Function of Plant Vasculature

High resolution x-ray computed tomography (HRCT) is a non-destructive diagnostic imaging technique with sub-micron resolution capability that is now being used to evaluate the structure and function of plant xylem network in three dimensions (3D) (e.g. Brodersen et al. 2010; 2011; 2012a,b). HRCT imaging is based on the same principles as medical CT systems, but a high intensity synchrotron x-ray source results in higher spatial resolution and decreased image acquisition time. Here, we demonstrate in detail how synchrotron-based HRCT (performed at the Advanced Light Source-LBNL Berkeley, CA, USA) in combination with Avizo software (VSG Inc., Burlington, MA, USA) is being used to explore plant xylem in excised tissue and living plants. This new imaging tool allows users to move beyond traditional static, 2D light or electron micrographs and study samples using virtual serial sections in any plane. An infinite number of slices in any orientation can be made on the same sample, a feature that is physically impossible using traditional microscopy methods.
Results demonstrate that HRCT can be applied to both herbaceous and woody plant species, and a range of plant organs (i.e. leaves, petioles, stems, trunks, roots). Figures presented here help demonstrate both a range of representative plant vascular anatomy and the type of detail extracted from HRCT datasets, including scans for coast redwood (Sequoia sempervirens), walnut (Juglans spp.), oak (Quercus spp.), and maple (Acer spp.) tree saplings to sunflowers (Helianthus annuus), grapevines (Vitis spp.), and ferns (Pteridium aquilinum and Woodwardia fimbriata). Excised and dried samples from woody species are easiest to scan and typically yield the best images. However, recent improvements (i.e. more rapid scans and sample stabilization) have made it possible to use this visualization technique on green tissues (e.g. petioles) and in living plants. On occasion some shrinkage of hydrated green plant tissues will cause images to blur and methods to avoid these issues are described. These recent advances with HRCT provide promising new insights into plant vascular function.

High resolution x-ray computed tomography (HRCT) is a non-destructive diagnostic imaging technique that can be used to study the structure and function of plant vasculature in 3D. We demonstrate how HRCT facilitates exploration of xylem networks across a wide range of plant tissues and species.

공장 Vasculature의 3 차원 구조 및 기능을 시각화하기 위해 높은 해상도로 계산 된 단층 촬영을 사용하여

High resolution x-ray computed tomography (HRCT) is a non-destructive diagnostic imaging technique with sub-micron resolution capability that is now being ...

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

요약

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Micro-CT 스캐닝을 활용하여 기생 식물-숙주 상호작용 분석

X선 컴퓨터 단층 촬영을 사용한 나무 코어 분석

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싱크로트론 X선 마이크로 단층 촬영을 사용하여 전단 하에서 세분화된 토양의 고장 및 관련 곡물 스케일 기계적 거동 시각화

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