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分析植物根冠是对植物生长有利的助力，对植物根冠的研究也能让我们认识到更多关于植物的秘密。而根冠表型分析系统是专门用于分析植物根冠的，它的应用对于研究植物根冠形态、根冠构造、根冠分布情况等都有很大的帮助，并且利用该系统能够轻易的获得关于植物根冠的各项表型参数，解决了人工测量带来的繁琐和不准确性的问题。本文通过讲述实验案例来展示根冠表型测量系统。 本系统可用于标记辅助育种、基因定位以及了解根系如何影响作物对土壤资源的获取。现已存在几种成像协议和图像分析程序，但是它们并未针对高通量，可重复且鲁棒的根冠表型进行优化。RhizoVision Crown平台集成了成像单元，图像捕获软件和图像分析软件，这些软件经过优化，可以从大量根冠中提取可靠的测量数据。硬件平台采用背景灯和单色机器视觉相机捕捉根冠轮廓。Rhizo Vision Imager和Rhizo Vision Analyzer是免费的开源软件，通过直观的图形用户界面简化图像捕获和图像分析。
本研究旨在设计和验证根冠表型的Rhizo Vision Crown平台的实验设计包括构建硬件平台，开发成像软件以及开发图像分析软件。使用模拟的单子叶植物和双子叶植物图像验证了图像分析的根测量。通过对已知直径的根冠进行成像，对组合平台的物理测量精度进行了验证。最后，在密苏里州使用大豆实验和俄克拉荷马州的小麦实验测试根冠表型。
用于根冠成像的硬件和软件。根冠被放置在成像单元(a)中，带有用于构图的背光面板和连接到视觉相机和USB条形码扫描仪的笔记本电脑。视觉摄像机使用Rhizo Vision成像仪(b)软件进行控制，该软件具有用于控制摄像机设置、提供摄像机实时视图和图像导出设置的用户界面。 该程序还包括用于触发图像采集和指定文件名的条形码模式。用户连接时会自动检测到条形码阅读器。选择条形码模式（“启用条形码阅读器以进行成像”）后，扫描条形码将获取图像并使用文件名保存，其中包括条形码编码的标识并附加有相机和图片编号。
根视觉分析仪，用于根冠图像的自动批量分析（a）。该软件具有用户界面（a），用于选择输入和输出文件夹，在分析前选择图像阈值级别，对根直径范围进行分类以及保存选项。分割图像 （b） 和特征图像 （c） 可选择由根视觉分析器生成。特征图像显示了一个蓝色凸面，该多边形适合整个根系，用于提取凸面区域。边界和骨架像素以红色显示，距离变换以绿色显示。由于前景像素重叠而断开连接的“孔”或背景图像图块被随机着色以进行区分。 根视觉冠是一个具有成本效益和高通量的平台，有可能增加根冠表型分析技术的可及性。该平台建立在以前的平台通过使用背光和条形码选项优化图像采集，使用专为表型设计的定制成像软件，以及使用具有专为批处理设计的简单图形界面的图像分析软件。所有软件在Windows 10上都是免费的，随时可用。该平台已使用模拟数据集的地面真实测量进行了验证，并成功从田间挖掘的谷物和豆科植物的根冠中提取根酚。使用人体工程学，所有硬件和软件的集成以及广泛的验证测试是其他植物表型平台的基准。该技术将增加对根冠表型的访问，作为获取功能性表型组学数据的方法，基因图谱，在育种计划中的使用，以及了解根酢如何解决农业不可持续性和粮食不安全问题。 根系分析仪是基于图像识别技术的根系表型分析系统，专业用于植物离体洗根后的根系分析，可以分析根系长度、直径、表面积、体积、根尖数、分叉数等，广泛适用于根系形态学及构造研究。可用于解决根系结构和几何参数难以获取的问题，提升从业人员工作效率、减少人工成本，提供根系表型多参数快速分析方法，服务于植物科学研究。 |
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