Ученые используют рентген для изучения корней растений в почве

Мультидисциплинарная команда ученых из Ноттингемского университета применяет передовые микро-компьютерные томографы (КТ) на основе рентгеновского излучения, чтобы понять, как проектировать корневые системы растений для более эффективного взаимодействия с почвой и поглощения воды и питательных веществ. Эта неинвазивная технология поможет найти ответы на один из главных мировых вызовов — глобальную продовольственную безопасность.

Профессор Малкольм Беннетт отметил: «Впервые за 10 000 лет селекции растений мы можем непосредственно видеть архитектуру корней в почве, как в полевых условиях, и использовать эту информацию для отбора наиболее эффективных сортов для фермеров».

Визуализация «скрытой половины» растения

Новый Hounsfield Facility оснащен тремя КТ-сканерами, способными визуализировать объекты от почвенной частицы или корневого волоска до полностью зрелой корневой системы. С его помощью ученые могут неразрушающим способом изучать структуру корней растений, растущих в почве, на протяжении всего жизненного цикла — от семени до цветения.

Профессор Саша Муни объяснил: «Непрозрачность почвы больше не препятствует нашему исследованию. Используя рентген, мы можем "видеть насквозь" почву и визуализировать корни в 3D, получая новое понимание ранее "скрытой половины" растения».

Программное обеспечение для анализа

Программное обеспечение RooTrak, разработанное в Школе компьютерных наук университета, анализирует 3D-изображения, выделяет корневую систему и строит её 3D-модель, которую можно рассматривать под любым углом.

Профессор Тони Придмор пояснил: «RooTrak обрабатывает 3D-изображение как набор 2D-срезов — видео — и отслеживает корни, пока они извиваются и ветвятся в почве. Это позволяет адаптироваться к окружению корней и создавать точную модель».

Метод также позволяет разделять корневые системы разных растений, растущих в одном горшке, и изучать их взаимодействие и конкуренцию за воду и питательные вещества, как в реальном поле.

Цели и сотрудничество

Цель исследований — найти растения, которые наиболее эффективно используют воду и азот для получения более высоких урожаев в сложных условиях, таких как засуха или затопление.

Центр был назван в честь сэра Годфри Хаунсфилда, лауреата Нобелевской премии по медицине 1979 года за разработку компьютерной томографии. Финансирование осуществлялось Европейским исследовательским советом, BBSRC, Фондом Вольфсона и Ноттингемским университетом.

Помимо агрономических исследований, сканеры центра подходят для анализа широкого спектра биологических и небиологических материалов, включая углеродные волокна, пищевые продукты и электронные компоненты. Команда сотрудничает с ветеринарной школой, инженерным факультетом, Британской геологической службой, международными пищевыми компаниями и даже шеф-поварами со звездой Мишлен.