CN101170898B - 植物根部的描绘系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于非破坏性地获得植物根系图像的设备和方法。该设备包括：用于支持植物根系的基质、用于保持基质的容器、用于产生辐射和引导辐射穿过植物根系的辐射源、和图像捕捉系统，所述图像捕捉系统用于接收已经穿过植物根系的辐射和用于基于该辐射来产生植物根系的图像。所述x射线源产生具有约8keV至20keV范围内的能级的x射线辐射、在该能量范围内，由于空气造成的x射线辐射的衰减最小且根系与容器和基质之间的对比度足够高而能提供可分辨的图像。基质和容器优选由具有低质量密度——例如小于约3磅每立方英尺——和x射线质量衰减系数的材料形成。与根部导致的衰减相比，基质和容器的低密度材料导致相对较低的x射线辐射衰减，由此增强图像中的根系可见性。

Description

植物根部的描绘系统

技术领域

本发明涉及成像系统领域。更特别地，本发明涉及在植物处于生长基质和容器中时产生植物根系的x射线图像。

背景技术

功能基因组(functional genomic)研究的一个目的是加速植物的改良，这些植物用于食品、制药、观赏、生物燃料、生物电源、生物化学、碳影像学诊断(carbon sequestration)和材料。许多功能基因组研究项目集中于各种基因的改变如何影响植物的根系。这种项目通常应用高产量、大范围的实验方法学，其与结果的统计分析和计算分析相结合。对于要被研究以便推演单一基因在植物中的功能的成千上万的植物来说这并不非不常见。在这些类型的研究项目中，以适时的、成本高效的方式对植物根部结构和功能的分析的能力是很关键的。

在根部成长研究项目中和通过传统繁殖项目开发的栽培品种筛选方面，也需要高产量、成本高效的根部成像。

一种研究植物根部的破坏性方法包括，将植物及其周围土壤从它生长的容器中取出、将土壤从植物根部上洗掉并用桌面平板扫描器(desktopflatbed scanner)对根部进行成像。

用于对植物根部进行成像的另一方法是使用所谓根视系统(rhizotrons)的装置来执行的。这些装置是放置在土地中的透明管子(tube)。在植物根部围绕根视系统生长之后，可见光照相机被放置在管中，用于捕捉位于根视系统外表面上的植物根部的图像。

另一方法使用经计算的x射线断层照相(tomography)来以获得从略微不同的角度上取得根部的数百个高能x射线图像。使用特殊的运算法则来重新构建根系的近似三维图像。以这种方法，即使是根部被周围土壤挡住也能提取出近似的根部结构信息。该技术需要的是应经特殊处理的土壤应达到尺寸和组成的高度均匀性。这种能力所付出的代价是需要许多图像，由此阻碍了高产性能且产生较低的分辨率。

而另一种方法是在定制的生长室中——即在带有作为基质的透明玻璃珠子的两块透明板之间——培养植物并使用传统的可见成像技术。

这些已有方法没有一个能提供非破坏性的高产量技术，这种技术应能支持大范围的植物根部描绘(characterization)研究。由此，需要高分辨率、高产量、非破坏性、非侵害性的根部描绘系统。

发明内容

通过一种植物根部描绘系统可满足上述和其他需要，该植物根部描绘系统使用低能量的x射线辐照来产生植物根部的数字x射线图像，同时在容器中的生长基质中的植物未被破坏。从所得到的数字图像中提取根部结构特征，以便为了表型筛选(phenotype screening)而描绘根系。所述系统的一优选实施方式包括：植物容器、植物生长基质、x射线产生器、数字x射线图像捕捉系统和数字图像处理软件。本发明的一些实施方式还包括样品展示台、营养溶液去除系统和植物基质再水化系统。

植物容器保持植物基质，所述植物基质支持植物样品的根部结构，并提供对各种植物样品的方便操作。容器将根部的生长压缩在已知的容积内且限制到达植物根部的光通量。容器允许为每种植物实施各自的供水方案和营养方案。容器还形成用于营养溶液去除的压力通风(plenum)。优选的是，容器具有均一的、薄而平的平行侧壁，所述侧壁由低x射线衰减材料制造，用于改善x射线成像。

植物生长基质通过为根部生长和植物物理稳定性提供上部结构(superstructure)来支持容器中的植物根系。基质支持植物种子的萌芽，允许水分和营养溶液的分布和保持，以支持植物生长，和允许根系适当地在暴露于空气中，同时允许营养溶液从容器内部排出。基质优选具有均一的截面且由低x射线衰减材料制造，用于改善x射线成像。在优选实施方式中，基质在生物学上是良性的(benign)，以使得所有营养、共生有机体(symbioticorganism)和寄生生物都由外部提供。

植物萌芽和生长方案为种子萌芽和植物生长提供了最佳的生长条件。通常，用于萌芽的种子的最佳深度、光照水平和营养溶液的施加方案与植物生长基质的特性和植物的具体品种有关。

基质中的植物营养溶液也使x射线辐射衰减，由此使生长在基质中的植物根部的x射线图像质量变差。在本发明的优选实施方式中，营养溶液去除系统通过从生长基质的x射线图像区域中排出植物营养溶液而解决了该问题。植物营养溶液去除系统从基质中去除足够的营养溶液，以允许植物根系的x射线成像而不会由于脱水或根部变形而损坏根系。植物营养溶液去除系统优选包括一个或更多的传感器，所述传感器监测植物生长基质中的水分含量并指示植物营养溶液已经在何时被去除。

植物基质再水化系统用于在x射线成像之后更换植物营养溶液。通常，这是在成像过程之后马上进行的，以便防止植物根系由于脱水而损坏或使损坏最小化。

x射线产生器在最佳的能量范围内产生x射线辐射，以用于植物根部成像。x射线产生器的选择和x射线产生器功率供应的设定决定了可获得的x射线的能级和x射线通量。x射线图像的对比度和分辨率至少部分地由x射线产生器决定。

样品展示台在成像过程中控制样品的定位，其中样品的更换决定了由x射线系统对什么进行成像。在优选实施方式中，样品展示台选择性地将植物容器定位在x射线产生器和x射线成像系统之间。优选的是，展示台用于升高、降低和旋转植物样品。展示台用于将容器定位在多个位置，以捕捉植物样品的多个x射线图像。样品展示台还用于随后精确地重新定位在捕捉前一图像的位置。在优选实施方式中，样品展示台还决定了x射线图像的放大因子(magnification factor)。通过这些特点，样品展示台允许系统适应各种尺寸和生长阶段的各种植物样品。

数字x射线捕捉系统将x射线图像通量转换为数字图像数据文件，用于存储和分析。该系统至少部分地决定了x射线图像的对比度和分辨率以及将传感器处的x射线通量向图像数据文件中的最终数据值进行转换的总体质量。x射线图像通量向数字数据的转换允许数字数据的存储、恢复、操作和图像数据的分析。

数字图像处理软件能增强x射线图像，以从x射线数据文件提供有用的植物根部描绘信息。

在一优选实施方式中，本发明提供一种设备，用于非破坏性地获得植物根系的图像。在该优选实施方式中，所述设备包括：用于支持植物根系的基质、用于保持基质的容器、用于产生辐射和引导辐射穿过植物根系的辐射源、和图像捕捉系统，所述图像捕捉系统用于接收已经穿过植物根系的辐射和用于基于辐射来产生植物根系的图像。该实施方式的基质包括生长介质，所述生长介质具有低的辐射衰减系数。该实施方式的容器还由具有低的辐射衰减系数的材料形成。因为基质和容器的低辐射衰减系数材料提供了对穿过它们的辐射的最小衰减，所以图像中根系的可见性增强。

在另一优选实施方式中，本发明提供一种设备，用于非破坏性地获得植物根系的图像。在该实施方式中，所述设备包括：用于支持植物根系的基质、用于保持基质的容器、用于产生x射线辐射和引导辐射穿过植物根系的x射线辐射源、和x射线图像捕捉系统，所述图像捕捉系统用于接收已经穿过植物根系的x射线辐射和用于基于辐射来产生植物根系的图像。该实施方式的所述x射线源产生具有约8keV至20keV范围内的能级的x射线辐射。在该能量范围内，由于空气造成的x射线辐射的衰减最小且根系与容器和基质之间的对比度足够高而能提供可分辨的图像。

另一方面，本发明提供一种方法，用于非破坏性地获得植物根系图像，所述方法包括的步骤是：在基质中支持植物根系，所述基质包括生长介质，所述生长介质具有的线性x射线衰减系数在约10keV的x射线能级下不大于约0.3每厘米；将基质保持在容器中，所述容器由这样一种材料形成，所述材料的线性x射线衰减系数在约10keV的x射线能级下不大于约0.1每厘米；产生具有约8keV至约20keV范围内的能级的x射线辐射并引导x射线辐射穿过植物根系；和基于已经穿过植物根系的x射线辐射捕捉植物根系的一个或更多的x射线图像。

在优选实施方式中，所述方法还包括的步骤是：在引导x射线辐射穿过植物根系之前从基质中去除水分；和在捕捉植物根系的一个或更多x射线图像之后向基质恢复水分。所述方法还包括的步骤是，选择性地相对于x射线辐射源和x射线图像捕捉系统定位容器，以捕捉植物根系所选部分的一个或更多图像。

附图说明

结合附图，通过参考详细说明，本发明的进一步优点将更加明显，其中各种要素并非用于量度，以便更清楚地显示细节，其中在所有的几个附图中，相同的附图标记指代相同的要素，且其中：

图1示出了根据本发明优选实施方式的植物根部描绘系统；

图2A-2D示出了根据本发明优选实施方式的植物生长基质；

图3示出了根据本发明优选实施方式的植物容器的一部分；

图4A-4C示出了根据本发明优选实施方式的植物容器；

图5示出了根据本发明优选实施方式的捕捉根系图像的方法。

具体实施方式

图1示出了用于描绘植物12的根部的植物根部描绘系统10的优选实施方式。在该优选实施方式中，系统10包括植物生长基质14、营养溶液输送系统15、植物容器16、营养溶液去除系统17、辐射源18、图像捕捉系统22、图像处理系统24和植物品种展示台25。系统10通过使诸如x射线这样的辐射穿过含有基质14的植物容器16来运行，植物12的根系生长在该基质14中。图像捕捉系统22捕捉穿过根系的辐射，以形成根系的图像。图像处理系统24在所捕捉的图像26上运行，以增强它的可见质量并提取有用的其结构和生长的特征。

植物生长基质14是支持植物12的根部的介质。优选的是，基质14由这样的材料形成，所述材料支持种子萌芽和正常植物生长及根部发展，且该材料具有低的植物营养溶液保持力且容易再水化

优选的基质还具有低的质量密度和低的x射线质量衰减系数。优选的是，基质材料的质量密度不大于约0.06g/cm³，且在约10keV的光子能量(photon energy)下x射线质量衰减系数(μ/？)不大于约4.5cm²/g。基于质量密度和x射线质量衰减系数的这些值，基质的优选实施例的材料具有的线性x射线衰减系数在10keV的x射线能级下大约为

0.06gm/cm³×4.5cm²/g＝0.27cm^-1，

且优选的是，不大于约0.3cm^-1。满足这些要求的材料包括聚氨酯泡沫(urethane foam)和聚酯(polyester)纤维絮或垫，如用于枕头填塞料和被子棉絮的。在一优选实施方式中，生长基质材料为由CP Medius制造的Medius^TM生长介质。然而，应理解其他的材料也可用作生长基质14。

在图2A和2B所示的优选实施方式中，基质14为具有约50×30×200mm尺寸的矩形插塞件。在其他的实施方式中，基质14包括如图2C所示的水平叠放的矩形板23，或如图2D所示的垂直叠放的矩形板27。在又一实施方式中，基质14是圆柱形的。无论基质14的形状和结构是怎样的，优选的是应易于插入容器16中的空腔20中并易于从其中取出。

如图2A所示，优选实施方式包括萌芽盖(germination cap)19。萌芽盖19包括基质材料的薄片，其在萌芽过程中覆盖一些类型的种子。在萌芽之后盖19被去除。对于其他类型的种子来说，不需要覆盖。还有一些其他类型的种子需要的是它们应被“种植”在基质14表面之下某一距离处。为了适应这些类型的种子，如图2B所示的实施方式包括在基质14顶部中的切口21，种子插入到该切口21中。

种植容器16包围并支承基质14。容器16优选由均质且相对来说不可渗透水分的材料形成，且具有低的质量密度和低的x射线衰减。优选的是，容器材料的质量密度不大于约0.025gm/cm³且在约10keV的光子能下x射线质量衰减系数(μ/？)不大于约2.219cm²/g。基于质量密度和x射线质量衰减系数的这些值，容器的优选实施例的材料在10keV的x射线能级下具有的线性x射线衰减系数为大约

0.025g/cm³×2.219cm²/g＝0.055cm^-1，

且优选不大于0.1cm^-1。满足这些要求的一种材料是膨胀聚苯乙烯(expanded polystyrene：EPS)泡沫，用该材料形成本发明优选实施方式的容器。然而，应理解的是其他材料也可用于容器16。

如图4A-4C所示，优选通过将两个同样的容器半壳(halves)16a-16b结合在一起而形成容器16。容器半壳16a-16b可用粘合剂、通过机械夹紧结构或其他方法来连接。一个容器半壳16a-16b的优选实施方式示于图3中。该实施方式具有基本平面的侧壁30，带有均一的截面和均质的组成，这能使成像辐射在穿过侧壁30时的扭曲最小化。优选的是，侧壁30的厚度不大于约4mm，以便使对穿过侧壁30的辐射的衰减最小。在该实施方式中，容器半壳16a-16b在端壁28a-28b和底壁32的外表面处连接在一起。底壁32优选地包括用于排出多余的植物营养溶液的排水口34。容器6的顶部31为开放设计，以允许容易地加入植物营养溶液并使在使用用于排水口34的营养溶液去除系统来排出营养溶液时进入基质14顶部的空气流动最小。

在优选实施方式中，容器16的宽度对应图像捕捉系统22的检测宽度。容器16的高度优选选择为匹配被研究的特定植物的需要。

如上所述，优选的是容器16的侧壁30是平的，以使穿过侧壁30的x射线图像的扭曲最小。然而，应注意容器16的侧壁30可具有其他形状，如圆锥形或圆柱形。在具有弯曲侧壁或非均一厚度侧壁的容器16的实施方式中，会需要额外的图像处理步骤，以补偿图像的不同部分中目标厚度(object thickness)的差异。

在另一实施方式中，容器16可制造为一件产品。在一件产品的实施例中，优选的是容器是锥形的，以易于插入和去除基质14。

在本发明的备选实施例中，通过使用聚合物模制工艺形成基质14而使植物容器16和生长基质14结合为一个整体结构，所述聚合物模制工艺在基质14的表面上形成外皮。在该实施方式中，在模制工艺中形成的外皮包括容器16。

在又一实施方式中，植物容器16由相对较薄的聚合物薄膜形成。该实施方式包括机械框架或其他支承结构，以支承容器16。如果生长基质处理足够刚性，则生长基质14可提供这种结构支承。

在本发明的优选实施方式中，辐射源18为x射线产生器。与使用运行在约50千电子伏特(keV)下的x射线产生器的已有成像系统不同，优选实施方式的x射线产生器18运行在低得多的约8-20keV的能量范围下。根据本发明，由下射线产生器18提供的x射线光子能级足够高，以致于能穿透植物根系、容器和基质，但又足够低，以致于能为数字x射线照相机提供足够的对比度，来产生高对比度的图像。在约20keV以上，碳氢化合物的质量衰减曲线开始变平直。在约20keV以上的区域中运行会在高密度区(植物根部)和低密度区(基质和容器)之间导致较低的对比度。在约8keV以下，由于空气造成的x射线辐射的衰减变得显著。在如此低的能级下，数字x射线照相机的敏感度不足以提供可分辨的图像。在8-20keV的范围内，由于空气造成的x射线辐射的衰减影响很小，且根部与容器和基质之间的对比度足够高，以能提供可分辨的图像。

使用相对较低能量的x射线辐射的另一好处是对研究的植物的x射线辐照最小。通常，较高能量的x射线使植物暴露在更具损伤性的致电离辐射(ionizing radiation)之下。

为了增强x射线图像的分辨率，由性射线产生器18产生的光点尺寸(spot size)名义上约为35微米。低成本、小光点尺寸和低能量相结合的一种x射线产生器18是Oxford Instruments Apogee tube。具有较小光点尺寸的其他产生器商业上也是可以获得。

在本发明的优选实施方式中，辐射图像捕捉系统22包括二维数字x射线照相机，如由Rad-icon Imaging Corporation提供的ShadowCam^TM。在一实施方式中，照相机22具有由石墨制造的光不透明遮盖物，位于将x射线转换为可见光的闪烁体材料(scintillator material)之上。

优选的是，图像捕捉系统22一次对根系的所有部分或一部分捕捉图像，用于该部分的描绘。可以捕捉多个图像并被用于形成断层重构(tomographic reconstruction)或集成照片(photomontage)。

在备选实施方式中，x射线行扫描(line scan)照相机可用于跨过容器16作光栅扫描，以构建根系的二维图像。尽管行扫描照相机需要较长的时间来捕捉完整图像，但其提供了沿运动轴线的根系的正交视图(perpendicular view)。不同运动方向上的图像大小仅通过容器16相对于辐射源18和图像捕捉系统22的相对运动来限制。

图像处理系统24接收从图像捕捉系统22而来的图像并处理该图像，以增强根部与周围基质14和容器16之间的对比度。图像处理系统的优选实施方式包括一软件，该软件至少部分地基于对参考材料局部密度(localized density)的比较来执行密度计算处理。密度校准(calibration)处理通常涉及对照相机每一像素创建独特的非线性校准曲线。

样品展示台25优选包括垂直移动的台，其用于将容器16定位在多个位置，用于捕捉根系的多个x射线图像。多个图像可以一起平铺(tiled)到一张集成照片中，以覆盖比在单张图像所覆盖区域的更大的区域。样品展示台25还优选地包括旋转台，其能用于使容器16绕一垂直轴线旋转。该旋转台用于将容器16定位在两个稍微不同的角度上，在该两个角度上捕捉两个图像。使用在两个不同角度上捕捉的两个图像，图像处理系统24可制出植物根系的立体图像。使用在不同角度上捕捉的多个图像，图像处理系统可执行根系的断层重构。

在备选实施方式中，样品展示台25包括与垂直移动台相结合的水平移动台，以用于捕捉这种容器的集成照片图像：所述容器具有的宽度太大，以致于不能用一个垂直的图像栏(column of image)来覆盖。这种方法还允许多个植物样品平排地成像，以增加系统吞吐量。水平台和垂直台也可与旋转台相结合，以用于在一个展示台25上提供3轴运动控制。

通常，不同类型的植物具有不同的萌芽要求和生长速度。如上所述，为了适应不同类型植物样品的研究，本发明可并入各种基质材料和各种容器形状和尺寸。展示台25的优选实施方式提供了所需的灵活性，以保持和操作各种形状和尺寸的容器。

在优选实施方式中，展示台25被设计为使容器16相对于辐射源18和图像捕捉系统22移动，同时辐射源18和图像捕捉系统22保持静止。在备选实施方式中，辐射源18和图像捕捉系统22相对于容器16移动，同时容器16保持静止。备选的是，辐射源18、图像捕捉系统22和容器16都移动。

在设计为对每个样品捕捉一个图像的本发明的实施方式中，样品展示台25包括静止的固定件，该固定件将每个样品容器16定位在相对于辐射源18和图像捕捉相同22而言的相同的位置上。

通常，不同的植物具有不同的萌芽要求和不同的水分和营养要求。还有，不同的基质材料具有不同的水分分布和水分保持特性。为了确保萌芽和健壮的植物生长，基于植物、基质和x射线图像获取时间的具体情况采用特定的方案和规则。通常，萌芽的要求与维持健壮的植物生长的要求不同。除了水分和营养控制外，应用于植物环境的温度、湿度和光照水平也应被设定和控制。

在图1所示的优选实施方式中，采用营养溶液输送系统15来维持基质14中合适的水/营养的混合，以有助于萌芽和随后有助于健壮的植物生长。通常，为具体植物的需要而预先混合水和营养。输送系统15优选包括计时器、泵和管路，所述管路以适当的时间间隔将营养溶液输送到容器16的顶部。时间间隔和营养输送的持续时间取决于植物样品和基质材料的具体情况。

在本发明的操作x射线能量范围内，水显著地衰减x射线能量。如图1所示，根部描绘系统10的优选实施方式包括营养溶液去除系统17，用于从基质14中去除足够的水和营养溶液，以提供清楚的x射线图像而不损坏细微的根部结构。营养溶液去除系统17优选包括连接至排水口34的真空系统。所施加的负压量和施加持续的时间是感兴趣的植物/基质组合的函数。在营养溶液去除系统17运行期间，所关心的应是确保诸如根毛这样的脆弱的植物部分不会被所采用的真空装置损坏。

对于一些植物/基质组合来说，营养溶液能相当快速地从基质中排出。在这些情况下，可进行x射线图像获取而不需要营养溶液去除系统17。用其他的植物/基质组合，营养溶液可仅通过有效手段(active means)来适当地去除，如由营养溶液去除系统17所提供的那样。

在优选实施方式中，基质14的水分含量(moisture content)通过在水气去除过程中对植物/基质/容器进行一次或更多次的称重来监测。在备选实施方式中，水分去除系统40包括电容性传感器，用于监测基质14中的水分含量。当水分含量改变时，传感器的电容板之间的电势差改变。这种电势差的改变被测量并关联至水分含量值。

在又一实施方式中，图像捕捉系统22可用于在水分排出过程之前和过程中捕捉容器14中水分分布的一个或更多图像。所得到的图像指示了在何时才有足够的营养溶液被去除而能提供高质量的根系图像。所得到的图像还可提供关于基质14中水分分布的有价值的数据。图像还能提供根系的水分保持能力的指征。

优选的是，营养溶液输送系统15用于在完成图像捕捉过程之后重新将营养和水引入到基质14中。在一些实施方式中，x射线成像部件远离营养溶液输送系统15。在其他实施方式中，x射线成像部件和营养溶液输送系统15放置在一起。由此，应理解的是本发明不限于x射线成像部件和营养溶液输送系统15之间的任何特定的空间关系。

在一实施方式中，本发明包括自动化的、机器人式的植物操作系统。在该实施方式中，每个植物样品容器使用某种标记来标识，如条形码。容器自动地从保持位置移动到营养溶液去除位置，在该营养溶液去除位置处营养溶液的去除可被自动地监测。在营养溶液去除之后，自动化的系统将植物容器移动至成像位置，捕捉一个或更多图像，处理图像数据，将数据保存在数据文件中，将容器移动到再水化(rehydration)位置和将容器移动至输出存放托盘中(output storage tray)。

参见图5，上述设备可用于执行非破坏性地获取植物根系图像的方法。在优选实施方式中，该方法包括的步骤是：在基质中使种子萌芽并培养植物生长，所述基质包括低x射线衰减基质(步骤100)；将基质和植物保持在容器中，所述容器由低x射线衰减基质材料形成(步骤110)；从基质和容器中去除水分(步骤120)和选择性地相对于x射线辐射源以及x射线图像捕捉系统定位容器和基质(步骤130)。该方法还包括的步骤是，产生具有在约8keV至约20keV范围内的能级的x射线辐射，并引导x射线辐射穿过植物根系(步骤140)，和基于已经穿过植物根系的x射线辐射捕捉植物根系的一个或更多x射线图像(步骤150)。在捕捉x射线图像之后，营养溶液保存在基质中(步骤160)。在优选实施方式中，该方法还包括的步骤是增强通过x射线捕捉系统所捕捉的x射线图像的可见质量(步骤170)，如通过使用图像处理软件。

已经为了显示和描述的目的给出了本发明的优选实施方式的前述描述。并不意在穷尽本发明或将本发明限制为所公开的确切形式。鉴于上述教导可作明显修改例和变化例。所选择和所描述的实施方式提供了本发明和其特定应用的原理的最佳显示，和由此使本领域普通技术人员以各种实施方式和各种修改例来实施本发明，以适合所能想到的具体使用。当依照正当、合法且公正地授予的权利要求的宽度来理解时，所有这些修改例和改变例都在由此由所附权利要求确定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种设备，用于非破坏性地获得植物根系的图像，所述根系包括具有第一线性辐射衰减系数的根部材料，所述设备包括：

基质，用于支持植物根系，所述基质包括生长介质，所述生长介质具有第二线性辐射衰减系数，该第二线性辐射衰减系数小于所述第一线性辐射衰减系数的10％；

容器，用于保持所述基质，所述容器由具有第三线性辐射系数的材料形成，该第三线性辐射系数小于所述第一线性辐射系数的10％；

辐射源，包括x射线源，用于以8keV至20keV范围内的能级产生辐射和引导辐射穿过植物根系；和

图像捕捉系统，包括x射线图像捕捉系统，用于接收已经穿过植物根系的辐射并用于基于辐射产生植物根系的图像。

2.如权利要求1所述的设备，还包括展示台，用于选择性地相对于所述辐射源和所述图像捕捉系统定位所述容器。

3.如权利要求1所述的设备，还包括图像处理系统，用于增强通过所述图像捕捉系统产生的图像的可见质量。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述基质包括聚酯纤维絮。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述基质包括多孔泡沫材料。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器由膨胀聚苯乙烯形成。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括在聚合物模制工艺过程中形成在所述基质上的外皮，由此所述容器和所述基质具有整体结构。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括树脂薄膜。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述容器包括：

第一容器部分，具有第一侧壁，两个端壁的至少第一部分和底壁的至少第一部分；和

第二容器部分，具有至少一个第二侧壁，

其中，所述第一容器部分可拆卸地连接至所述第二容器部分。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第二容器部分在结构上与所述第一容器部分相同，所述第二容器部分还包括两个端壁的至少第二部分和底壁的至少第二部分，其中，两个端壁的所述第二部分可拆卸地安装至两个端壁的所述第一部分，且底壁的所述第二部分可拆卸地安装至底壁的所述第一部分。

11.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一容器部分的底壁的所述第一部分包括排水口的至少一部分。

12.如权利要求1所述的设备，还包括水分去除系统，用于在捕捉植物根系的一个或更多图像之前从所述基质中去除水分。

13.如权利要求1所述的设备，还包括再水化系统，用于在捕捉植物根系的一个或更多图像之后将水分补还到所述基质中。

14.一种方法，用于非破坏性地获得植物根系图像，所述方法包括：

(a)支持在基质中的植物根系，所述基质包括生长介质，所述生长介质具有的线性x射线衰减系数在10keV的x射线能级下不大于0.3每厘米；

(b)在容器中保持基质，所述容器由这样一种材料形成，该材料的线性x射线衰减系数在10keV的x射线能级下不大于0.1每厘米；

(c)产生具有8keV至20keV范围内的能级的x射线辐射并引导x射线辐射穿过植物根系；和

(d)基于已经穿过植物根系的x射线辐射捕捉植物根系的一个或更多x射线图像。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

(e)在引导x射线辐射穿过植物根系之前从所述基质中去除水分；和

(f)在捕捉植物根系的一个或更多x射线图像之后向所述基质补还水分。

16.如权利要求14所述的方法，还包括：相对于所述x射线辐射源和所述x射线图像捕捉系统定位容器，以捕捉植物根系所选部分的一个或更多图像。

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