[发明专利]玉米茎节维管束三维建模方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及植物学领域，更具体地，涉及一种玉米茎节维管束三维建模方法。

背景技术

连接玉米“源”-“库”的茎秆维管束系统是植株水分运输的关键输导组织，维管束主要分为韧皮部和木质部，前者包括筛管和伴胞，主要负责溶解状态的同化物运输；后者以导管为主，负责运输水分和无机盐类，在植物适应干旱缺水环境中发挥着重要作用。对环境潜在适应能力高的作物茎秆形态结构往往具有较强的可塑性，使其能够在干旱胁迫条件下通过自身形态结构的改变而增加对水分、物质的运输能力，从而降低对自身生长发育的影响。目前，针对植物茎秆形态结构的表型鉴定研究主要分成两方面：一方面是研究植物茎秆维管束组织结构即解剖结构特征——维管束的纵切面、横切面的显微解剖结构，一般由能测量的指标描述，如维管束面积、导管直径等；另一方面是研究茎秆维管束几何构型与植物水分运输的关系，几何空间构型是指维管束在植物组织中的三维空间分布，具体包括维管束的空间分布特征和各维管束之间的连接关系。玉米茎节是茎秆的重要组成部分，对玉米组织结构内物质的长距离运输和机械支撑发挥重要作用。探究玉米茎节维管束组织的几何信息和结构信息，建立玉米茎节维管束的三维模型，对玉米水分利用效率评价、力学分析以及抗性品种筛选具有重要意义。

目前，基于可视化人体计划(Visible Human Project,VHP)建立的技术和方法体系，促进了植物体内部形态特征和结构概貌的三维可视化研究，从而实现多方位、多尺度地探究植物内部组织的形态、大小和空间分布关系。例如，中国农业大学的吴海文于2011年基于序列组织切片图像对小麦根系维管束的结构、分布与功能进行初步探究；国家农业信息技术研究中心于2013年基于序列切片图像，重建黄瓜茎、玉米根、茎以及果穗维管束的三维结构形态，并实现维管束面积、体积等属性的定量分析。基于序列切片图像的植物维管束三维建模方法一般包括以下几个步骤：(一)利用植物相应部位样本制作石蜡切片；(二)对石蜡切片进行图像采集，获取植物组织序列显微图像；(三)对序列显微图像进行图像重构和图像分割进而实现样本的三维建模。

但是，上述基于序切片图像的三维建模方法中，前期石蜡切片制作过程比较繁琐，后期图像重构时需要对多个序列切片图像进行配准，导致整个三维建模过程工作量大效率低，且由于每个序列切片图像的特征不同，对应的图像分割算法也不同，导致最终建立的三维模型精度低。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的玉米茎节维管束三维建模方法。

一种玉米茎节维管束三维建模方法，所述方法包括：

S1，对玉米茎节样本进行碘染色处理得到染色后的玉米茎节样本；

S2，基于所述染色后的玉米茎节样本，利用Micro-CT扫描得到所述玉米茎节样本维管束的三维模型。

其中，在步骤S1之前还包括：

S0，对所述玉米茎节样本进行前处理。

其中，步骤S0具体包括：

取新鲜玉米茎节，切割成厚0.5-2.0cm的样本块，在FAA固定液中固定3天以上，再经梯度脱水和CO₂临界点干燥即得到所述玉米茎节样本。

其中，步骤S1具体包括：

将所述玉米茎节样本放入装有固态碘的离心管内，再将所述离心管存放在在密封、避光以及室温环境中。

其中，步骤S1进一步包括：

将所述离心管存放在在密封、避光以及室温环境中4-5小时。

其中，步骤S2具体包括：

S11，对所述染色后的玉米茎节样本进行Micro-CT扫描，得到所述玉米茎节样本的截面灰度图像；

S12，基于所述玉米茎节样本的截面灰度图像进行三维重构，得到所述玉米茎节样本维管束的三维模型。

其中，步骤S11具体包括：

对所述染色后的玉米茎节样本进行180°旋转Micro-CT扫描，得到所述染色后的玉米茎节样本的序列断层扫描图像；

将所述序列断层扫描图像转换为8位未压缩BMP格式的截面灰度图像。

其中，对所述染色后的玉米茎节样本进行180°旋转Micro-CT扫描的步长为0.2°至0.6°。

其中，步骤S12具体包括：

对所述玉米茎节样本的截面灰度图像进行三维重构的同时，对所述玉米茎节样本的截面灰度图像进行阈值分割，得到所述玉米茎节样本维管束的三维模型。

其中，所述阈值分割的范围为25-255。