植物叶片中叶片内部结构、灰度值、孔隙率检测方案(工业CT)

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SSL-CA20-218Excellence in Science Excellence in ScienceSMX-009 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cnTel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn inspeXio SMX-225CT FPD HR检测植物叶片内部结构 SMX-009 摘要：本文介绍运用 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线 CT 系统检查圆叶椒草盆景叶片内部结构。先扫描整个圆叶椒草叶片，再通过岛津独有技术——对感兴趣区域进行放大扫描，观察植物叶片用专用3D软件呈现叶片立体图像和观察内部结构。通过专用软件计算叶片灰度值和孔隙率。 关键词：微焦点X射线 CT系统 叶片甜菜 黄瓜叶片 叶片孔隙率 叶的基本结构是叶片、叶柄和托叶。叶片又包括表皮、叶肉和叶脉。叶肉一般分为栅栏组织和海绵组成。 被子植物叶片特点：表皮分为上表皮和下表皮，一般由一层细胞组成。在表皮上分布有气孔，气孔一般由两个肾形的保卫细胞组成。叶肉是叶片最发达、最重要的组织，由含有许多叶绿体的薄壁细胞组成，在有背腹之分的两面叶中、叶肉组织分为栅栏兰织和海绵组织。叶脉由维管束和机械组织组成。 其中单子叶的禾本科植物叶的结构与一般被子植物基本相同。但表面有长方形和方形两种细胞，气孔的保卫细胞为哑铃形，在保卫细胞外侧还有副卫细胞。 实验部分 1.1仪器 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统 1.2分析条件 X射线CT检查分析条件1： 测试电压：100KV 测试电流：100uA 图像尺寸：1024pixels*1024pixels 扫描时间：10min SDD：1200mm SRD： 185.471mm Number of Views： 2400 Number of Averages： 1 Voxel Spacing： 0.062mm/voxel Exposure(ms)： 250.000 Acquisition Mode： Fine 在叶肉方面，没有明显栅栏组织和海绵组织之分，为等面叶。 利用显微 CT 无损扫描可以清晰观察植物叶片的结构，农作物研究者根据植物生长的不同阶段获取叶片的不同状。例如甜菜转研究者可以根据显微 CT 扫描叶片获取灰度值比较不同条件下甜菜的糖分，黄瓜研究者可根据显微 CT追踪霜霉病菌侵染黄瓜叶片的过程等。本文介绍运用 inspeXio SMX-225CT FPD HR的微焦点X射线 CT系统检测植物叶片，用专用3D软件呈现叶片立体图像和观察内部结构。通过软件计算叶片灰度值和孔隙率。 X射线 CT检查分析条件2： 测试电压：100KV 测试电流：100uA 图像尺寸：1024pixels*1024pixels 扫描时间：10min SDD： 1200mm SRD：51.491mm Number of Views： 2400 Number of Averages： 1 Voxel Spacing： 0.017mm/voxel Exposure(ms)： 250.000 Acquisition Mode： Fine 结果与讨论 2.1样品外观图 本次检测的是一种市面上购买的圆叶椒草盆景中的叶片，如图1。外观尺寸： L60mm XW40mm。本次测试分两次：第一次测试是对圆叶椒草盆景叶片整体扫描；第二次测试是放大检测叶片中的一部分。 图1圆叶椒草叶片外观图 图2圆叶椒草叶片立体图 2.2圆叶椒草叶片 CT观察 通过 Shimadzu 微焦点X-ray CT 系统 inspeXio SMX-225CT FPD HR CT 扫描获得 CT数据，使用3D处理软件 VGSTUDIO MAX (Volume Graphics GmbH) 显示CT图像的立体渲染图(VR) (图2)。调整灰度对比看到叶片内部的叶脉分布(图3)。 图3圆叶椒草叶片立体图(显示叶脉) 通过放大扫描后，清晰得出圆叶椒草叶片的内内结构。在图4CT图像中，叶片的表面有气孔，显示为黑色，叶肉和叶脉显示灰色。通过灰度显示，清晰呈现叶片结构。 图4 圆叶椒草叶片结构图 2.3圆叶椒草叶片分析 灰度值分析 通过专用分析软件对圆叶椒草叶片进行灰度值分析，密度越大，灰度值就越大。通过灰度值分析可对叶片的水分进行定量分析。通过不同条件培育出的农作物，可以用灰度值分析比较不同条件下叶片中成分的变化，比如甜菜叶片中的糖分含量。图5(1)(2)通过不同颜色区分叶片中灰度值，可区分叶片中不同部分的密度。图5(3)横截面中显示了中间红红色，上下表面为绿色，通过色柱图比较，红色数据比绿色数据大。因此叶片中间部分密度最大。图5(4)统计了叶片的灰度值，其中最小灰度值是34946，最大灰度值是37973，平均灰度值是35381.176，灰度值标准差是76.267。 图5圆叶椒草叶片灰度值分析 孔隙率分析 使用专用软件对叶片中的气孔进行分析统计，可测量出气孔的体积及百分比率，并标注出最大的五个气孔体积，通过此方法可追踪霜霉病菌侵染黄瓜叶片的过程。图7测出气孔的百分比为3.09%，最大的五个缺陷体积分别是0.0221mm3、0.0206mm3、.C0.0152mm3、0.0195mm3、0.0139mm。 图6； 圆叶椒草叶片孔隙率分析 结论 采用岛津公司的 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线 CT 系统检测圆叶椒草叶片，利用岛津独有技术——对感兴趣区域进行放大扫描，观察叶片内部结构，可看到叶肉、叶脉和叶表皮的气孔。通过专用软件对叶片进行灰度值和孔隙率分析，定量统计灰度值和孔隙率。并用颜色标准不同密度的叶片结构。农作物研究者通过此方法研究观察不同阶段及不同方法培育的农作物，为研究者提供详实有力的数据。 岛津应用云 采用岛津公司的inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统检测圆叶椒草叶片，测试速度快，操作简单。利用岛津独有技术——对感兴趣区域进行放大扫描，观察叶片内部结构，可看到叶肉、叶脉和叶表皮的气孔。通过专用软件对叶片进行灰度值和孔隙率分析，定量统计灰度值和孔隙率。并用颜色标准不同密度的叶片结构。农作物研究者通过此方法研究观察不同阶段及不同方法培育的农作物，为研究者提供详实有力的数据。