工厂中的实时元素移动

4.2.2.1系统的动态范围

为了评价RRIS的性能，制备了标准溶液。将标准溶液各取2 ~ 3 μL装在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄片上，待溶液完全干燥后再盖上厚度为10 μm的聚乙烯薄片。在这种情况下¹⁴C、聚苯硫醚(1.2 μm厚)覆盖。然后，将RRIS获取的图像与IP的图像进行比较。

表格4.2为RRIS和IP成像测量定量分析的动态范围，均为辐射计数的下限和上限。如表中所示，这些性质高度依赖于核素的种类。为了解释检测下限，²⁸Mg的测量可以描述如下，作为一个例子。在RRIS的情况下，定量计数的下限不随累积时间的增加而改变。用于RRIS的相机以30帧/秒的速度在1像素中检测到每帧1个光子。但是，由于每次计数都存在一定的噪声，如暗电流，因此信噪比(S/N)并没有随着累积时间的增加而提高，导致在累积5-15 min后计数出现平稳期(图2)。4.8 a, b)．在大多数其他核素中也观察到这种趋势。在IP的情况下，图像强度依赖于光刺激荧光粉中辐射能量的积累。因此，随着曝光时间的增加，图像的强度增加，信噪比提高(图2)。4.8 c, d)．

表4.2

RRIS的动态范围进行定量分析

	RRIS				知识产权
	下限(Bq/mm2）	上限(Bq/mm2）	动态范围	平方	下限(Bq/mm2）	上限(Bq/mm2）	动态范围	平方
碳14(分钟)
3.	4 × 100	2 × 103.	3 × 102	0.9972	4 × 103.	4 × 103.	1 × 103.	0.9999
5	2 × 100	2 × 103.	1 × 103.	0.9976	2 × 100	4 × 103.	2 × 103.	0.9997
10	2 × 100	2 × 103.	1 × 103.	0.9981	1 × 100	4 × 103.	4 × 103.	0.9996
15	2 × 100	2 × 103.	1 × 103.	0.9983	1 × 100	2 × 103.	1 × 103.	0.9951
Na-22(分钟)
3.	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9973	5 × 10−1	6 × 102	1 × 103.	0.9989
5	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9972	5 × 10−1	6 × 102	1 × 103.	0.9982
10	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9972	3 × 10−1	6 × 102	2 × 103.	0.9972
15	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9972	3 × 10−1	6 × 102	2 × 103.	0.9998
Mg-28(分钟)
3.	3 × 10−1	1 × 102	5 × 102	0.9993	6 × 10−1	3 × 102	5 × 102	0.9966
5	1 × 10−1	1 × 102	1 × 103.	0.9995	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9975
10	1 × 10−1	1 × 102	1 × 103.	0.9995	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9985
15	1 × 10−1	1 × 102	1 × 103.	0.9989	1 × 10−1	3 × 10	2 × 103.	0.9975
锌- 65(分钟)
3.	2 × 101	4 × 103.	3 × 102	0.9992	2 × 101	2 × 104	1 × 103.	0.9996
5	9 × 100	4 × 103.	5 × 102	0.9990	2 × 101	2 × 104	1 × 103.	0.9986
10	9 × 100	4 × 103.	5 × 102	0.9990	9 × 100	9 × 103.	1 × 103.	0.9990
15	4 × 100	4 × 103.	1 × 103.	0.9990	9 × 100	9 × 103.	1 × 103.	0.9990
rb - 86(分钟)
3.	5 × 10−1	3 × 102	5 × 102	0.9957	1 × 100	6 × 102	5 × 102	0.9994
5	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9959	5 × 10−1	6 × 102	1 × 103.	0.9996
10	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9956	3 × 10−1	6 × 102	2 × 103.	0.9996
15	1 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9960	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9968
cd - 109(分钟)
3.	2 × 100	1 × 103.	5 × 102	0.9999	4 × 100	2 × 103.	5 × 102	0.9997
5	1 × 100	1 × 103.	1 × 103.	1.000	2 × 100	2 × 103.	1 × 103.	0.9997
10	5 × 10−1	1 × 103.	2 × 103.	0.9999	2 × 100	1 × 103.	5 × 102	0.9999
15	5 × 10−1	1 × 103.	2 × 103.	0.9999	1 × 100	1 × 103.	1 × 103.	0.9984
cs - 137(分钟)
3.	5 × 10−1	3 × 102	5 × 102	0.9964	5 × 10−1	1 × 102	2 × 103.	0.9979
5	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9983	5 × 10−1	3 × 102	5 × 102	0.9996
10	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9988	5 × 10−1	6 × 102	1 × 103.	0.9950
15	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9989	3 × 10−1	3 × 102	1 × 103.	0.9999

L.L.和u.l.:定量辐射计数的下限和上限[3.)修改

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当考虑计数的上限时，RRIS中的值不会随着累积时间的变化而变化，因为相机中每帧都有一个计数上限。对于短期计数(3、5 min)，未检测到IP的计数上限，说明IP的计数上限高于RRIS。相比之下，对于长期积累，在IP中存在检测上限，这表明在光刺激荧光粉中可以积累的辐射量是有限的。

结果表明，RRIS的动态范围在10量级^3.这表明，即使将积累时间从15分钟减少到3或5分钟，也可以进行定量计数。

4.2.2.2FOS与工厂之间的距离

为了获得高图像分辨率，植物样本与FOS(闪烁体沉积在其上)之间的距离应尽可能短[4］．这个距离会影响图像的定量分析。然而，植物在成像过程中生长，这有时会增加FOS和样品之间的空间。因此，应进行评估，以确定该距离与计数强度之间的关系。

六种标准的核素溶液²²Na,²⁸毫克,⁶⁵锌、⁸⁶Rb,¹⁰⁹光盘,¹³⁷Cs制备为点源(3.3 mm²)，分别放置在距离FOS表面0、0.2、0.3和0.4 mm处，并进行放射性计数。当斑点距离FOS表面0.4 mm时，所有情况下计数均下降至30-50%。减少计数的原因之一可能是图像中的ROI(感兴趣的原因)太小，无法覆盖在空间上扩展的辐射。因此，当ROI面积从3.3增加到51 mm时²在……的情况下²⁸Mg，从5.3毫米到46毫米²)，计数不依赖于FOS与标准样品之间的距离(图。4．9)．ROI增加的面积被设定为相邻的标准不覆盖辐射的每次膨胀。

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4.2.2.3自吸收

随着β射线能量的降低，β射线的自吸速率增加，导致图像中的信号强度降低。由于自吸收的程度取决于组织的种类，因此使用拟南芥的组织来测量强度的下降。以拟南芥为研究对象，对拟南芥组织进行了7种核素的自吸收实验。在这种情况下¹⁴C,¹⁴有限公司₂混合生产¹⁴c -碳酸氢钠和乳酸向工厂供应24小时。对于其他核素，3,3,10,3,10和0.5 kBq/mL的²²Na,²⁸毫克,⁶⁵锌、⁸⁶Rb,¹⁰⁹光盘,¹³⁷Cs分别加入培养液中，培养3 d。处理后，从植株中分离出球茎和茎尖、硅茎、茎、莲座叶和茎叶等花的部分，并比较RRIS图像和辐射计数中的强度。用液体闪烁计数器测量每个组织的放射性¹⁴C和γ计数器的其他核素。

在测试的核素中，自吸效应为²⁸Mg是一个例子(图。4.10)．如图所示，在所有被调查的组织中，RRIS和γ计数器拍摄的图像计数之间存在良好的相关性，其中R2大于0.9。在其他核素中，²²Na,⁶⁵锌、⁸⁶Rb,¹⁰⁹光盘,¹³⁷Cs也显示出良好的相关性(表4.３)．的β射线能量¹⁴C与使用的其他核素相比较低，组织中放射性的相对强度随着组织厚度的增加而急剧下降，薄组织除外。虽然无法计算出精确的辐射量，但对薄组织(如花或莲座叶)的放射性进行了估计，并允许有一些误差。当¹⁴C的研究表明，RRIS获取的图像数与IP测量的放射性之间显示出高度相关性，与R ²的0.9857，表明自吸收率的贡献¹⁴两次测量的C是相同的(图。4.11)．然而，考虑到β射线能量较低¹⁴C，应仔细考虑RRIS的性能¹⁴C成像。这种性能将在下一章中更详细地描述，其中的成像¹⁴有限公司₂介绍了气体固定。

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表4.3

RRIS成像计数与组织放射性计数的相关性

	碳14	Na-22	Mg-28	锌- 65	rb - 86	cd - 109	cs - 137
整个
R2	0.8396	0.9803	0.9869	0.9883	0.9659	0.9960	0.9937
坡	1.006	10.10	27.27	2.342	83.77	2.083	5.579
n	111	90	109	76	90	101	117
花
R2	0.9815	0.9699	0.9781	0.9280	0.9196	0.9835	0.9269
坡	0.6200	7.410	19.58	2.270	83.27	1.842	4.467
n	7	14	15	13	11	13	19
长角果
R2	0.7101	0.7088	0.9172	0.7504	0.8035	0.9863	0.9652
坡	0.6830	6.898	19.46	2.014	68.80	1.888	4.695
n	14	24	27	24	24	24	39
阀杆
R2	0.2263	0.9625	0.9773	0.9377	0.8535	0.8996	0.8249
坡	0.8768	5.930	20.37	1.614	68.36	1.418	3.820
n	43	24	28	8	22	24	33
莲座丛叶
R2	0.8973	0.9964	0.9970	0.9932	0.9793	0.9971	0.9991
坡	1.158	10.49	27.86	2.380	89.87	2.123	5.694
n	31	9	23	13	16	22	7
茎生叶
R2	0.6384	0.9520	0.9903	0.9638	0.9929	0.9887	0.9978
坡	0.7808	9.458	29.83	2.308	80.39	1.987	5.602
n	16	19	16	18	17	18	19

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在所有测试的元素的其他情况下，RRIS和IP之间的图像相关性很高。数字4.12显示了通过RRIS和IP获得的拟南芥组织的实际图像。如图所示，两幅图像几乎相同，说明相关性很高。

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4.2.2.4自我专注的模拟

自我吸收的另一个因素是核素在组织内的分布，这在空间上是不均匀的。为了研究核素在植物组织中不同分布模式所产生的自吸收，使用了模拟茎的管道模型，其中核素分布在管道的表面、内部和中心(图2)。4.13)．

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在这种情况下²⁸艾尔,⁶⁵锌、⁸⁶Rb,¹⁰⁹Cd，由于核素的分布，计数上没有太大的差异。在这种情况下²²Na,²⁸毫克,¹³⁷c，分布的差异只影响核素的计数分布在中心。然而，估计核素聚集的维管束位于相对接近表面的位置，核素不太可能出现在茎的中心。在这种情况下¹⁴C，分布对计数的影响有较大的差异，特别是均匀分布与中心或表面的局域分布之间的差异较大。因此，应用¹⁴C为成像，必须考虑自吸性。但是，当计数区域固定，并比较图像同一位置随时间的变化时，就可以像相对分析一样，对该区域计数的变化进行数值处理。

产生图像的效率是核素发出的各种辐射及其能量的综合结果，具体到每个核素。一般情况下，当β射线能量较高时，自吸性较低，当β射线能量较低时，发生相反作用。在x射线的情况下，自吸收率很低，辐射穿透植物组织，但不能穿透闪烁体。高能γ射线穿透植物组织和闪烁体，导致计数效率低。有了这些结果，就有可能估计其他核素的计数效率，例如，³²P，其β射线能级与⁸⁶Rb。

4.2.2.5植物样品的实际图像

为了获取植物图像，一株大豆(大豆．简历。Enley)培养2周后，加入Hoagland溶液³²P (P: 10 μM, 5 MBq/100 mL)孵育24 h³²第三三叶的P图采用RRIS拍摄。数字4.14对比原型RRIS获取的图像，如图所示。4．7和IP。研究发现，静脉可以在明显更短的时间内检测到，几秒钟，而IP需要几分钟。

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的β射线能量³²P相对较高(max。能量:1.7 MeV)，另一种β射线能量较低的核素，⁴⁵Ca (max。能量:0.257 MeV)也用于比较成像系统的灵敏度。数字4.15显示了连续的⁴⁵当这种核素供给大豆植株的根时。的⁴⁵第三三叶的Ca图像分别在1、5和15分钟后由IP (A)和10秒后1和5分钟后由我们的成像系统(B)拍摄。从图像序列中，我们发现RRIS累积1分钟的图像与IP曝光15分钟的图像相似。

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两种核素的成像结果表明，该成像系统的灵敏度比IP成像系统高约10倍。RRIS较短的累积时间表明，一系列连续较短的图像能够制作出显示离子实时运动的电影。

4.2.3.1³²大豆植株的P成像

利用原型成像系统，展示了根离子摄取的行为。第一次审判是³²大豆植株对p -磷酸盐的吸收(大豆．简历。Enley)。一株大豆植株分别生长2周和6周，然后收获，分别获得叶片和幼荚的图像。后³²P(正磷酸盐，约含600 kBq/mL³²P)从根部提供溶液，从整个植株中选择几种组织进行成像:有幼叶的分生组织、幼三叶、扩展三叶的中心叶、第一片叶子和幼豆荚。

数字4.16这是四个组织的图像。在叶片中，预计有很高的量³²p -磷酸盐会显示在静脉中，因为磷酸盐从根部吸收后通过静脉转移。这在第一片叶子中是正确的。然而，与此相反，三叶草第1叶的叶脉之间却发现了大量的磷酸盐积累，这表明磷素在三叶草中通过不同的途径转移或从叶脉中泄漏。在节间处发现大量的水从木质部组织中泄漏(见第一部分，第1章)。2,教派。2．3)，估计可以补充现有的水。在磷酸盐的情况下，即使在静脉之间有磷酸盐的积累，也不可能有任何理由替换已经在那里的磷酸盐。目前尚不清楚磷何时、如何从叶脉中泄露，以及为什么在第一片叶子和第一片三叶叶之间有不同的积累模式。

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连续的图像显示了快速和高的积累³²磷在最年轻的组织，说明吸收的磷酸盐主要转移到最年轻的组织，然后，当³²P在最年轻的组织中是饱和的，提供给下一个年轻的组织(图。4.17)．似乎³²根据组织的年龄优先提供p -磷酸盐。这一运动以电影的形式获得，圈速图像如图所示。4.17．

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数字4.18显示了如何³²当从根得到磷时，磷在豆荚内被转移。由于图像是基于辐射计数的，因此³²可以分析图像中的p -磷酸盐。当从连续的图像中去除特定区域(标记为圆圈)的放射性时，可以分析磷酸盐增加的行为。大部分的³²p -磷酸盐沿荚果方向转移，最初在荚果底部积累2 h。³²磷转移到荚果内部的两粒种子中，而不是转移到荚果表面。当积累³²比较两种种子间磷的积累速率和含量，两种种子间磷的积累量基本相同。

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4.2.3.2¹⁴C水稻植株成像

的可视化¹⁴本文介绍了利用RRIS模型在水稻植物中吸收c标记氨基酸的方法。本研究的开始如下。最近，利用植物等未完全分解的有机物质，不使用化肥的有机农业开始流行起来。然而，人们想当然地认为植物是靠17种无机离子生存的，其他化学物质是不需要生长的。如果植物可以吸收氨基酸和无机离子，这一证据可以从某些角度为有机农业提供科学支持。因此，水稻(栽培稻选用L. Nihonbare)研究其对氨基酸的吸收能力，并分析氨基酸在植物内部的化学形态。本研究的成像部分，氨基酸吸收的可视化，如下所示，以及从化学分析中获得的一些结果。

首先，通过应用双重标记(¹⁵N和¹³C)谷氨酰胺对6天大的幼苗;¹⁵N -和¹³采用离子阱质谱联用的高效液相色谱法在植物地下和地上部分均检测到c -谷氨酰胺。结果表明，谷氨酰胺本身未在根际分解而被根部吸收，并转移到地上部分。

然后实时成像根系对谷氨酰胺的吸收，分析根系对氨基酸的吸收。将带根的容器放置在Cs(Tl)I闪烁器上，闪烁器上覆盖了厚度为4 μm的聚苯乙烯薄膜。然后，用海绵轻轻推根部，将根部置于靠近闪烁器的位置。大约20毫升¹⁴在容器中加入c -谷氨酰胺溶液(18.5 kB/mL，含250 μM N)，观察根系对氨基酸的吸收情况(图;4.19)．图像每10分钟/帧集成一次，直到43小时。当连续的图像作为电影制作时，有趣的是注意到，首先，a¹⁴c -谷氨酰胺在溶液中出现在根部下部周围，然后，谷氨酰胺的积累¹⁴c -谷氨酰胺突然向上移动并被根系吸收，说明氨基酸摄取没有持续吸收，但说明溶液中离子向根系移动需要最佳时间和最佳浓度。

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在同一根内，谷氨酰胺的吸收活性和积累不均匀，且谷氨酰胺的高积累始终表现在根尖。约10 h后，谷氨酰胺在根部的吸收量趋于平稳。当用凡士林覆盖叶片表面防止蒸腾作用时，谷氨酰胺在根系中的吸收率和积累量降低(图2)。4.20)，表明积累量与蒸腾作用有关。当缬氨酸或丙氨酸从根部供给水稻植株时，也得到了类似的结果，但谷氨酰胺的吸收量远高于缬氨酸或丙氨酸(数据未显示)。

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进一步的示踪工作使用双重标记(¹⁵N和¹³C)谷氨酰胺和缬氨酸显示了水稻植物有机营养物质有效性的差异。当比较谷氨酰胺和缬氨酸的吸收时，在谷氨酰胺的情况下，谷氨酰胺的积累¹³C在植物体内的吸收和积累量低于吸收量¹⁵植株中氮含量相同。有人认为，部分被吸收到植物体内的氨基酸以二氧化碳的形式损失了(¹³有限公司₂)，谷氨酰胺的吸收比缬氨酸的吸收更顺利。

4.2.4.1植物箱的介绍

由于成像时需要对植物的地上部分进行光照，因此用铝板制作了一个植物箱，并放置在原型成像箱中[6，10，11，12］．容器为50 mm × 200 mm × 300 mm的矩形盒子。数字4.21图为装有100个发光二极管(led)的植物容器，发光二极管的亮度为120 μmol/m²S到样本植物上。通过完全覆盖植物和光源，容器可以防止外部光线在成像过程中产生噪音。由于闪烁体允许光线穿透，所以在容器表面覆盖了厚度为50 μm的铝板。在此条件下，led发出的光被完全屏蔽，只有穿透铝板的β射线到达闪烁体，没有明显的劣化。FOP上闪烁体工作面尺寸为10 cm × 20 cm。led灯可以打开和关闭。通过打开和关闭led，为植物的地上部分产生16 h L/8 h D的光/暗循环，而根则持续处于黑暗中，准备白天和黑夜的条件。为了控制箱体内的温度和湿度，气流从箱体上部引入。

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第一次实验用配制好的植物箱进行了检验³²磷酸对磷的吸收Lotus粳稻简历。Miyakogusa。施磷肥后，拍摄磷素吸收图像³²p -磷酸盐(1 MBq/30 mL Hoagland培养液)注入植株，每3 min累积一次图像，持续30 h。磷酸盐从根系到地上部分的连续吸收图像如图所示。4.22．30分钟后³²p -磷酸盐供应³²P信号已经到达了茎的顶部。在根的情况下，在连续的吸收图像中，磷素在根尖的高度积累总是显示出来，这表明活跃增殖组织总是需要大量的磷素，类似于图中所示的N源。4.19．根尖的放大图也显示在图中。

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测定植物在16 h L/8 h D光/暗条件下生长时，不同光照条件下植株组织间磷酸盐积累的差异³²绘制了发育过程中不同组织中的p -磷酸盐含量。在花中，吸收曲线与光照周期无关，但在叶中，吸收曲线在光照下变高，在黑暗中变低，在根中观察到吸收曲线的相反趋势(图2)。4.23)．

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关于磷酸盐的吸收，值得注意的一件有趣的事情是，转移到年轻组织的磷酸盐量总是很高;然而，在缺乏磷酸盐的条件下，向老叶转移的磷酸盐量与向年轻叶转移的磷酸盐量相似。另一个有趣的发现是，在缺乏磷酸盐的条件下，根系形态上的差异引起了根系形态上的差异，这降低了根系中磷酸盐的含量，但根重没有差异。RRIS获得的图像表明，它是一种很有前途的离子传输追踪工具，为我们提供了许多新的研究问题。本研究旨在进一步研究不同条件下、不同植物中磷酸盐转运体基因的种类和作用。特别是，本研究进一步研究了7个磷酸盐转运蛋白基因的表达，从LjPT1来LjPT7，并研究了不同发育阶段各转运蛋白基因在不同组织中的表达情况(数据未显示)。但是，这里省略了细节。

4.2.6.1塑料闪烁体

在所有开发的RRIS中，使用沉积在光纤板(FOS)上的Cs(Tl)I闪烁体将辐射转换为光。然而，闪烁体的一个单元尺寸固定在10 cm × 10 cm，这对于观察整个更大尺寸的植物来说太小了。为了覆盖样本的大部分区域，几个自由/开源软件相互连接。然而，植物样本有时会长得比闪烁体大得多。例如，一株水稻可以高达50-60厘米，而准备许多昂贵的自由/开源软件来覆盖整株水稻的面积是很困难的。

为了对大型工厂进行成像，研究了六种类型的低价格塑料闪烁器:FOS, BC-400, BC-408 (Saint-Gobain, La Défense Cedex，法国)和Lumineard-A, B, C和D(东京印刷油墨制造厂)。株式会社，日本东京)。闪烁体厚度分别为FOS: 0.1 mm、BC-400: 0.5 mm、BC-408: 5mm、luminard - a: 0.5 mm、luminard - b: 1mm、luminard - c: 1.3 mm、luminard - d: 5mm。luminear - b和luminear - d分别由2和10张luminear - a胶合而成。作为光学粘合剂，KE-103和CAT-103的混合物(信越化学有限公司)。东京，日本)以1:20的比例使用。

所有闪烁体的定量下限(Bq/mm²)近似为常数，与积分时间无关。在6种塑料闪烁体中，luminard - c的定量限最低。由于塑料闪烁体不是完全透明的，光学折射似乎发生在BC-400和BC-408。发光器a与低能β-射线之间的相互作用¹⁴C看起来很弱，因为luminear - a的厚度最低，只有0.5毫米。为了提高相互作用效率，将多片luminineard折叠制备了luminear - b和luminear - d。然而，5 mm厚的luminear - d转换的光在通过闪烁体时扩散，导致信号强度下降。综合考虑所有性能，选择luminear - c进行成像¹⁴C在大样本中。的¹⁴由塑料闪烁体获得的C图像在下一节中展示，其中¹⁴有限公司₂显示了水稻和玉米植物的气体固定图像。

在这种情况下³²P成像与塑料闪烁器，类似的评价试验进行了使用³²P斑(12.2 Bq/cm²)．分辨率由光斑的轮廓线得到。闪烁体中FWHM按A、B、C的顺序变宽。综合其他结果，研究表明1mm厚的luminard - b在低成本塑料闪烁器中性能最好，可以可视化和量化³²尽管较低的光输出和分辨率，但在RRIS中的P。

4.2.6.2由塑料闪烁器获得的图像

使用luminear - b作为塑料闪烁器³²P成像，摄取³²在水稻植株中可见p -磷酸盐。一株生长27天的水稻(栽培稻L. Dongjin)固定在2 μm厚铝膜覆盖的luminear - b转换器上。luminear - b的尺寸约为800 mm × 200 mm。将植物转移到含有15 MBq的40 mL培养基中³²p -磷酸盐，在暗箱中进行连续RRIS成像24 h，每隔10 min光照一次，在暗箱中拍摄图像。的时间过程运动³²水稻植株中的p -磷酸盐是通过在每片叶片上设置roi来测量的。4.28)．叶片按从最年轻的叶片开始的时间顺序依次为顶叶、第二叶、第三叶和第四叶。根据叶子的年龄，信号强度发生了剧烈的变化³²磷信号强度以幼嫩叶最高，说明生长对磷的需要量较高。此外,³²P信号强度在各叶上单调递增。然而，增加的速度逐渐下降，可能是因为叶片中的磷转移到其他年轻组织。处理后7 h，第三叶的下降最为明显。

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4.3.1.1³²水稻对p -磷酸盐的吸收

因为β射线来自³²磷(1.7 MeV)可以穿透土壤，因此可以使用RRIS来可视化土壤中的磷酸盐如何被根系吸收。为了比较土壤培养，还进行了水培养，并拍摄了吸磷图像。数字4.30显示了连续的³²3天大的水稻幼苗的p -磷酸盐摄取图像(栽培稻简历。Nipponbare)在土壤和水中培养60 h。其中一株水稻在含1.5 MBq的22.5 mL水培养液(霍格兰培养基)中生长³²P-phosphate。另一种是在20 mL (32 g)的水稻苗圃土壤中生长(Kumiai Baido, Kasanen工业株式会社，日本，每20 kg 3.1 g磷酸盐)，与15 mL含有1.5 MBq的培养液充分混合³²P-phosphate。每个成像帧的积分时间为3 min。

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在水栽培中，水稻植株持续吸收较高量的磷³²p -磷酸盐，生长速度比土壤中的植物快得多。相比之下，在土壤栽培中，只有少量³²磷被牢牢地吸附在土壤中，所以磷被根系吸收。在土壤培养中，也观察到几乎没有³²即使在20 h后，p -磷酸盐仍向地上部分转移，植株生长非常缓慢。由于磷酸盐离子的性质，由于扩散系数很低(10⁻¹²到10⁻¹⁵米²/s)时，从土壤中吸收的磷酸盐使根部周围的区域枯竭。在根部观察到的这个消耗区是一个深色的区域，在根的形状，并清楚地表明，与根相邻的磷酸盐被根吸收了。这个耗损区在几个小时内就出现了，这一区域诱导磷酸盐进一步向根移动，正如磷酸盐摄取的增加所揭示的那样。

RRIS成像也提供了一种方法来研究光和/或昼夜节律对磷酸盐摄取的影响。在60 h成像期间，植株光照条件为16 h L/8 h D明暗循环。当水培养中ROI处的磷酸盐含量，如图所示。4.30，则磷酸盐的摄取量在白天明显增加。对其他植物也进行了类似的观察，如Lotus粳稻(数据未显示)。事实上，光照条件或昼夜节律已经被发现直接或间接地影响离子摄取，这种现象可能有多种复杂的起源。

众所周知，在比较水培养和土壤培养植物的生长时，水培养植物的生长速度比土壤培养植物的生长速度快得多。这就是工厂采用水栽培来种植蔬菜的原因之一;然而，人们也知道，包括水稻在内的谷物在土壤中生长时产量要高得多;因此，室内工厂不适合种植水稻或小麦。

4.3.1.2¹³⁷水稻对Cs的吸收

福岛核事故后，运动¹³⁷土壤中的Cs引起了人们的注意。尽管我们发现¹³⁷Cs被牢固地吸附在土壤中的粘土上，对土壤的吸收¹³⁷有时用水培养的植物来研究Cs。因此，有必要将¹³⁷并将其与水培水稻植株的Cs吸收行为进行比较，部分是为了向那些担心在污染土壤中生长的植物受到污染的人们展示研究结果。

育有三片展开叶片的水稻幼苗分别在3 mL的液体培养基或含有50 kBq的土壤培养基(3 g土壤+ 3 mL液体培养基)中生长¹³⁷Cs。土壤采集自福岛地区的一片稻田。土壤中不含放射性沉降物产生的放射性铯，因为土壤是从稻田深处(距离地面5-10厘米)收集的。因此，在这两种情况下，¹³⁷水和土壤中都有碳。

如图所示。4.31，大米吸收了大量的¹³⁷c在水培养基中从根中分离，而¹³⁷土壤中碳几乎不被吸收，这与土壤中碳的吸收表现出相同的现象³²P供应引用于前一节。在对液体和土壤的放射性进行绘图时，也证实了土壤中的放射性几乎不随时间变化。的运动¹³⁷Cs在两种媒体上的吸收也以电影的形式呈现。

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在水培养的情况下，增加的速度¹³⁷叶片中Cs含量在数小时内显著下降，说明对¹³⁷c完成。第一个快速易位曲线¹³⁷5 h内对笋部的Cs可解释为木质部加载活性，5 h后出现的缓慢增加曲线可解释为¹³⁷Cs的再动员活性。

本研究进一步展开研究¹³⁷缺钾条件下植物的Cs吸收和木质部负载活性另一项发现是¹³⁷水稻植株发育阶段的碳含量与大豆植株不同，导致水稻植株的碳含量高于大豆植株¹³⁷大豆可食用部分的Cs含量高于水稻(数据未显示)。

4.3.2.1拟南芥RRIS多元素吸收图像

由于RRIS系统能够可视化元素吸收行为，因此显示了其他核素的实时成像。第一个演示是使用放射性同位素示踪剂在拟南芥中长距离离子传输的可视化，²²Na⁺，²⁸毫克^{2 +}，³²P-phosphate,³⁵S-sulfate,⁴²K⁺，⁴⁵Ca^{2 +}，⁵⁴锰^{2 +}，⁶⁵锌^{2 +}，¹⁰⁹Cd^{2 +},¹³⁷Cs⁺从根部供应。的种子拟南芥Col-0在22℃、16 h L/8 h D、100 μmol/m光/暗条件下全营养培养液中培养²S光。43天后，选择高度约25厘米的植株，转移到含有个别营养元素放射性示踪剂的20ml培养液中。示踪剂浓度如下:²²Na⁺， 25 kBq/mL;²⁸毫克^{2 +}， 25 kBq/mL;³²p -磷酸，50 kBq/mL;³⁵硫酸s, 500kbq /mL;⁴²K⁺， 1 kBq/mL;⁴⁵Ca^{2 +}， 250 kBq/mL;⁵⁴锰^{2 +}， 50 kBq/mL;⁶⁵锌，75 kBq/mL:¹⁰⁹Cd^{2 +}， 50 kBq/mL;而且¹³⁷Cs⁺， 25 kBq/mL。⁴²K⁺是由⁴²基于“增大化现实”技术,⁴²K发生器通过挤奶。²⁸Mg是由²⁷Al (α， 3p)²⁸Mg反应与Al靶分离。成像区域为离根3 ~ 22 cm的地上部分。样品在100 μmol/m的光强下辐照²每间隔15分钟，扫描15分钟。在每个15分钟间隔期间，在无光情况下进行成像。用高灵敏度CCD相机(C3077-70, Hamamatsu Photonics Co.)收集由闪烁体转换为光子的辐射15分钟。

在放射性离子供给的24 h内，各元素的积累模式和吸收速度均呈现出一定的特征。从无花果。4.32，4.33,4.34，显示各元素随时间的摄取图像，并根据放射性强度添加伪彩色。当每个元素中这些连续的图形连接起来时，就会产生一部电影来展示运动。

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序贯分析表明，拟南芥地上部分有三种分布模式。第一种是随着时间的推移而广泛分布，如²²Na,³²P,³⁵年代,⁴²K,¹³⁷Cs。由元素显示的第二个模式²⁸毫克,⁴⁵Ca,⁵⁴Mn在主节间基部富集较多。第三种模式是，积累只在叶尖或花的底部发现，在这种情况下⁶⁵锌或¹⁰⁹在的情况下⁴⁵钙、²⁸毫克,或⁵⁴Mn，即使在24 h后，也只有少量的离子到达茎尖，并且移动非常缓慢。相反，重元素⁶⁵锌和¹⁰⁹Cd的移动速度非常快，当它们转移到地上部分时，突然向叶片移动，没有在其他组织中积累，而是在叶尖处积累。24小时后三种元素剖面模式的典型例子如图所示。4.35．

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吸收图像的差异，表明了运动的分布和速度的差异，似乎至少部分来自元素的化学形式;一组由单价阳离子或阴离子组成，例如²²Na,⁴²K,¹³⁷c，而另一组是多价阳离子，如²⁸毫克,⁴⁵Ca,⁵⁴锰。从沿主干从下到上的广泛分布剖面来看，单价阳离子和阴离子在维管组织中移动平稳快速，而多价阳离子则移动缓慢。多价阳离子的低速转运可能源于离子与木质部血管负电荷细胞壁的相互作用。

4.3.2.2拟南芥中的镁运动

在所研究的元素中，元素的特征输运²⁸以花序主茎内的Mg为例。当在节点间的不同部位设置两个感兴趣区域(ROIs)时，放射性计数随时间的差异更清楚地显示了元素的运动。在间隔30 mm处设置两个roi(图。4.36)．信号强度为²⁸在ROI: A中Mg被设置在较低的位置，在成像开始后不久就超过了定量限(LOQ)，并继续线性增加。LOQ对应于放射性同位素首次被检测到的最早时间。随后，大约6小时后²⁸ROI: B中Mg含量在较高位置开始线性增加。根据ROI:A和ROI:B之间的时间差距，所需要的时间²⁸Mg到30mm的速度为5.5 h^{2 +}主杆顶部的风速估计为5.5毫米/小时。通过类似的测量，速度³²P计算为> 60mm /h。

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数量²⁸Mg对植株上部的输送量较小。然而，在花序的主茎尖需要Mg。结合有限的Mg运动信息，分析了各节点的积累行为[3.］．为了估计Mg在这部分的积累是为了转移到连接的分支，还是只传递到主茎上部，我们计算了在节点某部分积累的Mg与该节点以上吸收的所有Mg的比例。如图所示。4.37，选择1个节间和该部位以上3个节间，每个节间长度为1.5 cm (A1-A4)，选择高于A各位置的部分(B1-B4)。在A1到A4, B1到B4的所有位点上，吸收曲线呈线性增加(图2)。4.38)．然后，计算各A位置的累积比为A/(A + B)，由该比值可估计木质部组织对Mg的装载方式，即比值高时，Mg在木质部组织中的积累特征较高，比值低时，Mg在该部位的积累量较低，只是转移到植株的上部。计算该比值时，各节点的累积率随时间变化不大，且随着节点位置的升高，累积率增加(图2)。4.39)．结果表明，Mg从木质部组织转移到茎节处的比例保持不变，且在茎上部的积累速率较高，这表明木质部转运运动的速度较慢²⁸Mg随节间高度的增加而降低。

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但离子到达茎部底部后，除木质部流动外，还应考虑韧皮部对离子运输的促进作用。为了评估韧皮部对离子运输的贡献，对43日龄的拟南芥幼苗进行了与前一节相同时期的热捆绑。主阀杆用烙铁加热了几秒钟。首先，1 MBq的¹⁴有限公司₂对莲座丛叶片进行加热处理，并对整个植株进行IP成像，以验证热包裹技术的可靠性。由于IP在处理前后在植物节间(数据未显示)没有显示光合产物图像，10 kBq/mL的²⁸通过RRIS获取的连续图像，得到植物对Mg的吸收曲线。的²⁸Mg沿主茎的分布规律与未处理的植株相似(图2)。4.40)．动力学分析表明，Mg^{2 +}木质部的流量为5.5 mm/h，与上述完整拟南芥的流量相似。因此，向上的Mg^{2 +}在根吸收的前24小时内，主茎第三节间内的运动可能主要由木质部流动介导，而韧皮部的贡献很少。相反，在的情况下³²对磷的吸收，导致热环化较强³²P信号积聚在主茎底部，未处理的拟南芥中未观察到(数据未显示)。

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4.3.2.3水稻对Mg和K的吸收

利用发芽12 ~ 14天后的水稻幼苗，获取其摄取图像²⁸毫克,³²P,³⁵年代,⁴²K,⁴⁵Ca 12小时。²⁸Mg和⁴²K幅图像如图所示。4.41．

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将ROI(感兴趣区域)设置在第3和第4叶，以及对两者的吸收²⁸Mg和⁴²K被标出来了。结果表明，两种元素的积累模式不同。两叶中Mg的含量相似，直到12 h呈线性增加。随着本研究的进一步发展，应用此方法²⁸Mg成像技术，发现早期Mg缺乏反应出现，特别是在第5叶[18］．进一步研究了这一结果，以确定镁的吸收、转运和利用机制²⁸Mg作为示踪剂(数据未显示)。以K为例，第3叶和第4叶的积累量差异显著。第三叶吸收钾的速度和钾的量比第四叶高2倍以上，表明对钾的运动反应较快，特别是对钾需求较高的组织。由于K对Cs的吸收具有竞争性，施K对Cs的吸收具有抑制作用¹³⁷Cs从根吸收时⁴²K作为示踪剂使用。⁴²K进一步用于研究¹³⁷福岛核事故造成的碳污染。