一种室内根系表型检测平台

技术领域

本发明涉及根系表型检测技术领域，具体涉及一种室内根系表型检测平台。

背景技术

根，被称为“隐藏起来的一半”主要生长在地下，是植物重要的器官。根系可以从土壤中获取水分和养分，同时也是养分的储存场所。根系构型决定了作物对土壤中水分和养分的吸收能力，以及地上部分表型变化情况和产量的高低。发达的根系是植物应对逆境最显著,也是最重要的特征。通过根系性状的改良有利于塑造地上和地下性状相统一的理想全株型，从而打破地上性状单项选育的瓶颈。

植物根系数据获取手段与方法一直是根系研究的重点，主要分为室内探测与田间探测两大类。传统的人工获取表型数据的方法效率慢、精度低、成本高，虽然近年来根系构型检测方法不断发展，但受环境条件和技术手段等限制，在相当长一段时间内还难以实现高通量、精确测量，无法对作物根系进行直接改良。根盒式根系表型检测系统是近年兴起的比较新颖的种植方法，植株可以直接种植在土壤中，通过搭载的高光谱相机、RGB可见光相机，获取根长、根宽、根深、凸包面积等多种根系相关参数，可应用于水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等多种农作物的研究。

但根盒种植模式由于兴起不久，体系远远不够成熟。现有的根盒主要用于室外栽培，不能对温度、湿度、光照等进行精确调控，无法达到精准农业的要求。

而发展室内栽培模式，目前存在以下问题：

一、缺少配套的去噪系统，由于室内光线不足或局部过强以及背景噪音大等问题，难以获得高清晰图像。

二、现有的机器人成像系统还不够成熟，只可以采集地上部有限角度的侧视照片以及根系照片，不能做到多角度俯视、侧视拍摄。并且，一直以来，都无法实现地上部顶视照片的采集，难以获得完整、全面、真实的植株生长状态，而对于不同物种而言，顶视角度获取的部分性状可能是一些物种整体株型的重要参考。

三、随着高通量组学的发展，由于根盒大小的限制，根盒单株种植栽培模式制约了根系研究的通量、用途，尽可能多的在根盒中设置生物学重复以便于缩短根系的研究时间是该装置面临的重要问题。同时，如果直接进行双株种植，不同生物学重复或实验材料根系之间可能会产生交叉影响。尤其在一些逆境生物学实验中，例如干旱、盐处理，需要对照组正常生长，而实验组进行对应的干旱胁迫或盐胁迫，现有的根盒无法满足将对照组和实验组同时种植于同一根盒的要求，这就限制了根盒用途和科学研究的发展。

基于以上问题，亟需建立一套系统、完善、成熟的室内根系表型检测平台，这将为解析作物根系的遗传基础和为利用高通量表型组技术进行作物根系遗传改良和分子育种提供新的思路与参考。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提供一种实用、高效、系统的室内根系表型检测平台。

本发明采用如下技术方案：

一种室内根系表型检测平台，包括根室，根室内布置由根盒单元组成的根盒阵列，根盒单元以列为组形成根盒单元列；根盒单元列之间布置轨道，轨道上设有行走载体，行走载体上有成像采集单元；根盒单元列的玻璃板一侧倾斜倾向下并面向轨道，所述根盒单元列的另一侧设有黑色幕布，黑色幕布由上方的电动卷帘控制。

进一步的，所述成像采集单元包括根系成像采集单元和作物地上部成像采集单元，行走载体上安装有向上延伸的支架，根系成像采集单元安装在行走载体上，作物地上部成像采集单元安装在支架上。

进一步的，所述作物地上部成像采集单元包括竖杆，竖杆上安装有第一相机和第一补光灯，其中，第一补光灯的补光方向水平指向根盒单元布置，第一相机的拍照方向水平指向根盒单元布置；

竖杆的顶端连接有水平杆，水平杆上安装第二相机和第二补光灯，其中，第二补光灯补光方向垂直向下指向根盒单元布置，第二相机的拍照方向垂直向下指向根盒单元布置。

进一步的，所述竖杆与支架顶端转动连接；所述支架为上下方向可伸缩的伸缩支架。

进一步的，所述根盒单元包括根盒和主框架，根盒倾斜放置在主框架上；根盒包括装土框以及位于装土框前后两侧的盖板与玻璃板，装土框和盖板与玻璃板之间形成装土腔。

进一步的，所述根盒单元的装土腔内设有隔板，隔板沿装土腔的长度方向延伸，隔板将装土腔左右分隔为若干个子腔。

进一步的，所述隔板包括前隔板条和后隔板条，前隔板条和后隔板条通过中间的弹性粘胶层连接；前隔板条和后隔板条在弹性粘胶层的弹力作用下分别与对应的盖板与玻璃板密封压接。

进一步的，所述前隔板条和/或后隔板条上沿长度方向设有刻度。

进一步的，所述根盒单元的主框架上设有对根盒的补光单元。

进一步的，与根盒单元配合设有室内根盒滴灌系统，以及温度管理系统、湿度管理系统和光照管理系统。

本发明的有益效果：

1、本发明在根室内添加黑色幕布，黑色幕布由上方的电动卷帘控制，可有效去除拍照时背景噪音。

本发明同时在主框架上设置对根盒的补光单元，解决根盒玻璃反光问题，补光单元与黑色幕布配合，进一步有效消除图像背景噪音。

2、本发明中成像采集单元包括根系成像采集单元和作物地上部成像采集单元，作物地上部成像采集单元安装在支架上，可以对植物地上部分采集清晰的侧视、俯视、顶视照片和根系照片，实现地上部顶视照片的采集，获得完整、全面、真实的植株生长状态，适用于研究植物全株特性。

本发明中竖杆与支架顶端转动连接，支架为上下方向的伸缩支架，实现作物地上部成像采集单元的上下伸缩、左右旋转，适用于不同作物研究和多角度俯视和侧视拍摄。

本发明中支架可伸缩、收纳，使整套装置更加便携。

3、本发明中隔板将装土腔左右分隔为若干个子腔，实现双株或多株种植，有效提高根盒通量，缩短根系研究时间，拓展根盒用途，满足多种科研与生产需要。

本发明中隔板包括前隔板条和后隔板条，前隔板条和后隔板条通过中间的弹性粘胶层连接；前隔板条和后隔板条在弹性粘胶层的弹力作用下分别与对应的盖板与玻璃板密封压接，隔板可以有效隔绝根盒两侧空间，该材质可重复使用，不易损坏，弹性粘胶层有助于充分密闭空间缝隙。

本发明中前隔板条和/或后隔板条上沿长度方向设有刻度，便于实验观察与记录。

4、本发明通过配备的室内根盒滴灌系统，结合稳定可控的温度、湿度、光照管理，实现精准农业。

附图说明

图1为本发明的整体布置示意图；

图2为图1的主视图；

图3为本发明中成像采集单元部位的立体示意图一；

图4为本发明中成像采集单元部位的立体示意图二；

图5为本发明中成像采集单元部位的主视图；

图6为本发明中根盒单元的结构示意图；

图7为本发明中根盒在隔板处的纵向剖视图；

图8为本发明中隔板的纵向剖视图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

具体实施方式的

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图8所示，本实施例提供一种室内根系表型检测平台，包括根室，根室内布置由根盒单元1组成的根盒阵列，根盒单元1以列为组形成根盒单元列5；根盒单元列5之间布置轨道2，轨道2上设有行走载体3，行走载体3上有成像采集单元。

本实施例中，根盒单元1包括根盒11和主框架12，根盒11倾斜放置在主框架12上；根盒11包括装土框13以及位于装土框13前后两侧的盖板14与玻璃板15，装土框13和盖板14与玻璃板15之间形成装土腔。

根盒单元列5的玻璃板一侧倾斜倾向下并面向轨道2，根盒单元列5的另一侧设有黑色幕布4，黑色幕布4由上方的电动卷帘41控制，可有效去除拍照时背景噪音。

本实施例中，在主框架12上设置对根盒11的补光单元13，补光单元13包括灯管，将灯管固定于根盒11两侧，灯管上固定喷有黑色哑光漆的角铝，用于反方向挡住光线，从根源上解决光线不均、根盒玻璃反光问题。同时，补光单元与黑色幕布配合，进一步有效消除图像背景噪音。

成像采集单元包括根系成像采集单元31和作物地上部成像采集单元32，行走载体3上安装有向上延伸的支架33，支架33为上下方向可伸缩的伸缩支架。支架33采用三角架结构，可伸缩、收纳，使整套装置更加便携。

根系成像采集单元31安装在行走载体3上，作物地上部成像采集单元32安装在支架33上。

作物地上部成像采集单元32包括竖杆34，竖杆34与支架33顶端转动连接，竖杆34上安装有第一相机35和第一补光灯36。其中，第一补光灯36的补光方向水平指向根盒单元布置，第一相机35的拍照方向水平指向根盒单元布置。

竖杆34的顶端连接有水平杆37，水平杆37上安装第二相机38和第二补光灯39。其中，第二补光灯39补光方向垂直向下指向根盒单元布置，第二相机38的拍照方向垂直向下指向根盒单元布置。

上述根系成像采集单元31和作物地上部成像采集单元32采用的元器件均为现有技术。

本发明中成像采集单元包括根系成像采集单元31和作物地上部成像采集单元32，作物地上部成像采集单元32安装在支架上，可以对植物地上部分采集清晰的侧视、俯视、顶视照片和根系照片，实现地上部顶视照片的采集，获得完整、全面、真实的植株生长状态，适用于研究植物全株特性。

本发明还可以实现作物地上部成像采集单元32的上下伸缩、左右旋转，适用于不同作物研究和多角度俯视和侧视拍摄。

根盒单元1的装土腔内左右排布设有若干个隔板6，每个隔板6沿装土腔的长度方向延伸，隔板6将装土腔左右分隔为若干个子腔，本实施例优选为，隔板6设有一个，隔板6将装土腔左右分隔为两个子腔，形成双株种植，有效提高根盒通量，缩短根系研究时间，拓展根盒用途，满足多种科研与生产需要。

其中，隔板6包括前隔板条61和后隔板条62，前隔板条61和后隔板条62通过中间的弹性粘胶层63连接；前隔板条61和后隔板条62在弹性粘胶层63的弹力作用下分别与对应的盖板14与玻璃板15密封压接，隔板6可以有效隔绝根盒两侧空间，可重复使用，弹性粘胶层63的弹力作用有助于充分密闭空间缝隙。

本实施例中，前隔板条61和后隔板条62为PVC材质，不易损坏，可重复使用。

本实施例中，前隔板条61和/或后隔板条62上沿长度方向设有刻度，便于实验观察与记录。

与根盒单元1配合还设有室内根盒滴灌系统，以及温度管理系统、湿度管理系统和光照管理系统，实现稳定可控的温度、湿度、光照管理，实现精准农业。

本实施例建立一套系统、完善、成熟的室内根系表型检测平台，为解析作物根系的遗传基础和为利用高通量表型组技术进行作物根系遗传改良和分子育种提供新的思路与参考。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。