根系動態(tài)生長監(jiān)測和顯微成像系統(tǒng)

Dynamic monitoring system and microscopic imaging  for Root growth

1、用途：

定時(shí)自動成像霧培、水培、瓊脂培養(yǎng)基培、土培、沙培的盆栽農(nóng)作物根系，并動態(tài)監(jiān)測其根系生長速度，動態(tài)跟蹤根系細(xì)微結(jié)構(gòu)、根尖數(shù)和根毛變化，以及根尖病變情況，宏觀動態(tài)統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)刻點(diǎn)根系的整體發(fā)展變化，還可分析洗凈根系情況，獲得根系生長的動態(tài)數(shù)據(jù)，以便科學(xué)客觀地評價(jià)植物生長質(zhì)量相應(yīng)關(guān)鍵因素，如分析：光照、水肥、溫濕度環(huán)境對生長與抗逆性的影響。

2、系統(tǒng)組成：

4組自動對焦800萬像素多關(guān)節(jié)的大景深拍攝儀+背光套件+透明培養(yǎng)扁盒，1個(gè)條碼掃碼槍+1組10個(gè)的瓊脂培養(yǎng)透明扁盒，1臺光學(xué)分辨率4800×9600、A4加長的雙光源彩色掃描儀，連續(xù)變焦單筒體視測量顯微鏡+500萬像素顯微相機(jī)、手動X-Y移動顯微平臺+上下光源，根系動態(tài)生長監(jiān)測分析軟件和電腦（酷睿i5 8400以上 CPU /8G內(nèi)存/500G硬盤/1G顯存/ 19.5”彩顯/無線網(wǎng)卡）。

3、 主要性能指標(biāo)：

1）多關(guān)節(jié)的大景深拍攝儀+背光成像套件可在植物側(cè)面等位置上拍照成像。可調(diào)設(shè)定0.5-48小時(shí)間隔拍照來自動成像根系（標(biāo)配4套動態(tài)生長監(jiān)測拍照成像硬件，含4個(gè)寬240mm x高380mm的透明培養(yǎng)扁盒。監(jiān)控電腦1分鐘內(nèi)可全自動拍完照另做他用。若需實(shí)時(shí)監(jiān)測10個(gè)視野的作物植株，需配10套拍照成像組件）。也可用單套成像硬件，通過換盆掃碼拍照或手動拍照來不限數(shù)量地成像對應(yīng)編號的盆栽根系（標(biāo)配1組10個(gè)的內(nèi)空尺寸寬205mm x高305mm x厚5mm可做左右對比的瓊脂培養(yǎng)基透明扁盒，以便用掃描儀獲取細(xì)微至0.2mm直徑的瓊脂培養(yǎng)原位根系圖像）。系統(tǒng)能自動生成根系的整體發(fā)展變化和生長的動態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)圖示標(biāo)記活體根系每天的新生長量和統(tǒng)計(jì)其對應(yīng)的新生長根量，包括不同深度位置上的根量變化。系統(tǒng)具備對根系生長異常的預(yù)警機(jī)制。

2）可按被監(jiān)控根系分塊區(qū)域圖像顯示根量隨時(shí)間變化的密度熱力圖，各部位的變化精細(xì)度可由分塊監(jiān)控大小來自定義控制。根系軟件能自動生成根系生長的視頻，以便按時(shí)間節(jié)點(diǎn)來回溯查看。

3）可對原位土培根系圖像進(jìn)行交互引導(dǎo)分析、鎖定編輯根系路徑、修正根系的長短、粗細(xì)、位置等。具有鼠標(biāo)編輯點(diǎn)的跟隨放大鏡。能自動拼接多張?jiān)桓祱D。

4）可做洗凈根系分析：1)根總長；2)根平均直徑；3)根總面積；4)根總體積；5)根尖計(jì)數(shù)；6)分叉計(jì)數(shù)；7)交疊計(jì)數(shù)；8)根直徑等級分布參數(shù)；9)根尖段長分布，10)可不等間距地自定義分段直徑，自動測量各直徑段長度、投影面積、表面積、體積 等，及其分布參數(shù)；11)能進(jìn)行根系的顏色分析，確定出根系存活數(shù)量，輸出不同顏色根系的直徑、長度、投影面積、表面積、體積。12)能進(jìn)行根系的拓?fù)浞治?，自動確定根的連接數(shù)、關(guān)系角等，還能單獨(dú)地自動分析主根或任意一支側(cè)根的長度和分叉數(shù)等，可單獨(dú)顯示標(biāo)記根系的任意直徑段相應(yīng)各參數(shù)（分檔數(shù)、檔直徑范圍任意可改，可不等間距地自定義），并能進(jìn)行根的分叉裁剪、合并、連接等修正，修正操作能回退，以快速獲得*正確的結(jié)果。13)能用盒維數(shù)法自動測根系分形維數(shù)?？煞治龈鼍w積在根系中的占比，以客觀確定根瘤菌體貢獻(xiàn)量。14)大批量的全自動根系分析，對各分析結(jié)果圖可編輯修正。15)能做根系生物量分布的大批量自動化估算。16)能自動測量油菜、大豆等果莢的果柄、果身、果喙部分的粗細(xì)、長、弧長、玄高等參數(shù)。能自動測量各種粒的芒長。17)能測各類針葉的葉面積、長度、粗細(xì)。18)各分析圖像、分布圖、結(jié)果數(shù)據(jù)可保存，分析結(jié)果輸出至Excel表，可輸出分析標(biāo)記圖。

5）可單筒體視顯微鏡500萬像素彩色成像（可放大270倍），能自動拼接多張顯微根系圖，可分辨小至0.01mm的根毛，方便觀察根際細(xì)微結(jié)構(gòu)、根尖數(shù)和根毛變化，以及根尖病變情況；手動X-Y移動顯微平臺可二維掃描微觀根系，獲得超高分辨率的大幅面根系圖像。

根系動態(tài)生長監(jiān)測和顯微成像系統(tǒng)