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系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該系統(tǒng)由培養(yǎng)模塊、運(yùn)輸模塊、檢測(cè)模塊、清洗模塊四部分構(gòu)成。平臺(tái)系統(tǒng)自帶可見(jiàn)光檢測(cè)設(shè)備，可拓展外接高光譜成像設(shè)備。系統(tǒng)還可達(dá)到以下要求：檢測(cè)速率50板/小時(shí)； 數(shù)據(jù)提取精度＞95%； 視距50cm處能達(dá)到1mm達(dá)到3-4像素。

系統(tǒng)平臺(tái)?意圖

· 培養(yǎng)模塊：根盒放置于培養(yǎng)架，根盒底部設(shè)計(jì)特殊固定卡槽底座。目標(biāo)植株于根盒中培養(yǎng)生長(zhǎng)。根盒自身附帶特定標(biāo)簽，可通過(guò)軟件進(jìn)行精確追蹤，生長(zhǎng)周期采集數(shù)據(jù)電子入檔。

· 運(yùn)輸模塊：運(yùn)輸推車(chē)底座配備特制夾取固定裝置， 能夠與根盒底部精準(zhǔn)匹配， 可將根盒從培養(yǎng)架運(yùn)輸至暗箱的傳動(dòng)裝置上， 隨后將根盒送至暗箱內(nèi)部進(jìn)行根盒標(biāo)簽掃描和根系部分?jǐn)?shù)據(jù)采集。

· 檢測(cè)模塊：由暗箱、成像系統(tǒng)、微量土壤取樣模塊、內(nèi)置光源、固定系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置組成，負(fù)責(zé)檢測(cè)目標(biāo)植株各項(xiàng)生理參數(shù)。微量土壤取樣模塊旨在實(shí)現(xiàn)植物根際微尺度范圍內(nèi)（約0-5mm）土壤或溶液樣品的無(wú)損、定量采集，用于根際分泌物、微生物群落及化學(xué)梯度的精細(xì)研究。傳動(dòng)裝置支持批量檢測(cè)，可同時(shí)容納三板根盒。目標(biāo)植株檢測(cè)完成后，運(yùn)輸推車(chē)將根盒夾取并送回培養(yǎng)架原位；同時(shí)，另一推車(chē)同步將待檢測(cè)的新根盒運(yùn)送至傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)不間斷數(shù)據(jù)采集。

· 清洗模塊：定期清潔維護(hù)根盒光學(xué)面板， 可通過(guò)特定裝置非人工夾取光學(xué)面板。

軟件功能

· 樣本編號(hào)智能管理

該功能聚焦于樣本全生命周期的編號(hào)規(guī)范化與智能化管理，通過(guò)建立統(tǒng)一的編碼規(guī)則（ 如包含樣本類(lèi)型、采集時(shí)間、處理批次等信息），實(shí)現(xiàn)樣本編號(hào)的自動(dòng)生成、關(guān)聯(lián)與溯源。支持批量導(dǎo)入導(dǎo)出、編號(hào)查重校驗(yàn)及樣本狀態(tài)實(shí)時(shí)更新， 可與后續(xù)表型分析環(huán)節(jié)無(wú)縫對(duì)接，尤其適用于多批次、多類(lèi)型樣本的規(guī)模化研究場(chǎng)景。

· 根系形態(tài)特征提取

基于圖像識(shí)別與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)根系圖像（如掃描圖、顯微圖像等）進(jìn)行自動(dòng)化分析，精準(zhǔn)提取關(guān)鍵形態(tài)參數(shù)?？勺R(shí)別直徑1mm以上根系，提取精度95%以上，并量化根系長(zhǎng)度、直徑、表面積、體積、分支數(shù)、根尖數(shù)量、交叉點(diǎn)數(shù)等特征，智能估算生物量，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)根系生長(zhǎng)變化，解析生長(zhǎng)速率。突破傳統(tǒng)人工測(cè)量的主觀性和低效率限制。同時(shí)支持不同生長(zhǎng)階段根系形態(tài)的對(duì)比分析，廣泛應(yīng)用于作物育種、植物生理學(xué)研究等領(lǐng)域。

· 表型參量統(tǒng)計(jì)及動(dòng)態(tài)分析

整合樣本編號(hào)、根系形態(tài)、理化表型等多維度數(shù)據(jù)，提供強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析與可視化功能。支持對(duì)單/多組樣本的表型參數(shù)進(jìn)行均值、方差、顯著性檢驗(yàn)（ 如t檢驗(yàn)、ANOVA）等統(tǒng)計(jì)計(jì)算，同時(shí)通過(guò)折線圖、熱圖、動(dòng)態(tài)曲線等方式，直觀展?表型參數(shù)隨時(shí)間、環(huán)境或處理?xiàng)l件的變化趨勢(shì)，揭?表型與基因型、環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)。

以上功能覆蓋了從樣本管理到表型數(shù)據(jù)獲取、分析的全流程，通過(guò)智能化技術(shù)提升植物表型研究的效率與精度，助力農(nóng)業(yè)育種、植物科學(xué)等領(lǐng)域的創(chuàng)新研究。

軟件界面展?

系統(tǒng)特點(diǎn)

· 拓展性：可外接拓展高光譜成像設(shè)備；

· 兼容性：可兼容多款高光譜儀器軟硬件操作；

· 高透射率：根盒采用特制光學(xué)玻璃材料， 透射率達(dá)90%以上；

· 自動(dòng)化：推車(chē)自帶根盒夾取裝置， 無(wú)需人工搬運(yùn)；

· 不間斷采集：根盒、運(yùn)輸推車(chē)、傳動(dòng)裝置配套配合，穩(wěn)定運(yùn)輸， 實(shí)現(xiàn)不間斷采集；

· 全流程實(shí)時(shí)追蹤：根盒帶有固定編碼， 暗箱配套掃描裝置， 支持追蹤溯源， 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位；

· 提取根系基本形態(tài)特征，還可實(shí)現(xiàn)多樣化根系表型參量統(tǒng)計(jì)及動(dòng)態(tài)分析；

· 如有需要， 可獲取地下、地上部分全部圖像數(shù)據(jù)。

培養(yǎng)模塊-根盒設(shè)備參數(shù)

培養(yǎng)架?意圖

· 長(zhǎng)度：100cm

· 寬度：30cm

· 厚度：5cm

· 重量：20kg

· 材質(zhì)：不銹鋼 、特殊光學(xué)玻璃 .  面板透射率：90%

· 面板易于拆卸，方便清洗與維護(hù)

· 底部裝有排土孔、排水孔、固定卡槽

· 根盒兩側(cè)均勻分布數(shù)個(gè)土壤取樣口 ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)根系周?chē)寥廊?/span>

· 溫度范圍：0℃-50℃

根盒?意圖

運(yùn)輸模塊-推車(chē)設(shè)備參數(shù)

· 重量 ：40kg

· 電機(jī)步進(jìn)角： 1.8 °

· 電壓： 3V

· 通訊接口 ： RS485 ，基于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議。

· 運(yùn)動(dòng)方式： 扶手按壓前進(jìn)

· 推車(chē)底座安裝有與根盒底座相匹配的特制夾取固定裝置。

檢測(cè)模塊-設(shè)備參數(shù)

可見(jiàn)光相機(jī)

暗箱

· 遮光率： ＞99%

· 檢測(cè)速率： 50板/小時(shí)

· 根系數(shù)據(jù)范圍： 視距50cm處能達(dá)到1mm達(dá)到3-4像素。

· 自動(dòng)調(diào)節(jié)燈源

· 兼容多款高光譜儀器軟硬件操作

微量土壤取樣器

· 無(wú)損采集根際土壤樣品 ，保留自然根-土界面結(jié)構(gòu)。 .  支持定點(diǎn) 、 多點(diǎn)或時(shí)間序列取樣。

· 與液相色譜 、代謝組學(xué) 、 離子色譜等后續(xù)分析兼容。 .  可擴(kuò)展為自動(dòng)化多通道采樣系統(tǒng)。通過(guò)采集到的根際土壤樣品 ， 結(jié)合后續(xù)分析手段（ 如LC-MS 、 GC-MS 、 IC 、 ICP-MS 等）， 可以得到如下參數(shù)：

· 可溶性有機(jī)物 （有機(jī)酸、氨基酸、糖類(lèi)、多酚類(lèi)等小分子代謝物）；

· 植物根際信號(hào)分子（黃酮、萜類(lèi)、苯丙素類(lèi)等）；

· 無(wú)機(jī)離子與營(yíng)養(yǎng)元素 （N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn等可溶態(tài)營(yíng)養(yǎng)離子濃度）；

· 根際pH 、 離子強(qiáng)度 、 電導(dǎo)率（EC）、氧化還原電位（Eh）……

光源

· 功率： 20W

· 色溫： 6500K

· 尺寸 ： 1185.8*28.4*35.7(mm) .   防頻閃

· 額定功率/電流： 20W/0 .09A

· 光通量： 1800lm .  顯色指數(shù)： >70

清洗模塊-設(shè)備參數(shù)

· 通過(guò)特制裝置非人工夾取光學(xué)面板

· 特制清潔毛刷

· 清洗完成可輔助根盒原位組裝

· 水流固定不飛濺

應(yīng)用領(lǐng)域

使用該設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模苜蓿群體全生育期根系表型監(jiān)測(cè) ， 探究全生育期范圍內(nèi)根系表型對(duì)干旱 、 鹽堿等非生物脅迫的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。