根系動態生長監測和顯微成像系統

Dynamic monitoring system and microscopic imaging  for Root growth

1、用途：

定時自動成像霧培、水培、瓊脂培養基培、土培、沙培的盆栽農作物根系，并動態監測其根系生長速度，動態跟蹤根系細微結構、根尖數和根毛變化，以及根尖病變情況，宏觀動態統計分析不同時刻點根系的整體發展變化，還可分析洗凈根系情況，獲得根系生長的動態數據，以便科學客觀地評價植物生長質量相應關鍵因素，如分析：光照、水肥、溫濕度環境對生長與抗逆性的影響。

2、系統組成：

4組自動對焦800萬像素多關節的大景深拍攝儀+背光套件+透明培養扁盒，1個條碼掃碼槍+1組10個的瓊脂培養透明扁盒，1臺光學分辨率4800×9600、A4加長的雙光源彩色掃描儀，連續變焦單筒體視測量顯微鏡+500萬像素顯微相機、手動X-Y移動顯微平臺+上下光源，根系動態生長監測分析軟件和電腦（酷睿i5 8400以上 CPU /8G內存/500G硬盤/1G顯存/ 19.5”彩顯/無線網卡）。

3、 主要性能指標：

1）多關節的大景深拍攝儀+背光成像套件可在植物側面等位置上拍照成像。可調設定0.5-48小時間隔拍照來自動成像根系（標配4套動態生長監測拍照成像硬件，含4個寬240mm x高380mm的透明培養扁盒。監控電腦1分鐘內可全自動拍完照另做他用。若需實時監測10個視野的作物植株，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量地成像對應編號的盆栽根系（標配1組10個的內空尺寸寬205mm x高305mm x厚5mm可做左右對比的瓊脂培養基透明扁盒，以便用掃描儀獲取細微至0.2mm直徑的瓊脂培養原位根系圖像）。系統能自動生成根系的整體發展變化和生長的動態數據，動態圖示標記活體根系每天的新生長量和統計其對應的新生長根量，包括不同深度位置上的根量變化。系統具備對根系生長異常的預警機制。

2）可按被監控根系分塊區域圖像顯示根量隨時間變化的密度熱力圖，各部位的變化精細度可由分塊監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，以便按時間節點來回溯查看。

3）可對原位土培根系圖像進行交互引導分析、鎖定編輯根系路徑、修正根系的長短、粗細、位置等。具有鼠標編輯點的跟隨放大鏡。能自動拼接多張原位根系圖。

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)根尖計數；6)分叉計數；7)交疊計數；8)根直徑等級分布參數；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；11)能進行根系的顏色分析，確定出根系存活數量，輸出不同顏色根系的直徑、長度、投影面積、表面積、體積。12)能進行根系的拓撲分析，自動確定根的連接數、關系角等，還能單獨地自動分析主根或任意一支側根的長度和分叉數等，可單獨顯示標記根系的任意直徑段相應各參數（分檔數、檔直徑范圍任意可改，可不等間距地自定義），并能進行根的分叉裁剪、合并、連接等修正，修正操作能回退，以快速獲得*正確的結果。13)能用盒維數法自動測根系分形維數。可分析根瘤菌體積在根系中的占比，以客觀確定根瘤菌體貢獻量。14)大批量的全自動根系分析，對各分析結果圖可編輯修正。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、長、弧長、玄高等參數。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。18)各分析圖像、分布圖、結果數據可保存，分析結果輸出至Excel表，可輸出分析標記圖。

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，方便觀察根際細微結構、根尖數和根毛變化，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。

根系動態生長監測和顯微成像系統