一种盆栽植物高通量表型检测装置

技术领域

本发明涉及植物表型检测技术领域，具体为一种盆栽植物高通量表型检测装置。

背景技术

植物表型是受基因和环境因素决定或影响的,反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状。在生物学和遗传育种领域，特别是作物育种领域，表型是指基因型和环境决定的形状、结构、大小、颜色等生物体的外在性状。表型组又是指某一生物的全部性状特征，不仅仅局限于农艺性状，还应更加关注植株所表现出来的生理状态。随着多数代表植物全基因组测序的结束，科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性，并将其提到的“组学”的高度。植物表型组学是研究植物的生长、表现和组成的科学，它的研究可以从小至核苷酸序列细胞，大至组织、器官种属群体的表型来研究分析，并且可以进一步整合到基因组学研究中；而从系统生物学角度来看，从基因组到转录组、蛋白质组、代谢组以及表型组，表型组是各种组的表现形式。因此，植物表型组学的研究将是涉及植物各个方面的研究领域。

植物表型参数的分析与育种息息相关。传统的表型数据的获取主要是通过手工测量和照相后软件分析进行。手工测量可以获取植物直径、叶长、叶片数目等指标，照相后软件分析或通过叶面积仪可以获取植物的叶长、叶宽、叶面积、叶倾角等指标。这些测量都需要花费大量时间，测量结果准确性较低，工作繁琐，工作量大，这些缺点大大限制了大规模遗传育种筛选的效率。此外，国内采用的这些传统方法都只能获得植物表型的部分指标，优良株型的选择等也只能依靠科研人员经验选择，而每个人的选择标准不同，甚至差异很大，造成没有办法统计。鉴于大量的植物表型组学数据，表型信息的联用对功能基因组学的研究意义巨大，必须要依托准确科学的高通量植物表型平台去完成工作。

随着自动化技术、机器视觉技术和机器人技术在表型领域的应用，高通量、精准高效的植物表型测定技术已得到日新月异的发展。高通量植物表型平台是一种未来化“精准农业”技术，它是遗传学、传感器以及机器人的结合体。它可被用于研发新的作物品种，或提高作物营养含量、耐抗旱以及抗病虫害的能力。高通量植物表型平台技术可以采用多个传感器测量植物的重要物理数据，比如结构、株高、颜色、体积、枯萎程度、鲜重、花/果实的数目等。这些都属于表型特征，也是植物遗传代码的物理表达。科学家可以将这些数据与特定植物的已知遗传数据对比,将基因型-表型进行关联分析，从而达到高级遗传育种之目的。

为了提升植物表型检测效率，研究人员大多使用盆栽植物进行检测。然而，目前现有的盆栽植物高通量表型检测装置，大多只能够进行单纯的表型检测，且往往结构复杂、造价高昂：一方面，单纯检测表型无法实现对变量的控制，难以提高研究效率；另一方面，造价制约了检测装置的推广应用。因此，亟需一种新型的盆栽植物高通量表型检测装置，针对上述缺陷做出改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盆栽植物高通量表型检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盆栽植物高通量表型检测装置，包括一组圆弧皮带机和一组直皮带机，所述圆弧皮带机与直皮带机组成环形输送装置，所述环形输送装置的左侧设置有检测室，环形输送装置的右侧设置有补光室，所述检测室的前侧设置有水肥一体机，检测室的左侧设置有控制台，所述检测室和补光室的前侧后侧壁上设置有避让通道，所述环形输送装置从避让通道中穿过，所述避让通道上安装有电动移门，所述检测室内设置有检测装置，所述检测装置包括支架，所述支架固定连接在底座上，所述支架的末端转动连接有转轴，所述转轴与固定连接在支架上的电机驱动连接，所述转轴上固定连接有转动臂，所述转动臂上滑动连接有滑动臂，所述滑动臂由水平丝杠驱动机构驱动平移，所述滑动臂上滑动连接有安装板，所述安装板有竖直丝杠驱动机构驱动升降，所述安装板上设置有三维成像装置、叶绿素荧光成像装置、红外光谱成像装置。

进一步地，所述水肥一体机包括支撑架，所述支撑架顶部设置有控制箱，所述支撑架底部设置有进水口、进肥口和水肥出口，所述进水口、进肥口通过导管与水泵的进液端相连，所述水肥出口通过导管与水泵的出液端相连，所述水泵由水泵电机驱动。

进一步地，所述补光室包括箱体，所述箱体的顶部均匀分布有一组补光灯管。

进一步地，所述三维成像装置包括固定安装在安装板外壁中心位置的中心相机、上斜摄相机和下斜摄相机。

进一步地，所述中心相机、上斜摄相机和下斜摄相机的两侧设置有补光LED灯珠。

进一步地，所述叶绿素荧光成像装置包括固定在安装板外壁上的叶绿素荧光成像仪，所述叶绿素荧光成像仪的周围设置有一组叶绿素荧光激发光源。

进一步地，所述红外光谱成像装置包括固定连接在安装板外壁上的红外光谱成像仪，所述红外光谱成像仪的周围设置有一组红外光谱成像光源。

进一步地，所述检测室的前侧设置有导向架。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现对光照强度和肥料浓度等变量的精确控制，将变量控制与表型检测衔接，可有效提升研究的效率，实际操作过程中可以实现的完全自动化；

2、本发明中，检测装置中的安装板上检测仪器在电机、水平丝杠驱动机构以及竖直丝杠驱动机构的带动作用下，能够围绕盆栽植物进行旋转和上下移动，可便利实现对植物表型的全方位检测，结构简单，造价低廉，灵活性高；

3、本发明中，中心相机从正向，上斜摄相机从上斜方向，下斜摄相机从下斜方向对植物进行图像摄录，配合安装板的旋转和平移可实现对盆栽植物精确三维成像，叶绿素荧光成像仪可以精确测量盆栽植物的叶片光合生长状况表型，红外光谱成像仪可以精确测量盆栽植物胁迫生理表型。

综上所述，本发明通过提高盆栽植物高通量表型检测装置的功能一体性，大幅提升了植物研究的效率，同时结构简单，灵活性高，值得推广。

附图说明

图1为一种盆栽植物高通量表型检测装置的结构示意图；

图2为一种盆栽植物高通量表型检测装置中水肥一体机的结构示意图；

图3为一种盆栽植物高通量表型检测装置中补光室的结构示意图；

图4为一种盆栽植物高通量表型检测装置中导向架和检测装置的结构示意图；

图5为一种盆栽植物高通量表型检测装置中检测装置的结构示意图；

图6为一种盆栽植物高通量表型检测装置中检测装置的局部结构示意图；

图7为一种盆栽植物高通量表型检测装置中安装板的结构示意图。

图中：1、控制台；2、水肥一体机；3、检测室；4、圆弧皮带机；5、直皮带机；6、补光室；7、控制箱；8、支撑架；9、导管；10、进水口；11、水肥出口；12、进肥口；13、水泵电机；14、水泵；15、箱体；16、补光灯管；17、电动移门；18、导向架；19、检测装置；20、底座；21、支架；22、电机；23、转轴；24、转动臂；25、滑动臂；26、安装板；27、水平丝杠驱动机构；28、竖直丝杠驱动机构；29、中心相机；30、上斜摄相机；31、下斜摄相机；32、补光LED灯珠；33、叶绿素荧光成像仪；34、叶绿素荧光激发光源；35、红外光谱成像仪；36、红外光谱成像光源。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1～6，一种盆栽植物高通量表型检测装置，包括一组圆弧皮带机4和一组直皮带机5，其特征在于：所述圆弧皮带机4与直皮带机5组成环形输送装置，所述环形输送装置的左侧设置有检测室3，环形输送装置的右侧设置有补光室6，所述检测室3的前侧设置有水肥一体机2，检测室3的左侧设置有控制台1，所述检测室3和补光室6的前侧后侧壁上设置有避让通道，所述环形输送装置从避让通道中穿过，所述避让通道上安装有电动移门17，所述检测室3内设置有检测装置19，所述检测装置19包括支架21，所述支架21固定连接在底座20上，所述支架21的末端转动连接有转轴23，所述转轴23与固定连接在支架21上的电机22驱动连接，所述转轴23上固定连接有转动臂24，所述转动臂24上滑动连接有滑动臂25，所述滑动臂25由水平丝杠驱动机构27驱动平移，所述滑动臂25上滑动连接有安装板26，所述安装板26有竖直丝杠驱动机构28驱动升降，所述安装板26上设置有三维成像装置、叶绿素荧光成像装置、红外光谱成像装置。

所述补光室6包括箱体15，所述箱体15的顶部均匀分布有一组补光灯管16。

所述检测室3的前侧设置有导向架18。

本发明中，环形输送装置驱动盆栽植物移动，检测室3由控制台1对其进行操作控制，检测装置19内对盆栽植物进行三维成像、叶绿素荧光成像、以及红外光谱成像，获得植物的全房为表型信息，然后通过计算机将数据传送给水肥一体机2及补光室6，控制台1对检测后的盆栽植物进行补水补肥等处理，完成处理后的盆栽植物进过一定时间后重新进入检测装置9进行检测。本发明能够实现对光照强度和肥料浓度等变量的精确控制，将变量控制与表型检测衔接，可有效提升研究的效率，实际操作过程中可以实现的完全自动化。本发明中，检测装置19中的安装板26上检测仪器在电机22、水平丝杠驱动机构27以及竖直丝杠驱动机构的带动作用下，能够围绕盆栽植物进行旋转和上下移动，可便利实现对植物表型的全方位检测，结构简单，造价低廉，灵活性高。

实施例2：请参阅图2，一种盆栽植物高通量表型检测装置，与实施例1的区别在于，所述水肥一体机2包括支撑架8，所述支撑架8顶部设置有控制箱7，所述支撑架8底部设置有进水口10、进肥口12和水肥出口11，所述进水口10、进肥口12通过导管9与水泵14的进液端相连，所述水肥出口11通过导管9与水泵14的出液端相连，所述水泵14由水泵电机13驱动。

本实施例中，肥料和水经过比例控制后，在水泵14的作用下混合并向植物供给，可实现比例和用量的精确控制。

实施例3：请参阅图7，一种盆栽植物高通量表型检测装置，与实施例1的区别在于，所述三维成像装置包括固定安装在安装板26外壁中心位置的中心相机29、上斜摄相机30和下斜摄相机31。

所述中心相机29、上斜摄相机30和下斜摄相机31的两侧设置有补光LED灯珠32。所述叶绿素荧光成像装置包括固定在安装板26外壁上的叶绿素荧光成像仪33，所述叶绿素荧光成像仪33的周围设置有一组叶绿素荧光激发光源34。

所述红外光谱成像装置包括固定连接在安装板26外壁上的红外光谱成像仪35，所述红外光谱成像仪35的周围设置有一组红外光谱成像光源36。

本实施例中，中心相机29从正向，上斜摄相机30从上斜方向，下斜摄相机31从下斜方向对植物进行图像摄录，配合安装板16的旋转和平移，即可实现对盆栽植物精确三维成像，补光LED灯珠32用于提升图像摄录质量。

叶绿素荧光激发光源34作为叶绿素荧光成像的激发光源，叶绿素荧光成像仪33对盆栽植物进行叶绿素荧光成像，可以精确测量盆栽植物的叶片光合生长状况表型。

红外光谱成像光源36作为红外光谱成像的激发光源，红外光谱成像仪35对盆栽植物进行红外光谱成像，可以精确测量盆栽植物胁迫生理表型。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。