系统简介

该系统由培养模块、运输模块、检测模块、清洗模块四部分构成。平台系统自带可见光检测设备，可拓展外接高光谱成像设备。系统还可达到以下要求：检测速率50板/小时； 数据提取精度＞95%； 视距50cm处能达到1mm达到3-4像素。

系统平台⽰意图

· 培养模块：根盒放置于培养架，根盒底部设计特殊固定卡槽底座。目标植株于根盒中培养生长。根盒自身附带特定标签，可通过软件进行精确追踪，生长周期采集数据电子入档。

· 运输模块：运输推车底座配备特制夹取固定装置， 能够与根盒底部精准匹配， 可将根盒从培养架运输至暗箱的传动装置上， 随后将根盒送至暗箱内部进行根盒标签扫描和根系部分数据采集。

· 检测模块：由暗箱、成像系统、微量土壤取样模块、内置光源、固定系统、传动装置组成，负责检测目标植株各项生理参数。微量土壤取样模块旨在实现植物根际微尺度范围内（约0-5mm）土壤或溶液样品的无损、定量采集，用于根际分泌物、微生物群落及化学梯度的精细研究。传动装置支持批量检测，可同时容纳三板根盒。目标植株检测完成后，运输推车将根盒夹取并送回培养架原位；同时，另一推车同步将待检测的新根盒运送至传动装置，实现不间断数据采集。

· 清洗模块：定期清洁维护根盒光学面板， 可通过特定装置非人工夹取光学面板。

软件功能

· 样本编号智能管理

该功能聚焦于样本全生命周期的编号规范化与智能化管理，通过建立统一的编码规则（ 如包含样本类型、采集时间、处理批次等信息），实现样本编号的自动生成、关联与溯源。支持批量导入导出、编号查重校验及样本状态实时更新， 可与后续表型分析环节无缝对接，尤其适用于多批次、多类型样本的规模化研究场景。

· 根系形态特征提取

基于图像识别与深度学习技术，对根系图像（如扫描图、显微图像等）进行自动化分析，精准提取关键形态参数。可识别直径1mm以上根系，提取精度95%以上，并量化根系长度、直径、表面积、体积、分支数、根尖数量、交叉点数等特征，智能估算生物量，动态监测根系生长变化，解析生长速率。突破传统人工测量的主观性和低效率限制。同时支持不同生长阶段根系形态的对比分析，广泛应用于作物育种、植物生理学研究等领域。

· 表型参量统计及动态分析

整合样本编号、根系形态、理化表型等多维度数据，提供强大的统计分析与可视化功能。支持对单/多组样本的表型参数进行均值、方差、显著性检验（ 如t检验、ANOVA）等统计计算，同时通过折线图、热图、动态曲线等方式，直观展⽰表型参数随时间、环境或处理条件的变化趋势，揭⽰表型与基因型、环境因子的关联。

以上功能覆盖了从样本管理到表型数据获取、分析的全流程，通过智能化技术提升植物表型研究的效率与精度，助力农业育种、植物科学等领域的创新研究。

软件界面展⽰

系统特点

· 拓展性：可外接拓展高光谱成像设备；

· 兼容性：可兼容多款高光谱仪器软硬件操作；

· 高透射率：根盒采用特制光学玻璃材料， 透射率达90%以上；

· 自动化：推车自带根盒夹取装置， 无需人工搬运；

· 不间断采集：根盒、运输推车、传动装置配套配合，稳定运输， 实现不间断采集；

· 全流程实时追踪：根盒带有固定编码， 暗箱配套扫描装置， 支持追踪溯源， 实现精准定位；

· 提取根系基本形态特征，还可实现多样化根系表型参量统计及动态分析；

· 如有需要， 可获取地下、地上部分全部图像数据。

培养模块-根盒设备参数

培养架⽰意图

· 长度：100cm

· 宽度：30cm

· 厚度：5cm

· 重量：20kg

· 材质：不锈钢 、特殊光学玻璃 .  面板透射率：90%

· 面板易于拆卸，方便清洗与维护

· 底部装有排土孔、排水孔、固定卡槽

· 根盒两侧均匀分布数个土壤取样口 ， 以实现对根系周围土壤取样

· 温度范围：0℃-50℃

根盒⽰意图

运输模块-推车设备参数

· 重量 ：40kg

· 电机步进角： 1.8 °

· 电压： 3V

· 通讯接口 ： RS485 ，基于标准的Modbus RTU协议。

· 运动方式： 扶手按压前进

· 推车底座安装有与根盒底座相匹配的特制夹取固定装置。

检测模块-设备参数

可见光相机

暗箱

· 遮光率： ＞99%

· 检测速率： 50板/小时

· 根系数据范围： 视距50cm处能达到1mm达到3-4像素。

· 自动调节灯源

· 兼容多款高光谱仪器软硬件操作

微量土壤取样器

· 无损采集根际土壤样品 ，保留自然根-土界面结构。 .  支持定点 、 多点或时间序列取样。

· 与液相色谱 、代谢组学 、 离子色谱等后续分析兼容。 .  可扩展为自动化多通道采样系统。通过采集到的根际土壤样品 ， 结合后续分析手段（ 如LC-MS 、 GC-MS 、 IC 、 ICP-MS 等）， 可以得到如下参数：

· 可溶性有机物 （有机酸、氨基酸、糖类、多酚类等小分子代谢物）；

· 植物根际信号分子（黄酮、萜类、苯丙素类等）；

· 无机离子与营养元素 （N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn等可溶态营养离子浓度）；

· 根际pH 、 离子强度 、 电导率（EC）、氧化还原电位（Eh）……

光源

· 功率： 20W

· 色温： 6500K

· 尺寸 ： 1185.8*28.4*35.7(mm) .   防频闪

· 额定功率/电流： 20W/0 .09A

· 光通量： 1800lm .  显色指数： >70

清洗模块-设备参数

· 通过特制装置非人工夹取光学面板

· 特制清洁毛刷

· 清洗完成可辅助根盒原位组装

· 水流固定不飞溅

应用领域

使用该设备进行大规模苜蓿群体全生育期根系表型监测 ， 探究全生育期范围内根系表型对干旱 、 盐碱等非生物胁迫的动态响应。