CN108605466B - 一种监测农作物种子主根生长力的装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种监测农作物种子主根生长力的装置及监测方法，用于方便对农作物种子主根的生长力进行监测。它包括黑箱以及设置在黑箱内的光源、生长钵和照相机，光源和照相机均设有USB接口并通过USB接口与计算机连接；生长钵包括自上而下依次设置的上座、支撑板和底座，在上座的顶部设有培养槽，在上座的底部设有与培养槽一一对应且连通的圆孔，在底座上设有水槽，在支撑板与底座上设有若干长槽，长槽与圆孔一一对应且连通，在培养槽内放置幼苗，在培养槽与水槽之间设置吸水纸，在长槽内设有上下设置的标尺和弹簧。本发明的监测方法包括种子萌发、幼苗移栽、监测拍照、数据处理分析，可精确实现对种子主根生长力的动态监测。
Description
技术领域
本发明涉及种子主根生长监测技术领域，具体地说是一种监测农作物种子主根生长力的装置及监测方法。
背景技术
主根(Axial Root)是植物种子萌发后，胚根发育下扎入土壤中逐渐生长出来的、植物个体发育中最早出现的根，是植物幼苗获取土壤中的水分与养分支撑其生长发育的关键。主根下扎的速度和深度直接影响植物幼苗吸收水分与养分的数量，其主要受两个因素影响。一是土壤的质地，这主要决定于土壤的类型，一般可以用土壤容重和水分含量来进行表征。二是植物幼苗主根的生长力，也就是其根尖不断生长发育，穿透土壤下扎的力量(Force)。主根隐藏于土壤中，且其大小随着主根生长发育不断发生变化，很难测取。农作物主根生长力的大小直接影响农作物根系下扎的深度，进而影响农作物根系的吸收功能和支撑功能。同时，不同的农作物或同一农作物的不同品系因其不同的遗传特性，导致其有不同的发芽势，主根的生长力存在差异性是一个重要影响因素。因此，测取农作物种子主根的生长力，可以为农作物优良品系的选育及其高产栽培提供理论支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监测农作物种子主根生长力的装置及监测方法，用于方便对农作物种子的生长力进行监测。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种监测农作物种子主根生长力的装置，其特征是，它包括黑箱以及设置在黑箱内的光源、生长钵和照相机，所述光源和照相机均设有USB接口并通过USB接口与计算机连接；
所述生长钵包括自上而下依次设置的上座、支撑板和底座，在上座的顶部设有若干营养槽，在上座的底部设有与营养槽一一对应且连通的圆孔，在支撑板上设有若干组通孔，在底座上设有水槽，在支撑板与底座上设有若干长槽，长槽与圆孔一一对应且连通，在营养槽内放置幼苗，在营养槽与水槽之间设置吸水纸，在长槽内设有上下设置的标尺和弹簧。
进一步地，在上座的侧壁上设有螺钉，螺钉的一端伸入到营养槽内。
进一步地，若干长槽等间距设置。
农作物种子主根生长力的监测方法，其特征是，它包括以下步骤：
1、使种子萌发，获得幼苗；
2、对幼苗进行移植
(1)在生长钵的长槽中放置好标尺和弹簧，在上座与底座之间放置一块剪切好的吸水纸，吸水纸自营养槽延伸至水槽中，然后在上座顶部盖上透明玻璃；在水槽内贴近螺钉的一侧放置湿润棉花片；
(2)将萌发得到的幼苗放入营养槽中的棉花片上，并使胚根伸入到长槽中；旋转螺钉使得螺钉与棉花片接触，防止幼苗的松动；
3、监测拍照
(1)将光源、照相机与计算机连接，将安装好农作物幼苗的生长钵放置在黑箱内，并使得长槽一侧朝向照相机；
(2)打开计算机上的监测软件，调整照相机和光源位置，使照相机可自动聚焦并拍摄清晰照片，封闭黑箱，通过监测软件驱动照相机每隔一定时间间隔自动拍照一次，连续监测拍照48h；
4、数据处理与分析
48h后，对获取的若干张照片用Matlab分析软件进行处理，利用Imagej软件测量主根对应长槽中弹簧长度和弹力系数的变化，测量主根生长力的动态变化数值；
5、重复上述1-4步骤6-10次，保证样本数量≥30个，求得主根生长力动态变化数值的平均值。
进一步地，使种子萌发，获得幼苗的步骤为：
(1)精选无瑕疵、外表一致的农作物种子60-100粒，用10％双氧水清洗并浸种20分钟；
(2)用饱和CaSO4溶液清洗并浸种10分钟，以便于种子充分吸收CaSO4溶液，利于发芽。
(3)将经过步骤(2)处理的种子等间距(种子间距为2cm)摆放在一张发芽纸的一侧，然后再叠放另一张发芽纸，将两张发芽纸卷起后竖立放置在种子萌发杯中，并使种子胚根朝下，添加饱和CaSO4溶液(CaSO4溶液的体积为种子萌发杯容积的2/3)；
(4)将种子萌发杯放置在恒温培养箱中，保持恒温培养箱内温度为28℃，使种子在恒温28℃下萌发。
进一步地，对幼苗进行移栽时选取主根长度为0.8cm的幼苗10-15株。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种监测农作物种子主根生长力的装置及监测方法，操作方便，可以高效精确地实现对农作物种子主根生长力的动态连续监测。
附图说明
图1为本发明的监测装置的示意图；
图2为生长钵的三维示意图；
图3为图2的正面示意图；
图4为图2的俯视示意图；
图5为图2的背面示意图；
图6为生长钵使用状态示意图之一；
图7为生长钵使用状态示意图之二；
图中：1黑箱，2生长钵，21底座，211水槽，22支撑板，221通孔，23上座，231营养槽，232圆孔，24螺钉，25标尺，26弹簧，27长槽，3光源，4照相机，5吸水纸，6玻璃板。
具体实施方式
如图1至图7所示，本发明的监测装置包括黑箱1、生长钵2、光源3、照相机4和计算机，下面结合附图对本发明的监测装置进行描述。
如图1所示，黑箱1为正方体形的中空结构，由木板制作围成，黑箱内部为黑暗环境。黑箱的侧面可打开，以便于将生长钵放入黑箱内；将黑箱的侧面关闭后，黑箱内为黑暗环境，可为主根生长提供必要的环境。
在黑箱内腔中放置有生长钵2，如图2至图7所示，生长钵包括自上而下依次设置的上座23、支撑板22和底座21，上座整体呈长方体形，在上座的上表面设有若干用于放置种子幼苗的营养槽231，在上座的底部设有与营养槽一一对应且连通的圆孔232，在上座的侧面设有螺纹孔，在每一螺纹孔中分别螺纹安装有螺钉24，螺钉的一部分伸入到营养槽中。在底座上设有水槽211，在水槽中加入水。在支撑板的前侧面上设有若干组通孔221，每组中的若干通孔在同一竖直方向上自上而下等间距设置，通孔的组数与营养槽的数目相同。在支撑板和底座的后侧设有若干等间距设置的长槽27，长槽位于竖直方向上并与圆孔连通，在每一长槽的上部分别设有标尺25，在每一长槽的下部分别设有弹簧26，弹簧的底部与长槽内壁接触，弹簧的顶部与标尺的底部接触，在弹簧的作用下标尺置于长槽的上部。
使用时，将幼苗放入营养槽中，并使得胚根伸入到长槽中，旋转螺钉使得螺钉与营养槽内壁配合作用夹住种子，在上座的营养槽与底座的水槽之间放置吸水纸5，吸水纸可以将水槽内的水转送至营养槽中供种子幼苗的生长需要。
在黑箱内腔的顶部放置有光源3，光源带有USB接口。光源可以在照相机拍照时补充光源，在黑箱内腔中还固定有照相机4，照相机可选择带有USB接口连接线的微型数码相机，要求分辨率1000pb以上。照相机与生长钵之间的距离为8cm-15cm之间，以便于照相机聚焦。
下面对农作物种子主根生长力的监测方法进行描述：
1、种子萌发
(1)精选无瑕疵、外表一致的农作物种子60-100粒，用10％双氧水清洗并浸种20分钟；
(2)用饱和CaSO4溶液清洗并浸种10分钟，以便于种子充分吸收CaSO4溶液，利于发芽。
(3)将经过步骤(2)处理的种子等间距(种子间距为2cm)摆放在一张发芽纸的一侧，然后再叠放另一张发芽纸，将两张发芽纸卷起后竖立放置在种子萌发杯中，并使种子胚根朝下，添加饱和CaSO4溶液(CaSO4溶液的体积为种子萌发杯容积的2/3)；
(4)将种子萌发杯放置在恒温培养箱中，保持恒温培养箱内温度为28℃，使种子在恒温28℃下萌发；
2、幼苗移植
(1)在生长钵的长槽中放置好标尺和弹簧，在上座与底座之间放置一块剪切好的吸水纸，吸水纸自营养槽延伸至水槽中，然后在上座顶部盖上透明玻璃；在水槽内贴近螺钉的一侧放置湿润棉花片；
(2)待种子在恒温培养箱中萌发一定时间(如玉米种子一般48h)后取出，选取主根长度为0.8cm的幼苗10-15株，并将其小心放入营养槽中的棉花片上，并使胚根伸入到长槽中；旋转螺钉使得螺钉与棉花片接触，防止幼苗的松动；
3、监测拍照
(1)将光源、照相机与计算机连接，将安装好农作物幼苗的生长钵放置在黑箱内，并使得长槽一侧朝向照相机；
(2)打开计算机上的监测软件，调整照相机和光源位置，使照相机可自动聚焦并拍摄清晰照片，封闭黑箱，通过监测软件驱动照相机每隔一定时间间隔自动拍照一次，连续监测拍照48h；主根生长时，主根向下延伸，进而克服弹簧弹力压动标尺下移；
4、数据处理与分析
48h后，对获取的若干张照片用Matlab分析软件进行处理，利用Imagej软件测量主根对应长槽中弹簧长度和弹力系数的变化，测量主根生长力的动态变化数值；
5、重复上述1-4步骤6-10次，保证样本数量≥30个，求得主根生长力动态变化数值的平均值。
Claims (5)
1.一种监测农作物种子主根生长力的装置，其特征是，它包括黑箱以及设置在黑箱内的光源、生长钵和照相机，所述光源和照相机均设有USB接口并通过USB接口与计算机连接；
所述生长钵包括自上而下依次设置的上座、支撑板和底座，在上座的顶部设有若干营养槽，在上座的底部设有与营养槽一一对应且连通的圆孔，在支撑板上设有若干组通孔，在底座上设有水槽，在支撑板与底座上设有若干长槽，长槽与圆孔一一对应且连通，在营养槽内放置幼苗，在营养槽与水槽之间设置吸水纸，在长槽内设有上下设置的标尺和弹簧；在上座的侧壁上设有螺钉，螺钉的一端伸入到营养槽内。
2.根据权利要求1所述的一种监测农作物种子主根生长力的装置，其特征是，若干长槽等间距设置。
3.使用权利要求1或2所述的装置进行农作物种子主根生长力监测的监测方法，其特征是，它包括以下步骤：
一、使种子萌发，获得幼苗；
二、对幼苗进行移植
(1)在生长钵的长槽中放置好标尺和弹簧，在上座与底座之间放置一块剪切好的吸水纸，吸水纸自营养槽延伸至水槽中，然后在上座顶部盖上透明玻璃；在水槽内贴近螺钉的一侧放置湿润棉花片；
(2)将萌发得到的幼苗放入营养槽中的棉花片上，并使胚根伸入到长槽中；旋转螺钉使得螺钉与棉花片接触，防止幼苗的松动；
三、监测拍照
(1)将光源、照相机与计算机连接，将安装好农作物幼苗的生长钵放置在黑箱内，并使得长槽一侧朝向照相机；
(2)打开计算机上的监测软件，调整照相机和光源位置，使照相机可自动聚焦并拍摄清晰照片，封闭黑箱，通过监测软件驱动照相机每隔一定时间间隔自动拍照一次，连续监测拍照48h；
四、数据处理与分析
48h后，对获取的若干张照片用Matlab分析软件进行处理，利用Imagej软件测量主根对应长槽中弹簧长度和弹力系数的变化，测量主根生长力的动态变化数值；
五、重复上述1-4步骤6-10次，保证样本数量≥30个，求得主根生长力动态变化数值的平均值。
4.根据权利要求3所述的一种监测农作物种子主根生长力的监测方法，其特征是，使种子萌发，获得幼苗的步骤为：
(1)精选无瑕疵、外表一致的农作物种子60-100粒，用10％双氧水清洗并浸种20分钟；
(2)用饱和CaSO4溶液清洗并浸种10分钟，以便于种子充分吸收CaSO4溶液，利于发芽；
(3)将经过步骤(2)处理的种子等间距(种子间距为2cm)摆放在一张发芽纸的一侧，然后再叠放另一张发芽纸，将两张发芽纸卷起后竖立放置在种子萌发杯中，并使种子胚根朝下，添加饱和CaSO4溶液(CaSO4溶液的体积为种子萌发杯容积的2/3)；
(4)将种子萌发杯放置在恒温培养箱中，保持恒温培养箱内温度为28℃，使种子在恒温28℃下萌发。
5.根据权利要求3所述的一种监测农作物种子主根生长力的监测方法，其特征是，对幼苗进行移栽时选取主根长度为0.8cm的幼苗10-15株。
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