一种测量植物根系力学性质的设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种测量植物根系力学性质的设备，所述设备包括载体(1)和图像采集装置(2)，所述载体(1)与待测量的植物根系(3)接触，所述载体(1)能够在植物根系(3)的作用力下发生形变，并通过图像采集装置(2)采集其形变过程的图像。本实用新型专利技术提供的测量植物根系力学性质的设备结构简单，通用性强，能够对植物根系进行无损检测，检测效率和精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种测量植物根系力学性质的设备
本技术涉及植物根系生长表型研究领域，具体涉及一种测量植物根系力学性质的设备。
技术介绍
植物根系是植物从外界吸收水分与养分的主要器官,其具有支撑植株和保持植株姿态的作用。根系的生长过程是根系克服外界阻力,通过根毛区膨胀细胞作用，不断推动根尖纵向延伸和径向扩展的过程。植物根系在穿透土壤生长过程中会受到土壤颗粒、岩石、其他植物根系等机械阻碍作用，而不得不做出形态、生理和生化上的改变来适应复杂多变的土壤环境。外源性机械应力能够影响植物根系的生长行为，使得根系的生长表型发生变化，对植物细胞增殖、生长发育以及凋亡起重要作用。因此，对植物根系生长力的准确测量对阐明根系生长表型的力学调控规律具有重要意义。现有技术中对植物根系生长力的研究多为定性评价和理论分析，无法量化生长力的大小；对植物根系力学性质的研究多在根系离体环境下进行，使得根系的生物活性在一定程度上遭到了破坏，且测试结果与实际偏差较大。因此，有必要设计一种测量植物根系力学性质的设备，其能够对植物根系生长力进行原位、精确测量。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种测量植物根系力学性质的设备，该设备将待检测的植物根系与可发生弹性形变的载体相接触，随着植物的生长，载体发生变形，采用图像采集装置将载体变形过程中的图像采集到，然后通过信息处理装置对变形过程中的图像进行计算分析，能够得到植物根系的生长力和弹性模量，且不会对植物根系造成损伤，从而完成了本技术。具体来说，本技术的目的在于提供以下方面：第一方面，提供了一种测量植物根系力学性质的设备，所述设备包括载体1和图像采集装置2，其中，所述载体1与待测量的植物根系3接触，所述载体1能够在植物根系3的作用力下发生形变，并通过图像采集装置2采集其形变过程的图像；在所述载体1的表面喷涂有散斑，形成散斑图案，所述散斑图案在光源照射下被图像采集装置2捕获；所述测量植物根系力学性质的设备还包括培养箱4，在所述培养箱4中盛装有培养液，以供给植株生长所需营养。其中，所述载体1由橡胶、聚氨酯或硅胶制成。其中，所述载体1与植物根系3接触的部位设置有砂纸，以防止植物根系与载体产生滑动。其中，所述载体1和植物根系3分别通过载体装夹装置5和植物根系固定装置6固定于培养箱4中，使得载体1与水平面平行，且植物根系3垂直于水平面。其中，在所述载体装夹装置5中设置有驱动装置，使得载体装夹装置能够带动载体沿竖直方向上下移动。其中，在所述培养箱4的侧壁外部设置有固定板9，在所述固定板9上设置有驱动装置10，以带动载体装夹装置5沿竖直方向移动。其中，所述测量植物根系力学性质的设备还包括信息处理装置7，其控制图像采集装置2对载体1的形变状态进行图像采集和控制载体装夹装置5带动载体1沿竖直方向运动。其中，所述测量植物根系力学性质的设备还包括可向载体1施加纵向力的施加载荷发生装置8，其用于标定载体1的弹性模量。其中，所述施加载荷发生装置8包括第一横梁81和第二横梁82，二者平行设置，所述第一横梁81和第二横梁82的一端通过竖梁83连接，所述竖梁83垂直于水平面。其中，在所述第二横梁82的两端分别设置有第二螺栓86和第三螺栓87，所述第二螺栓86用于固定载体1，所述第三螺栓87用于向载体1施加载荷。第二方面，提供了一种测量植物根系力学性质的方法，优选采用第一方面所述的设备进行，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1，在载体1表面喷涂散斑，然后测量载体的弹性模量；步骤2，将植物根系3与载体1固定至培养箱4中，控制图像采集装置2采集图像，测量植物根系的纵向生长力；步骤3，调节载体1进行竖直方向运动，测量植物根系的弹性模量。其中，步骤2包括以下子步骤：步骤2-1，将植物根系3固定至培养箱4中，进行适应性培养；步骤2-2，将载体1固定至培养箱4中，使得植物根系的根尖与载体表面接触；步骤2-3，调整图像采集装置2至适当位置，进行图像采集；步骤2-4，利用信息处理装置7分析采集的图像，计算得到植物根系的纵向生长力。本技术所具有的有益效果包括：(1)本技术提供的测量植物根系力学性质的设备，结构简单，对设备的要求低，通用性强；(2)本技术提供的测量植物根系力学性质的设备，实现了对植物根系的无损检测，且检测效率和精度均较高；(3)本技术提供的测量植物根系力学性质的设备，实现了对植物根系生长力和弹性模量的量化检测，对阐明根系生长表型的力学调控规律具有重要意义；(4)本技术提供的测量植物根系力学性质的方法，条件可控，易于实现，检测效率高。附图说明图1示出本技术一种优选实施方式的测量植物根系力学性质的设备的整体结构示意图；图2示出本技术一种优选实施方式的测量载体弹性模量的设备使用示意图；图3示出本技术一种优选实施方式的施加载荷发生装置的结构示意图；图4示出本技术一种优选实施方式的测量植物根系弹性模量的设备使用示意图。附图标号说明：1-载体；2-图像采集装置；3-植物根系；4-培养箱；5-载体装夹装置；6-植物根系固定装置；7-信息处理装置；8-施加载荷发生装置；81-第一横梁；82-第二横梁；83-竖梁；84-凸台；85-第一螺栓；86-第二螺栓；87-第三螺栓；9-固定板；10-驱动装置；11-丝杠；12-移动平台。具体实施方式下面通过附图和实施方式对本技术进一步详细说明。通过这些说明，本技术的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。本技术提供了一种测量植物根系力学性质的设备，如图1～4所示，所述设备包括载体1和图像采集装置2，其中，所述载体1与待测量的植物根系3接触，所述载体1能够在植物根系3的作用力下发生形变，并通过图像采集装置2采集其形变过程的图像。在本技术中，所述待测量的植物根系力学性质包括根系的的纵向生长力和弹性模量，优选地，所述待测量的植物根系为单根根系。根据本技术一种优选的实施方式，在所述载体1的表面喷涂有散斑，形成散斑图案，所述散斑图案在光源照射下被图像采集装置2捕获，以用于精确计算载体的形变量。在本技术中，优选在载体表面喷涂有与其颜色形成强烈对比的斑点，优选将载体表面喷涂为白色，散斑为黑色。其中，根据图像采集装置捕获的载体变形前后的图像，可以计算出载体的形变量，进而确定植物根系的纵向生长力。在进一步优选的实施方式中，所述散斑颗粒的尺寸为3～5像素。在进一步优选的实施方式中，所述载体1喷涂散斑的一面与图像采集装置2相对，使得散斑面完整呈现在图像采集装置视野内。其中，所述图像采集装置优选为工业相机，通过调整其角度和角度，保证散斑面完成清晰地呈现在视野内，其与镜头光轴垂直。根据本技术一种优选的实施方式，所述载体1由弹性材料制成，优选由橡胶、聚氨酯或硅胶制成。在进一步优选的实施方式中，所述载体1由橡胶或聚氨酯制成，优选由橡胶制成。本专利技术人研究发现，采用橡胶和聚氨酯制作载体，其表面喷涂的散斑分布较为均匀，由硅胶制作的载体表面的散斑易脱落；而三种材料中，橡胶的弹性模量适中，质量较轻，因此本技术中优选选用橡胶制作载体。在本技术中，所述载体优选制作成长方体结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量植物根系力学性质的设备，其特征在于，所述设备包括载体(1)和图像采集装置(2)，其中，所述载体(1)与待测量的植物根系(3)接触，所述载体(1)能够在植物根系(3)的作用力下发生形变，并通过图像采集装置(2)采集其形变过程的图像；在所述载体(1)的表面喷涂有散斑，形成散斑图案，所述散斑图案在光源照射下被图像采集装置(2)捕获；所述测量植物根系力学性质的设备还包括培养箱(4)，在所述培养箱(4)中盛装有培养液，以供给植株生长所需营养。

【技术特征摘要】
1.一种测量植物根系力学性质的设备，其特征在于，所述设备包括载体(1)和图像采集装置(2)，其中，所述载体(1)与待测量的植物根系(3)接触，所述载体(1)能够在植物根系(3)的作用力下发生形变，并通过图像采集装置(2)采集其形变过程的图像；在所述载体(1)的表面喷涂有散斑，形成散斑图案，所述散斑图案在光源照射下被图像采集装置(2)捕获；所述测量植物根系力学性质的设备还包括培养箱(4)，在所述培养箱(4)中盛装有培养液，以供给植株生长所需营养。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述载体(1)由橡胶、聚氨酯或硅胶制成。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述载体(1)与植物根系(3)接触的部位设置有砂纸，以防止植物根系与载体产生滑动。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述载体(1)和植物根系(3)分别通过载体装夹装置(5)和植物根系固定装置(6)固定于培养箱(4)中，使得载体(1)与水平面平行，且植物根系(3)垂直于水平面。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，在所述载体装夹装置(5)中设置有驱动装置(10)，使得载体装夹装置能够带动载体沿竖直方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，王羽，付饶，张建忠，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11