基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法技术

本发明专利技术提供一种基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，包括如下步骤：培育种子让其发芽；将种子放入根箱中让种子生长，种子的根部处于黑暗环境中；利用照相机延时拍摄种子的根部生长状态；将延时拍摄得到的照片进行处理分析。采用本发明专利技术的方法能够观察到根系的一个非常完整的动态生长过程，并且成像质量高，便于后期的分析和数据整合，操作方便。相对于传统的根系扫描测量根系生长方法，利用摄影技术进行根箱中植物根系的间隔拍摄，不但避免了根系在采集过程中的损失，也可以在根系保持活态下进行持续长时间的观测，克服了只能做静态分析的局限性，为根系研究提供了一种新的途径。

Quantitative analysis of root plant growth characteristics based on time-lapse photography

【技术实现步骤摘要】
基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法
本专利技术属于植物根系研究
，具体涉及一种利用延时摄影技术分析植物根系生长特征的方法。
技术介绍
植物根系是作物为适应陆地生活而发育形成的器官，主要具备以下功能：吸收传输水分和无机盐、矿物质；固定和支持植物体；营养贮存及内源激素的合成；同时植物根系周围还存在着大量的根系微生物，它们与根系相互作用、相互促进，还能分泌抗生素，抑制病原微生物的繁殖，促进根系的生长。影响植物根系生长的因素很多，如温度、水分、肥料和土壤肥力等，但现有研究只能证明这些因素确实对根系生长有影响，具体过程仍不明确。根系的生长是一个动态过程，若只用某一时刻根系的长度、面积、体积等来研究植物对环境的响应，说服力不足。植物根系的研究要求植物根系的完整性，还应保持研究对象在土壤中的原始状态而不发生形变，而且采样工作应快速、明确。其次，根系研究工作中另一关键是较快地对根系参数进行准确测定。为了探究植物根系在土壤中分布情况与生长情况，几十年来，人们研究出了各种根系的测定方法，包括田间直接取样法和直接观察法等。田间直接取样法包括挖掘法、剖面法、整段标本法等方法。其主要思想是从土壤中直接挖掘出用于研究的根系，进而测定其参数。田间直接取样法因具有直观、简单易行的特点被广泛使用。此方法的缺点是挖掘出的植物根系易受机械损伤；清洗过程中细小的根容易脱落、断裂，大大降低了测量的准确性。在实际测量中往往需要对大量的根系进行测量分析，需要耗费大量的人力物力和时间，且无法对植物根系的动态生长进行实时监测。直接观察法主要分为分根移位法和微根窗观测法。分根移位法是在保证植物地上部分稳定生长的前提下，将不同节位根与其它分离并引到其它土壤中种植，从而观测整体植物与分离出的局部根之间的形态关系，该方法适用于1-30天幼苗期的根系观察。这种方法能够分时地观测局部根系的生长状况，获取准确的生长信息。微根窗方法是由Bates于1937年首次提出，微根窗法利用埋设在土壤中的透明玻璃管，通过摄像头对植物根系生长状况进行连续性扫描，将图像数据保存下来以作后续的分析研究。微根窗技术可以在多个时间内定点直接观测植物根系，这种根系测量方法能够在尽可能小的影响植物根系生长过程的前提下对根系生长变化过程进行动态监测。但是，采用微根窗法不易于实施，且实施费用较高。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
根据上述出现的问题中的一个或多个，本专利技术的目的是要在保证根系完整性的情况下，对根系的生长进行观测并分析。为了实现以上目的，本专利技术提供一种基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，包括如下步骤：培育种子让其发芽；将种子放入根箱中让种子生长，种子的根部处于黑暗环境中；利用照相机延时拍摄种子的根部生长状态；将延时拍摄得到的照片进行处理分析。本专利技术采用的是根箱法对根系植物的生长特征进行观察。根箱法是将作物限制在较小的根箱范围内生长，从而保持根系的完整性，主要用来研究根系形态学、生物化学、生理学、根系生态学。根箱法可以调整植物根系生长的不同因素，获得有关单一或多个环境因素对根系生长的影响关系。采用根箱法对根系植物进行观察，易于控制实验环境，也便于进行重复实验，易于获得相关的研究资料，具有操作方便的优点。采用延时摄影技术进行观察，可以将拍摄的照片进行整合分析，由于照片的像素较高，可以从照片中直观地观察到侧根、根尖数的数据。延时摄影(Time-lapsephotography)又叫缩时摄影，是一种将时间压缩的拍摄技术。延时摄影是指把历时几分钟、几小时甚至是几天几年过程的一组照片，压缩在一个较短的时间内以视频的方式播放。数字化时代的延时摄影操作相对简单，可以直接用具有间隔拍摄的摄影机、数码相机等高端的电子产品进行延时摄影。直接观察根箱的方法，无法记录种子连续生长的状态；采用普通拍照记录的方法，无法统一拍照的位置、角度、光线、间隔时间等，则后期无法对种子的生长状态进行准确地分析；采用录像的方法，则对录像的环境要求比较高，需要光线充足，但是模拟种子的生长环境又需要将种子放置在黑暗的环境中，否则种子无法正常生长，并且采用录像的方法非常耗费内存，后期处理也比较困难，如果需要使用Winrhizo软件对录像的内容进行数据分析，还需要对影像进行图片化处理。作为本专利技术的一个方面，利用延时拍摄种子的根部的生长状态的方法包括利用延时摄影技术，在种子根部生长前期，每隔预设时间拍摄一张种子根部的照片。优选地，所述种子根部生长前期的时间为21天以内，优选5-21天。根系生长如果超过21天会受到根箱的阻碍，观察种子根部生长前期的21天内的数据最为准确。作为本专利技术的一个方面，所述预设时间为10分钟。根系生长的速度不会瞬间变化，但是生长速度也不慢，虽然种子整个生命周期中生长速度会有所变化，但即使在生长最快速的阶段，预设时间选择10分钟也已经足够适合观察根系的生长情况，并且非常方便研究和操作。作为本专利技术的一个方面，拍摄种子根部的照片的方法包括：使用照相机以根箱中的根系为焦点进行对焦，光圈设置为f8，快门速度为1/160秒，照相机白平衡设置为闪光灯模式，感光度为ISO200；在根箱的两侧与相机之间分别设置一盏闪光灯，闪光灯的光照方向与相机拍摄方向所在的垂直平面的夹角呈30°角，其中闪光灯在快门曝光期间进行闪光，闪光时长为1/10000-1/1000秒。根箱两侧的闪光灯朝着根箱照射，尤其是光照方向与相机拍摄方向所在的垂直平面的夹角呈30°角，可以避免照片中的反光现象的发生。闪光灯的使用可以使拍摄可以在光线较暗的地方进行，闪光灯的闪光时间只有1/10000-1/1000秒，频闪光线时间较短，对根系生长影响可以忽略不计，能够保证闪光灯的亮度，又能够保证照相机对进光量的需求，不会影响成像质量。由快门线统一控制闪光灯和快门，能够保证快门开始曝光和结束曝光的快门时间范围内，闪光灯完成闪光照射，使相片得到充足的进光量，保证画面的成像质量。实际上，闪光照射之外的快门曝光时间，相机处于完全黑暗的环境中，几乎没有光线进入相机，而真正记录在相机内的照片为闪光灯闪光过程中的图像。快门速度较闪光时长长，可以保证闪光同步。照相机的光圈设置较小，能够照顾到不同景深的根系，感光度设置为ISO200，能够保证相片的噪点少，不影响后期的分析。照相机白平衡配合闪光灯模式，更容易地进行后期处理分析。优选地，采用APS-C画幅单反相机，相机镜头采用焦距为50-60毫米的镜头。优选地，采用全画幅单反相机，相机镜头采用焦距为90毫米的镜头。采用上述两种相机和固定焦距，能够保证拍摄平面不变形。拍摄的照片的画幅尺寸为2000万像素以上，输出格式为tiff，保证照片的细节完好。延时摄影拍摄的三要素为：拍摄张数、间隔时间和曝光时间。拍摄张数直接决定了成片的长短，拍摄张数越多，形成的视频时间越长，对后期影响制作的可操作性越灵活，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n培育种子让其发芽；/n将种子放入根箱中让种子生长，种子的根部处于黑暗环境中；/n利用照相机延时拍摄种子的根部生长状态；/n将延时拍摄得到的照片进行处理分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，包括如下步骤：
培育种子让其发芽；
将种子放入根箱中让种子生长，种子的根部处于黑暗环境中；
利用照相机延时拍摄种子的根部生长状态；
将延时拍摄得到的照片进行处理分析。


2.根据权利要求1所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，利用延时拍摄种子的根部的生长状态的方法包括利用延时摄影技术，在种子根部生长前期，每隔预设时间拍摄一张种子根部的照片。


3.根据权利要求2所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，所述种子根部生长前期的时间为21天以内。


4.根据权利要求2所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，所述预设时间为10分钟。


5.根据权利要求2所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，拍摄种子根部的照片的方法包括：使用照相机以根箱中的根系为焦点进行对焦，光圈设置为f8，快门速度为1/160秒，照相机白平衡设置为闪光灯模式，感光度为ISO200；
在根箱的两侧与相机之间分别设置一盏闪光灯，闪光灯的光照方向与相机拍摄方向所在的垂直平面的夹角呈30°角，其中闪光灯在快门曝光期间进行闪光，闪光时长为1/10000-1/1000秒。


6.根据权利要求5所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征在于，采用APS-C画幅单反相机，相机镜头采用焦距为50-60毫米的镜头。


7.根据权利要求5所述的基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯玉峰，石倪彬，李海港，瞿宋林，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11