[發(fā)明專利]用于非侵入性根表型分析的方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080007458.3
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN113614517A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設計）人: M·摩爾;J·阿吉拉爾;L·約翰遜
• 申請（專利權）人: HI保真遺傳學股份有限公司
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N33/00
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 封新琴

本發(fā)明總體涉及檢測土壤中植物的根。一種示例性系統(tǒng)包括：支撐結構，所述支撐結構被構造成至少部分地設置在所述土壤中；LED單元，所述LED單元附連到所述支撐結構，其中所述LED單元包括發(fā)射器和檢測器，其中所述發(fā)射器被配置為產(chǎn)生多個出射光信號，其中所述檢測器被配置為接收對應于所述多個出射光信號的多個返回光信號，并且其中所述多個返回光信號中的每個返回光信號包括從所述土壤和所述根中的至少一者反射的對應出射光信號的至少一部分；以及微處理器，所述微處理器被配置為基于所述多個返回光信號來檢測所述根的存在。

相關申請的交叉引用

本申請要求2019年1月10日提交的美國臨時申請序列號62/790,880的權益，該申請全文以引用方式并入本文。

技術領域

本公開總體涉及非侵入性根表型分析，并且更具體地涉及用于隨時間跟蹤根生長和監(jiān)測根性狀的啟用計算機支持的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術

根系構型(RSA)描述了由遺傳和周圍環(huán)境因素塑造的根在土壤中的空間布置。RSA影響植物健康、作物性能、谷物產(chǎn)量，并且可影響植物的耐旱性和獲取養(yǎng)分的能力。例如，研究表明，修改水稻中的單個基因DEEPER ROOTING 1(DRO1)會改變根角，而不會改變根的總長度。根角的這種輕微變化將根部向下引導，這為植物提供了更多獲取地下水的途徑。因此，在干旱條件下，改性水稻(例如，具有DRO1基因的水稻)產(chǎn)量比澆水充足的條件下減少10％，而在相同條件下，未改性水稻(例如，不具有DRO1基因的水稻)產(chǎn)量比澆水充足的條件下減少60％。

根性狀很少應用于育種計劃，部分原因是在不透明和復雜的土壤中難以測量和監(jiān)測根生長。當前的技術要么降低作物產(chǎn)量，要么干擾植物生長周期。例如，一種技術是將田間種植的植物連根拔起以進行單個時間點測量。這種技術不僅具有破壞性，而且連根拔起的過程會改變原位因素(例如，移除土壤基礎)，這會使測量結果(例如，不具有土壤的根角測量結果)產(chǎn)生偏差。

一種破壞性較小的技術提供了觀察窗口諸如微根窗(rhizotron)以隨時間推移觀察根。這種技術在根生長的路徑上放置透明的屏障，以便觀察在微根窗攝像機的觀察窗附近生長的根。這種技術會干擾植物的自然生長周期，因為其有意在根發(fā)育的自然路徑中設置障礙物。

在不干擾植物生長周期的情況下在生長季節(jié)期間實時監(jiān)測RSA可以提供寶貴的信息，這些信息可用于生產(chǎn)更健康的植物和產(chǎn)出更豐裕的作物。因此，對于監(jiān)測根表型(諸如生長速率、長度、角度等)的改進的非侵入性技術存在挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實施方案中，用于檢測土壤中植物根的示例性系統(tǒng)包括：支撐結構，該支撐結構被構造成至少部分地設置在土壤中；LED單元，該LED單元附連到支撐結構，其中該LED單元包括發(fā)射器和檢測器，其中發(fā)射器被配置為產(chǎn)生多個出射光信號，其中檢測器被配置為接收對應于所述多個出射光信號的多個返回光信號，并且其中所述多個返回光信號中的每個返回光信號包括從土壤和根中的至少一者反射的對應出射光信號的至少一部分；以及微處理器，該微處理器被配置為基于所述多個返回光信號來檢測根的存在。