CN110809937A - 基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

基于延时摄影技术定量分析根系植物生长特征的方法

技术领域

本发明属于植物根系研究技术领域，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。

背景技术

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。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

根据上述出现的问题中的一个或多个，本发明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，本发明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。

本发明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-lapse photography)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。

作为本发明的一个方面，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。

作为本发明的一个方面，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。

作为本发明的一个方面，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，拍摄张数过多也会造成数据处理量大。对拍摄张数的选择主要以研究方便，能够达到试验所需要的容量即可，可以选择拍摄1500-3000张。曝光时间主要决定了单张照片的成像效果，照片过曝和过暗都会影响最终的分析结果，发明人经过对光线的采集和对照片的分析的研究发现，光圈选择f8，ISO200，得到的照片图片中产生杂质最少且后期最易处理分析。延时摄影作为一种精确到帧的拍摄手法，通过压缩时间放大空间，将肉眼所忽略或无法形成完整印象的变化过程超高倍放大。相机的放置位置根据相机镜头的焦距、根箱与相机的距离、根箱大小和相对高度等多种因素决定。

因为延时摄影观察植物的生长动态是一个较长时间的过程，拍摄期间注意存储卡足够大，相机电池电量足够充足，并且需要定期更换电池和存储卡。在更换电池和存储卡的过程中，应该在拍摄间隔的时间内更换完毕，以保证拍摄的连续性。由于闪光灯和快门联动，统一由快门线控制，需要提前设置好快门线并注意相应设备电池的电量。

作为本发明的一个方面，所述将延时摄影得到的照片进行处理分析的方法包括：采用photoshop批量去除照片中根系以外的图案，再采用Winrhizo软件对延时摄影得到的照片进行处理分析。Winrhizo可以将延时摄影所拍摄的照片直接进行分析，得到根长、根直径等数据，便于后期的研究。应用photoshop的反相、阈值、套索和污点修复工具，将种子的根系以外的斑点和痕迹去除，防止使用Winrhizo软件分析时引起误差。

优选地，采用photoshop批量去除照片中直径大于0.5毫米的根系以外的图案。

土壤中根系的颜色为白色，为提高photoshop处理的效率和准确度，需要采用深色土壤基质且筛除砂砾。因白色根系与深色土壤基质颜色反差较大，易于识别和使用photoshop去除。在采集根系的扫描中，一般识别直径为1毫米以上的根系，保留直径大于0.5毫米的根系，不会影响根系的扫描结果，损失较小。

作为本发明的一个方面，所述将延时摄影得到的照片进行处理分析的方法包括：采用photoshop将延时拍摄得到的照片合成视频进行处理分析。将照片合成视频可以更直观地观察根系的生长。

优选地，所述合成视频的时长为50-90秒。

作为本发明的一个方面，所述种子为鹰嘴豆。鹰嘴豆根系发达，分枝多，易于观察。除了可以对鹰嘴豆进行根系观察，也可以对玉米、小麦、棉花等作物进行根系观察，还可以对洋葱、大豆、蚕豆、黄瓜等常见植物进行根系观察。

作为本发明的一个方面，培育种子让其发芽的方法具体包括如下步骤：

浸种：用双氧水消毒，再将种子浸泡在饱和硫酸钙溶液中；

发芽：将种子置于有盖的培养皿中，并夹在两层滤纸中间，培养皿中加入水，将培养皿置于黑暗环境中，恒温培养种子至根长2-3厘米。

优选地，所述水为去离子水。

作为本发明的一个方面，双氧水中H₂O₂的浓度为10％。

作为本发明的一个方面，用双氧水消毒的时间为20分钟。

作为本发明的一个方面，将种子浸泡在饱和硫酸钙溶液中的时间为16小时以上。

作为本发明的一个方面，培养皿中加入的水的水层厚度为种子直径的1/4。

作为本发明的一个方面，将培养皿置于黑暗环境中的方法包括使用黑色塑料袋覆盖培养皿。

作为本发明的一个方面，所述根箱为长方体结构，包括前壁和后壁，所述前壁和后壁相对，且前壁为透明。根箱可以采用专利申请号为201920592691.7的根箱。

作为本发明的一个方面，所述前壁和后壁的距离为1-5厘米，优选2厘米。

本发明的有益效果是：

本发明基于延时摄影技术，对根箱法生长的种子的根系特征进行观察，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。

本发明还可以通过控制种子生长的影响因素，获得单个或多个环境因素对根系生长的影响关系。若在根箱固定位置施用肥料，可研究植物根系对肥料的响应；若将根箱至于不同的环境中，例如高温、多雨等，可为植物在遭受天气灾害时根系变化提供事实依据。而采用延时摄影的技术并不会由于根系生长环境的改变而受到影响。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1所采用的根箱；

图2是实施例1鹰嘴豆生长5天的根系照片；

图3是实施例1鹰嘴豆生长8天的根系照片；

图4是实施例1鹰嘴豆生长10天的根系照片；

图5是实施例1鹰嘴豆生长14天的根系照片；

图6是实施例1鹰嘴豆生长18天的根系照片；

图7是实施例1鹰嘴豆生长21天的根系照片；

图8是图2经过photoshop经过处理的照片；

图9是图3经过photoshop经过处理的照片；

图10是图4经过photoshop经过处理的照片；

图11是图5经过photoshop经过处理的照片；

图12是图6经过photoshop经过处理的照片；

图13是图7经过photoshop经过处理的照片；

图14是实施例1鹰嘴豆生长5-21天的总根长变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是cm；

图15是实施例1鹰嘴豆生长5-21天的平均根直径变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm；

图16是实施例1鹰嘴豆生长5-21天的根系总体积变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm³；

图17是实施例2鹰嘴豆生长1天的根系照片；

图18是实施例2鹰嘴豆生长3天的根系照片；

图19是实施例2鹰嘴豆生长5天的根系照片；

图20是实施例2鹰嘴豆生长7天的根系照片；

图21是实施例2鹰嘴豆生长10天的根系照片；

图22是实施例2鹰嘴豆生长13天的根系照片；

图23是图17经过photoshop经过处理的照片；

图24是图18经过photoshop经过处理的照片；

图25是图19经过photoshop经过处理的照片；

图26是图20经过photoshop经过处理的照片；

图27是图21经过photoshop经过处理的照片；

图28是图22经过photoshop经过处理的照片；

图29是实施例2鹰嘴豆生长1-13天的总根长变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是cm；

图30是实施例2鹰嘴豆生长1-13天的平均根直径变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm；

图31是实施例2鹰嘴豆生长1-13天的根系总体积变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm³；

图32是实施例3鹰嘴豆生长1天的根系照片；

图33是实施例3鹰嘴豆生长6天的根系照片；

图34是实施例3鹰嘴豆生长9天的根系照片；

图35是实施例3鹰嘴豆生长11天的根系照片；

图36是图32经过photoshop经过处理的照片；

图37是图33经过photoshop经过处理的照片；

图38是图34经过photoshop经过处理的照片；

图39是图35经过photoshop经过处理的照片；

图40是实施例3鹰嘴豆生长1-11天的总根长变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是cm；

图41是实施例3鹰嘴豆生长1-11天的平均根直径变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm；

图42是实施例3鹰嘴豆生长1-11天的根系总体积变化图表，横坐标的单位是天，纵坐标的单位是mm³。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施方式：

实施例1：

本实施例采用鹰嘴豆的种子作为实验对象，基于延时摄影进行根系的观察。

步骤1)：

浸种：先用浓度为10％的双氧水对鹰嘴豆的种子消毒20分钟，再用饱和硫酸钙溶液浸泡16小时，让种子充分吸涨。

发芽：在培养皿的底部放上滤纸，将浸泡完成的种子摆放在培养皿中并置于滤纸之上，再用一层滤纸将种子盖上，向培养皿中加入去离子水浸润滤纸，去离子水的水层厚度为种子直径的1/4，盖上培养皿的盖子，用黑色塑料袋覆盖，在恒温培养室中培养鹰嘴豆的种子至根长为2-3厘米。

步骤2)：将步骤1)的根长为2-3厘米的鹰嘴豆的种子放入根箱(如图1所示，图1的根箱大小为42厘米*30厘米*1厘米)中让种子生长，并将根箱罩上黑布。

步骤3)：将APS-C画幅单反相机(镜头为50mm的镜头)放入步骤2)的黑布内，并调整相机的位置、焦距、快门速度、光圈和两张照片的预设时间；相机镜头高度与种子齐平；在根箱的两侧分别放置一盏闪光灯，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，闪光灯和相机的快门统一由快门线控制；快门速度设置为1/160秒，光圈设置为f8，闪光灯的闪光时长为1/10000秒；由于鹰嘴豆根系生长较为缓慢，拍摄两张照片的间隔的预设时间设置为10分钟；拍摄鹰嘴豆放入根箱后的第5-21天的根系生长的照片。

步骤4)：将得到延时摄影的照片，通过photoshop和Winrhizo软件对照片进行处理分析。

图2-图7分别为延时摄影拍摄的鹰嘴豆生长5、8、10、14、18和21天的根系照片，可以从照片上观察到鹰嘴豆的根系在不断地生长。再用photoshop对照片进行处理，应用反相、阈值、套索和污点修复工具，去除根系以外的斑点和痕迹，得到白底黑色根的照片(如图8-13所示)，可以对每张照片都进行处理，也可以每隔一定张数的照片选取一张进行处理。经过延时摄影及后期的photoshop处理后的照片可以更清楚地观察到根系不断生长的状态。将经photoshop处理完成的照片利用Winrhizo软件进行分析，得到鹰嘴豆根系生长的总根长、平均根直径和根体积等。

如图14所示，鹰嘴豆根系的总根长随着生长的天数的增加而不断增加。如图15所示，鹰嘴豆根系的平均直径随着生长天数的增加有下降的趋势，原因在于鹰嘴豆生长早期还未生长出侧根，只有一条主根；而后期鹰嘴豆的根系生长了许多幼小的侧根从而导致平均根直径的下降。如图16所示，鹰嘴豆根系总体积整体上随着生长天数的增加也有增加的趋势，其中第11天、第15天和第20天总体积下降是因为鹰嘴豆的根系生长了许多幼小的侧根，这些侧根易埋于土壤中且不易被Winrhizo软件识别，但并不影响对鹰嘴豆根系生长整体趋势的动态观察。

实施例2：

本实施例采用鹰嘴豆的种子作为实验对象，基于延时摄影进行根系的观察。

步骤1)：

浸种：先用浓度为10％的双氧水对鹰嘴豆的种子消毒20分钟，再用饱和硫酸钙溶液浸泡20小时，让种子充分吸涨。

发芽：在培养皿的底部放上滤纸，将浸泡完成的种子摆放在培养皿中并置于滤纸之上，再用一层滤纸将种子盖上，向培养皿中加入去离子水浸润滤纸，去离子水的水层厚度为种子直径的1/4，盖上培养皿的盖子，用黑色塑料袋覆盖，在恒温培养室中培养鹰嘴豆的种子至根长为2-3厘米。

步骤2)：将步骤1)的根长为2-3厘米的鹰嘴豆的种子放入根箱(如图1所示，图1的根箱大小为42厘米*30厘米*1厘米)中让种子生长，并将根箱罩上黑布。

步骤3)：将APS-C画幅单反相机(镜头为50mm的镜头)放入步骤2)的黑布内，并调整相机的位置、焦距、快门速度、光圈和两张照片的预设时间；相机镜头高度与种子齐平；在根箱的两侧分别放置一盏闪光灯，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，闪光灯和相机的快门统一由快门线控制；快门速度设置为1/160秒，光圈设置为f8，闪光灯的闪光时长为1/10000秒；由于鹰嘴豆根系生长较为缓慢，拍摄两张照片的间隔的预设时间设置为10分钟；拍摄鹰嘴豆放入根箱后的21天内的根系生长的照片。

步骤4)：将得到延时摄影的照片，通过photoshop和Winrhizo软件对照片进行处理分析。

图17-图22分别为延时摄影拍摄的鹰嘴豆生长1、3、5、7、10和13天的根系照片，可以从照片上观察到鹰嘴豆的根系在不断地生长。再用photoshop对照片进行处理，应用反相、阈值、套索和污点修复工具，去除根系以外的斑点和痕迹，得到白底黑色根的照片(如图23-28所示)，可以对每张照片都进行处理，也可以每隔一定张数的照片选取一张进行处理。经过延时摄影及后期的photoshop处理后的照片可以更清楚地观察到根系不断生长的状态。将经photoshop处理完成的照片利用Winrhizo软件进行分析，得到鹰嘴豆根系生长的总根长、平均根直径和根体积等。

如图29所示，鹰嘴豆根系的总根长随着生长的天数的增加而不断增加，第1天的总根长较小是因为部分根系被埋在土壤中。如图30所示，鹰嘴豆的平均根直径在5天前呈快速增长的趋势，生长5天后增长缓慢，并出现下降的现象，这是因为鹰嘴豆生长早期还未生长出侧根，只有一条主根；而后期鹰嘴豆的根系生长了许多幼小的侧根从而导致平均根直径的下降或生长缓慢。如图31所示，鹰嘴豆根系总体积随着生长天数的增加也有增加的趋势。

实施例3：

本实施例采用鹰嘴豆的种子作为实验对象，基于延时摄影进行根系的观察。

步骤1)：

浸种：先用浓度为10％的双氧水对鹰嘴豆的种子消毒20分钟，再用饱和硫酸钙溶液浸泡20小时，让种子充分吸涨。

发芽：在培养皿的底部放上滤纸，将浸泡完成的种子摆放在培养皿中并置于滤纸之上，再用一层滤纸将种子盖上，向培养皿中加入去离子水浸润滤纸，去离子水的水层厚度为种子直径的1/4，盖上培养皿的盖子，用黑色塑料袋覆盖，在恒温培养室中培养鹰嘴豆的种子至根长为2-3厘米。

步骤2)：将步骤1)的根长为2-3厘米的鹰嘴豆的种子放入根箱(如图1所示，图1的根箱大小为42厘米*30厘米*1厘米)中让种子生长，并将根箱罩上黑布。

步骤3)：将全画幅单反相机(镜头为90mm的镜头)放入步骤2)的黑布内，并调整相机的位置、焦距、快门速度、光圈和两张照片的预设时间；相机镜头高度与种子齐平；在根箱的两侧分别放置一盏闪光灯，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，闪光灯和相机的快门统一由快门线控制；快门速度设置为1/160秒，光圈设置为f8，闪光灯的闪光时长为1/10000秒；由于鹰嘴豆根系生长较为缓慢，拍摄两张照片的间隔的预设时间设置为10分钟；拍摄鹰嘴豆放入根箱后的21天内的根系生长的照片。

步骤4)：将得到延时摄影的照片，通过photoshop和Winrhizo软件对照片进行处理分析。

图32-图35分别为延时摄影拍摄的鹰嘴豆生长1、6、9和11天的根系照片，可以从照片上观察到鹰嘴豆的根系在不断地生长。再用photoshop对照片进行处理，应用反相、阈值、套索和污点修复工具，去除根系以外的斑点和痕迹，得到白底黑色根的照片(如图36-39所示)，可以对每张照片都进行处理，也可以每隔一定张数的照片选取一张进行处理。经过延时摄影及后期的photoshop处理后的照片可以更清楚地观察到根系不断生长的状态。将经photoshop处理完成的照片利用Winrhizo软件进行分析，得到鹰嘴豆根系生长的总根长、平均根直径和根体积等。

如图40所示，鹰嘴豆根系的总根长随着生长的天数的增加而不断增加，此实施例中鹰嘴豆根系生长的时间为6月份，温度较高，根系生长较快，生长11天的总根长能够达到40厘米。鹰嘴豆根系生长的第1天的总根长较小是因为部分根系被埋在土壤中。鹰嘴豆生长的1-6天总根长增加的趋势较大，6天之后总根长增加的趋势较缓慢，这是因为温度较高，浇水量增加，位于上部的土壤含水量较位于下部的土壤高，鹰嘴豆根系在生长初期根系较短时更容易获得水分。如图41所示，鹰嘴豆的平均根直径在1-5天呈快速增长的趋势，生长5天后增长缓慢，并出现下降的现象，这是因为鹰嘴豆生长早期还未生长出侧根，只有一条主根；而后期鹰嘴豆的根系生长了许多幼小的侧根从而导致平均根直径的生长缓慢。如图42所示，鹰嘴豆根系总体积随着生长天数的增加也有增加的趋势。

实施例4：

本实施例采用鹰嘴豆的种子作为实验对象，基于延时摄影进行根系的观察。

本实施例的步骤1)至步骤3)与实施例1的步骤1)至步骤3)相同，所不同的是，本实施例的步骤4)为：

步骤4)：将得到延时摄影的照片，利用photoshop软件将所得的照片制作成90秒的视频，直观地观察鹰嘴豆根系的生长变化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不仅限于本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

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，其特征在于，采用全画幅单反相机，相机镜头采用焦距为90毫米的镜头。

8.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，所述将延时摄影得到的照片进行处理分析的方法包括：采用photoshop批量去除照片中根系以外的图案，再采用Winrhizo软件对延时摄影得到的照片进行处理分析。

9.根据权利要求8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photoshop批量去除照片中直径大于0.5毫米的根系以外的图案。

10.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，所述将延时摄影得到的照片进行处理分析的方法包括：采用photoshop将延时拍摄得到的照片合成视频进行处理分析，合成视频的时长为50-90秒。

11.根据权利要求1-10中任一项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，所述培育种子让其发芽的方法具体包括如下步骤：

浸种：用双氧水消毒，再将种子浸泡在饱和硫酸钙溶液中；

发芽：将种子置于有盖的培养皿中，并夹在两层滤纸中间，培养皿中加入水，将培养皿置于黑暗环境中，恒温培养种子至根长2-3厘米。

12.根据权利要求11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，双氧水中H₂O₂的浓度为10％；用双氧水消毒的时间为20分钟；将种子浸泡在饱和硫酸钙溶液中的时间为16小时以上。

13.根据权利要求11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，培养皿中加入的水的水层厚度为种子直径的1/4。

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