ES2895950T3 - Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces Download PDF

Info

Publication number
ES2895950T3
ES2895950T3 ES16869197T ES16869197T ES2895950T3 ES 2895950 T3 ES2895950 T3 ES 2895950T3 ES 16869197 T ES16869197 T ES 16869197T ES 16869197 T ES16869197 T ES 16869197T ES 2895950 T3 ES2895950 T3 ES 2895950T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
conductive plate
root
signal
ground
plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16869197T
Other languages
English (en)
Inventor
Philip Benfey
Jesse Windle
Daniel Goldman
Jeffrey Aguilar
Logan Johnson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hi Fidelity Genetics Inc
Original Assignee
Hi Fidelity Genetics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hi Fidelity Genetics Inc filed Critical Hi Fidelity Genetics Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2895950T3 publication Critical patent/ES2895950T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0098—Plants or trees
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/142—Arrangements for simultaneous measurements of several parameters employing techniques covered by groups G01R15/14 - G01R15/26
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/22—Measuring resistance of fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2832—Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • G01R31/2836—Fault-finding or characterising
    • G01R31/2837—Characterising or performance testing, e.g. of frequency response
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Apparatuses For Bulk Treatment Of Fruits And Vegetables And Apparatuses For Preparing Feeds (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Un sensor electrónico para detectar una raíz de una planta en una ubicación de un suelo, comprendiendo el sensor electrónico: una primera placa conductora (126, 452) configurada para ser dispuesta en el suelo; un conmutador (406) acoplado eléctricamente a la primera placa conductora, en donde el conmutador está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo; una fuente de alimentación (402) acoplada eléctricamente al conmutador, en donde la fuente de alimentación está configurada para proporcionar una primera carga eléctrica a la primera placa conductora en el primer modo del conmutador; y un extractor de señal (404) acoplado eléctricamente al conmutador, en donde, en el segundo modo del conmutador, el extractor de señal está configurado para extraer una señal en la primera placa conductora basándose en la primera carga eléctrica proporcionada a la primera placa conductora en el primer modo del conmutador.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces
Antecedentes
Campo
La presente divulgación generalmente se refiere a dispositivos para fenotipado no invasivo de raíces y más específicamente a un sistema electrónico y dispositivos electrónicos para detectar raíces de plantas, así como monitorear los rasgos de la raíz de las plantas a lo largo del tiempo.
Descripción de la técnica relacionada
La arquitectura del sistema radicular (RSA) describe la disposición espacial de las raíces dentro del suelo que está determinada por factores genéticos y ambientales. La RSA afecta la aptitud de las plantas, rendimiento del cultivo, rendimiento de grano y puede influir en la tolerancia a la sequía y la capacidad de una planta para adquirir nutrientes. Por ejemplo, los estudios han demostrado que la modificación de un solo gen, ENRAIZAMIENTO MÁS PROFUNDO 1 (DRO1), en el arroz cambia el ángulo de la raíz sin cambiar la longitud total de la raíz. Este ligero cambio en el ángulo de la raíz dirige las raíces hacia abajo, lo que proporciona a la planta un mayor acceso a las aguas subterráneas. Como tal, el arroz modificado (por ejemplo, arroz con el gen DRO1) rinde un 10 % menos en condiciones de sequía, mientras que el arroz sin modificar (por ejemplo, arroz sin el gen DRO1) rinde un 60 % menos en las mismas condiciones que en condiciones de buen riego.
Los rasgos de la raíz rara vez se han aplicado a los programas de mejoramiento debido, en parte, a la dificultad de medir y monitorear el crecimiento de las raíces en suelos opacos y complejos. Las técnicas actuales reducen el rendimiento de los cultivos o interfieren con el ciclo de crecimiento de las plantas. Una técnica, por ejemplo, desarraiga plantas cultivadas en el campo para una medición de un solo punto de tiempo. Esta técnica no solo es destructiva, pero el proceso de desarraigo cambia factores in situ (por ejemplo, quita la base del suelo), que puede sesgar las mediciones (por ejemplo, mediciones del ángulo de la raíz sin suelo).
Una técnica menos destructiva proporciona una ventana de visualización, como un rizotrón, para observar las raíces a lo largo del tiempo. Esta técnica coloca una barrera transparente en la trayectoria del crecimiento de las raíces para ver las raíces que crecen adyacentes a la ventana de visualización de la cámara de rizotrón. Esta técnica interfiere con el ciclo de crecimiento natural de la planta, ya que intencionalmente coloca una obstrucción en el camino natural del desarrollo de las raíces. El documento US 2009/322357 A1 divulga un procedimiento adicional para analizar sistemas radicular mediante el monitoreo de las características de crecimiento de una planta que tiene una raíz enterrada en un volumen prescrito de suelo usando una pluralidad de electrodos insertados en el suelo a un espaciado conocido entre sí en las proximidades de la raíz o estructura similar a una raíz. Cuando se aplica corriente eléctrica a algunos de los electrodos, el potencial eléctrico se mide en otros de los electrodos para construir una representación de la impedancia eléctrica a través del volumen prescrito localizando la raíz o estructura similar a una raíz.
El monitoreo en tiempo real de la RSA durante la temporada de crecimiento sin interferir con el ciclo de crecimiento de la planta puede proporcionar información invaluable que puede usarse para producir plantas más saludables y producir una cosecha más abundante. Como tal, existe un desafío para mejorar, técnicas no invasivas para el seguimiento de fenotipos radicular, como tasa de crecimiento, longitud, ángulo y similares.
Breve sumario
La invención proporciona para un sensor de acuerdo con la reivindicación 1, un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13 y un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 15.
La invención se describe con más detalle mediante la descripción detallada a continuación.
Breve descripción de las figuras
Para una mejor comprensión de los diversos ejemplos descritos, debe hacerse referencia a la descripción a continuación, junto con las siguientes figuras en las que números de referencia similares se refieren a partes correspondientes en todas las figuras.
La figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces.
Las figuras 2A y 2B son diagramas que ilustran una vista superior y una vista ISO de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con placas conductoras.
Las figuras 3A y 3B son diagramas que ilustran un ejemplo de secciones transversales de placas conductoras inclinadas en ángulo oblicuo con respecto a la base de una raíz.
Las figuras 4A y 4B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de contacto de raíz configurado para determinar si una raíz está en contacto con la placa conductora de raíz.
Las figuras 5A-5C son diagramas que ilustran un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una pluralidad de placas conductoras que rodean una planta en varias etapas de crecimiento de un sistema radicular de plantas a lo largo del tiempo.
La figura 6A es un diagrama que ilustra una vista lateral de una porción de una matriz de sensores para un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una pluralidad de placas conductoras paralelas.
La figura 6B es un diagrama que ilustra una vista ISO de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una porción de la matriz de sensores y una pluralidad de placas conductoras paralelas enrejadas entre soportes circulares.
Las figuras 7A y 7B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad de la raíz en un caso en donde no hay una raíz entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora.
Las figuras 8A y 8B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad de la raíz en un caso en donde hay una raíz entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora.
Las figuras 9A y 9B son diagramas de circuito que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad de la raíz configurado para determinar si hay una raíz entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora en los casos en que una raíz incide sobre al menos una placa conductora.
Las figuras 10A-10C son diagramas que ilustran un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una pluralidad de sensores de proximidad que rodean una planta en varias etapas de crecimiento de un sistema radicular de plantas a lo largo del tiempo.
La figura 11 es un diagrama que ilustra una vista ISO de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una matriz de sensores de proximidad con una pluralidad de sensores de proximidad enrejados en una estaca. La figura 12 es un diagrama de flujo de datos conceptual que ilustra el flujo de datos entre diferentes medios/componentes en un dispositivo de fenotipado radicular.
La figura 13 es un diagrama de flujo de un dispositivo de fenotipado de plantas con una pluralidad de sensores para detectar raíces y determinar rasgos de la raíz.
Descripción detallada
La descripción detallada que se expone a continuación en relación con los dibujos adjuntos se pretende que sea una descripción de diversas configuraciones y no se pretende que represente las únicas configuraciones en las que pueden practicarse los conceptos descritos en el presente documento. La descripción detallada incluye detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión profunda de diversos conceptos. Sin embargo, resultará evidente para los expertos en la materia que estos conceptos pueden practicarse sin estos detalles específicos. En algunos ejemplos, las estructuras y componentes bien conocidos se muestran en forma de diagrama de bloques para evitar oscurecer tales conceptos.
Ahora se presentarán ejemplos de detección radicular para monitorizar el crecimiento de la raíz de una planta con referencia a varios dispositivos y procedimientos electrónicos. Estos dispositivos electrónicos y procedimientos se describirán en la siguiente descripción detallada y se ilustrarán en los dibujos adjuntos mediante diversos bloques, componentes, circuitos, etapas, procesos, algoritmos, etc. (colectivamente denominados como "elementos"). Estos elementos pueden implementarse mediante hardware electrónico, software de ordenador, o cualquier combinación de los mismos. El hecho de que dichos elementos se implementen como hardware o software depende de la aplicación específica y las restricciones de diseño impuestas sobre el sistema general.
A modo de ejemplo, un elemento, cualquier porción de un elemento, o cualquier combinación de elementos puede implementarse uso uno o más procesadores. Ejemplos de procesadores incluyen microprocesadores, microcontroladores, unidades de procesamiento de gráficos (GPU), unidades centrales de procesamiento (CPU), procesadores de aplicaciones, procesadores de señales digitales (DSP), procesadores de ordenador de conjunto de instrucciones reducido (RISC), sistemas en un chip (SoC), procesadores de banda base, matrices de puertas programables en campo (FPGA), dispositivos lógicos programables (PLD), máquinas de estado, lógica de puertas, circuitos de hardware discretos y otro hardware adecuado configurado para realizar las diversas funciones descritas a lo largo de la presente divulgación. Uno o más procesadores en el sistema de procesamiento pueden ejecutar software. El software se interpretará en sentido amplio como instrucciones, conjuntos de instrucciones, código, segmentos de código, código de programa, programas, subprogramas, componentes de software, aplicaciones, aplicaciones de software, paquetes de software, rutinas, subrutinas, objetos, ejecutables, hilos de ejecución, procedimientos, funciones, etc., ya sea conocido como software, firmware, middleware, microcódigo, lenguaje de descripción de hardware, o de otro modo.
En consecuencia, en uno o más ejemplos, las funciones descritas pueden implementarse en hardware, software o cualquier combinación de los mismos. Si se implementan en software, las funciones pueden almacenarse o codificarse como una o más instrucciones o código en un medio legible por ordenador. Los medios legibles por ordenador pueden incluir medios de almacenamiento de ordenador transitorios o no transitorios para llevar o tener instrucciones o estructuras de datos ejecutables por ordenador almacenadas en ellos. Tanto los medios de almacenamiento transitorios como los no transitorios pueden ser cualquier medio disponible al que pueda acceder un ordenador como parte del sistema de procesamiento. A modo de ejemplo, y no de limitación, tales medios legibles por ordenador pueden comprender una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo lectura (ROM), una ROM programable eléctricamente borrable (EEPROM), un almacenamiento de disco óptico, un almacenamiento de disco magnético, otros dispositivos de almacenamiento magnético, Combinaciones de los tipos antes mencionados de medios legibles por ordenador, o cualquier otro medio que pueda usarse para almacenar código ejecutable de ordenador en la forma de instrucciones o estructuras de datos y al que puede accederse por parte del ordenador. Además, cuando la información se transfiere o se proporciona a través de una red u otra conexión de comunicaciones (cableada, inalámbrica, celular, o una combinación de los mismos) a un ordenador, el ordenador o el sistema de procesamiento determina adecuadamente la conexión como un medio transitorio o no transitorio legible por ordenador, dependiendo del medio particular. Por lo tanto, cualquier conexión de este tipo se denomina correctamente un medio legible por ordenador. Combinaciones de los anteriores deberían incluirse también dentro del ámbito de los medios legibles por el ordenador. Los medios legibles por ordenador no transitorios excluyen las señales per se y la interfaz aérea.
La presente divulgación proporciona un dispositivo electrónico para detectar y/o controlar el crecimiento de la raíz de una planta. El dispositivo electrónico incluye una estructura de soporte (por ejemplo, estructura de jaula) adecuada para la disposición adyacente a la ubicación del suelo. El dispositivo electrónico incluye además una pluralidad de sensores electrónicos enrejados a la estructura de soporte. Algunos de la pluralidad de sensores electrónicos son sensores de contacto de raíz y algunos son sensores de proximidad de la raíz. El sensor de contacto de raíz incluye un conmutador acoplado eléctricamente a una primera placa conductora (por ejemplo, sensor de contacto), un extractor de señal (por ejemplo, divisor de tensión, convertidor analógico a digital) y una fuente de alimentación (por ejemplo, fuente de tensión o corriente). El conmutador está configurado para acoplar eléctricamente la fuente de alimentación a la primera placa conductora en un primer modo y acoplar eléctricamente el extractor de señal a la primera placa conductora en un segundo modo.
En el segundo modo, el extractor de señal recibe una respuesta de señal de la primera placa conductora después de ser cargado por la fuente de energía en el primer modo. Un microcontrolador recibe la respuesta de la señal y la compara con las respuestas de la señal de referencia almacenadas en la memoria. En los casos en que una raíz no toque físicamente la primera placa conductora, la respuesta de la señal de la primera placa conductora es característica de la respuesta de la señal de línea de base para que la raíz no incida en la primera placa conductora. En los casos en que una raíz toque físicamente la primera placa conductora, la respuesta de la señal de la primera placa conductora es característica de la respuesta de la señal de línea de base para una raíz que incide en la primera placa conductora.
El sensor de proximidad de la raíz incluye una primera placa conductora y una segunda placa conductora, que está eléctricamente acoplada a tierra. El sensor de proximidad es un conmutador acoplado eléctricamente a una primera placa conductora, un extractor de señal (por ejemplo, divisor de tensión, convertidor analógico a digital) y una fuente de alimentación (por ejemplo, fuente de tensión o corriente). El conmutador del sensor de proximidad está configurado para acoplar eléctricamente la fuente de alimentación a la primera placa conductora en un primer modo y acoplar eléctricamente el extractor de señal a la primera placa conductora en un segundo modo.
Para el sensor de proximidad de la raíz, la primera placa conductora y la segunda placa conductora son sustancialmente paralelas y están acopladas eléctricamente a través de la impedancia del suelo. Las perturbaciones en la impedancia en el suelo entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora provocan una respuesta de señal en la primera placa conductora cuando el conmutador está en el segundo modo. Un microcontrolador recibe la respuesta de señal del extractor de señal y la compara con las respuestas de señal de línea base almacenadas en la memoria. En los casos en que una raíz no esté físicamente entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora, la respuesta de la señal de la primera placa conductora es característica de la respuesta de la señal de línea base para la ausencia de raíz entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora. En los casos en que una raíz esté físicamente entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora, la respuesta de la señal de la primera placa conductora es característica de la respuesta de la señal de línea de base para una raíz entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora. En los casos en que una raíz toque físicamente la primera placa conductora, la respuesta de la señal de la primera placa conductora es característica de la respuesta de la señal de línea de base para una raíz que incide en la primera placa conductora.
Los sensores y dispositivos electrónicos de la presente divulgación implementan técnicas de fenotipado radicular no invasivas, como las técnicas para monitorear el crecimiento de la raíz de una planta, técnicas para seleccionar una planta para la reproducción basada en una característica de crecimiento de la raíz, técnicas para determinar un efecto de una interacción planta-microbio sobre una característica de crecimiento de la raíz, y/o técnicas para monitorear un organismo del suelo. Estas técnicas descritas en este documento permiten el seguimiento del crecimiento de las raíces de las plantas in situ mientras la planta crece, proporcionan una resolución de monitoreo de RSA más alta que los dispositivos existentes (por ejemplo, mini-rizotrón) y proporcionan una solución de bajo coste que es adecuada para uso en el campo con una mínima interferencia para el crecimiento de las plantas.
La figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100. El dispositivo de fenotipado radicular 100 incluye una estructura de soporte adecuada para su disposición en una ubicación de suelo adyacente a una planta 140. En este ejemplo, la estructura de soporte es una estructura de jaula 120 con un soporte circular superior 122A, soportes circulares centrales 122B y soportes circulares inferiores 122C conectados verticalmente al soporte vertical extendido 114 y soportes verticales 110 que forman una columna vertebral para la estructura de soporte.
Se contempla que soportes circulares adicionales 122A, 122B, 122C se puede agregar a una estructura de jaula 120 deseada. Por ejemplo, una estructura de jaula puede incluir 1 o más, 2 o más, 3 o más, 4 o más, 5 o más, 6 o más, 7 o más, 8 o más, 9 o más, 10 o más, 11 o más, o 12 o más, etc. soportes circulares 122A, 122B, 122C. El número de soportes circulares 122A, 122B, 122C que se va a utilizar puede verse influenciado por, por ejemplo, una separación y/o densidad deseadas de los soportes circulares de la jaula 122A, 122B, 122C; un tamaño, forma y/o complejidad de la RSA a monitorear; la forma y/o configuración del dispositivo; una serie de entradas que pueden ser acomodadas por un microcontrolador de la presente divulgación; y así en adelante. Igualmente, la estructura de jaula 120 puede ser una barrena o incluir una cuchilla helicoidal fijada a la estructura de jaula 102 para facilitar la excavación de la estructura de jaula 120 en el suelo alrededor de la planta 140.
En algunos ejemplos, la estructura de jaula 120 está hecha de cualquier material que resista la deformación tras la inserción en un tipo de suelo deseado sin afectar la salud y el crecimiento de la planta 140. Por ejemplo, el material de la estructura de jaula 120 puede ser metales (por ejemplo, acero galvanizado, acero inoxidable), plástico (por ejemplo, bioplásticos) y similares. En algunos ejemplos, la estructura de jaula 120 está hecha de material biodegradable y/o compostable como el ácido poliláctico (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxialcanoatos (PHA) y similares. En algunos ejemplos, se puede utilizar una impresora 3-D para construir la estructura de jaula 120 usando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.). En algunos ejemplos, la estructura de jaula 120 se puede moldear por inyección usando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.).
El dispositivo de fenotipado radicular 100 incluye además una pluralidad de placas conductoras 126 fijadas a la estructura de soporte (por ejemplo, estructura de jaula 120). Por ejemplo, la pluralidad de placas conductoras 126 puede estar enrejada en un soporte circular superior 122A, un soporte circular central 122B, y un soporte circular inferior 122C, como se ha representado en la figura 1. En algunos ejemplos, la pluralidad de placas conductoras 126 se puede enrejar al soporte vertical extendido 114 y los soportes verticales 110 que proporcionan una posición relativamente fija durante la inserción en una ubicación del suelo y la operación posterior. En algunos ejemplos, una o más de la pluralidad de placas conductoras 126 pueden proporcionarse sobre una malla y ser dispuestas entre los soportes verticales 110 y los soportes circulares 122A, 122b , 122C. Cada una de la pluralidad de placas conductoras 126 está acoplada eléctricamente (por ejemplo, a través de interconexiones cableadas) a un controlador 130 (por ejemplo, microcontrolador) que está configurado para determinar si una raíz toca físicamente un sensor de contacto.
Como se muestra en la figura 1, el dispositivo de fenotipado radicular 100 incluye un electrodo 138 que está acoplado eléctricamente al controlador 130. El electrodo 138 es una varilla conductora de electricidad que se inserta en el suelo para proporcionar un buen acoplamiento eléctrico a tierra. En algunos ejemplos, el electrodo 138 está hecho de un metal no reactivo (por ejemplo, acero inoxidable) o un metal altamente conductor (por ejemplo, cobre).
En algunos ejemplos, al menos una de la pluralidad de placas conductoras 126 es parte de un sensor radicular que está configurado para detectar un cambio de impedancia entre el suelo y una raíz causado por el contacto físico con una raíz 142 de la planta 140. En algunos ejemplos, el sensor radicular detecta un cambio en la capacitancia entre el suelo y al menos una de la pluralidad de placas conductoras 126 una vez que una raíz 142 contacta físicamente al menos una de la pluralidad de placas conductoras 126. En algunos ejemplos, el sensor radicular detecta un cambio en la resistencia entre el suelo y al menos una de la pluralidad de placas conductoras 126 una vez que una raíz 142 contacta físicamente al menos una de la pluralidad de placas conductoras 126.
Como se muestra en la figura 1, el controlador 130 incluye una unidad de comunicaciones (por ejemplo, una antena 108, puerto de E/S para el cable 106) configurado para transmitir datos sensoriales a un dispositivo móvil 154 (por ejemplo, un teléfono inteligente, tableta PC). En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede transmitir datos sensoriales a través del cable 106 a un dispositivo móvil 154. En algunos ejemplos, el cable 106 es un cable en serie con conectores apropiados para interactuar con la unidad de comunicación del controlador 130 y el dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor en serie, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones en serie. En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede incluir una antena 108 y circuitos configurados para transmitir datos sensoriales de forma inalámbrica (por ejemplo, Bluetooth, Wi-Fi) a un dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor Bluetooth, transceptor Wi-Fi, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones en serie a través de protocolos inalámbricos. En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede incluir una antena 108 y circuitos configurados para transmitir datos sensoriales a través de una red celular (por ejemplo, 3G, 4G, LTE) a una torre celular o dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor 3G, transceptor 4G, transceptor LTE, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones a través de protocolos celulares.
El dispositivo de fenotipado radicular 100 puede incluir uno o más sensores (por ejemplo, sensor de suelo 134, sensor de ambiente 136) asociado a cualquier aspecto deseado de la planta 140, la ubicación del suelo y/o una o más condiciones sobre el suelo en o cerca de la ubicación del suelo. En general, el sensor de suelo 134 está ubicado dentro del suelo o en la interfaz aire/suelo, y el sensor de ambiente 136 está ubicado por encima del suelo o en la interfaz aire/suelo. Por ejemplo, el sensor de suelo 134 se puede configurar para determinar uno o más niveles de nutrientes (por ejemplo, fósforo, nitrógeno, oxígeno, humedad del suelo, temperatura, humedad, pH, etc.) del suelo situado en o cerca de la ubicación de la planta. En algunos ejemplos, el sensor de suelo 134 es un sensor de nutrientes. En algunos ejemplos, el sensor de suelo 134 es un sensor de humedad del suelo, un sensor de presión, o un sensor de temperatura.
El sensor de ambiente 136 está configurado para determinar una o más condiciones del entorno/ambientales por encima del suelo. En algunos ejemplos, el sensor de ambiente 136 está configurado para determinar una o más condiciones del entorno (por ejemplo, humedad, temperatura, luminosidad, etc.) asociados a la planta. En algunos ejemplos, el sensor de ambiente 136 es un sensor de temperatura o un sensor de humedad. En algunos ejemplos, el sensor de ambiente 136 es un sensor de lluvia o un sensor de luz. Tanto el sensor de suelo 134 como el sensor de ambiente 136 proporcionan información in situ sobre ubicaciones de campo localizadas (por ejemplo, relacionados con la desecación del suelo y/o la retención de fertilizantes). Esta información ayuda a los criadores y cultivadores a orientar el riego y/o fertilizante a ubicaciones de campo específicas, lo que proporciona ahorros de costes y energía.
La energía proporcionada al controlador 130 del dispositivo de fenotipado radicular 100 incluye una o más fuentes de energía. Por ejemplo, como se muestra en la figura 1, el dispositivo de fenotipado radicular 100 puede incluir una célula solar 132 fijada al soporte vertical extendido 114 para proporcionar energía eléctrica al controlador 130. Otras fuentes de energía adecuadas pueden incluir una o más células solares, una o más baterías, o una combinación de las mismas (por ejemplo, célula solar 132 configurada para cargar una batería). En algunos ejemplos, el controlador 130 de la presente divulgación tiene modos activo y de apagado, que prevén la modulación del consumo de energía.
Las figuras 2A y 2B son diagramas que ilustran una vista superior y una vista ISO de un dispositivo de fenotipado radicular 100 no invasivo con placas conductoras 126. Como se representa en la figura 2B, los soportes circulares 122A, 122B, 122C están dispuestos paralelos y separados entre sí a lo largo del eje z. El soporte circular 122A corresponde a un anillo superior de la estructura de jaula 120 (por ejemplo, primera fila), los soportes circulares 122B corresponden a un anillo medio de la estructura de jaula 120 (por ejemplo, primera fila), y el soporte circular 122C corresponde a un anillo inferior de la estructura de jaula 120 (por ejemplo, tercera fila). Cada soporte circular 122A, 122B, 122C incluye una pluralidad de placas conductoras 126 que están dispuestas en una ubicación espacial fija en el plano x-y sobre o alrededor de la superficie del anillo. A cada sensor radicular se le asigna una ubicación con un identificador distinto que se asigna espacialmente al controlador 130. Por ejemplo, la pluralidad de placas conductoras 126 se designan 126A1-126A8, 126B1-126B8, 126C1-126C8, etc., donde la "A", "B", y "C" corresponde a filas y el "1" -"8" corresponde a columnas. La ubicación física de cada sensor electrónico designado 126A1-126A8, 126B1-126B8, 126C1-126C8 puede determinarse fácilmente y asignarse espacialmente al controlador 130.
En algunos ejemplos, Uno cualquiera o más de los soportes (por ejemplo, los soportes verticales 110 y el soporte vertical extendido 114) son extraíbles (por ejemplo, el soporte vertical 114). Como se representa en la figura 2B, se han eliminado los soportes 110. En algunos ejemplos, el soporte vertical extensible 114 es una varilla extraíble y/o extensible que se desliza dentro de la estructura de jaula 120. En tal caso, los elementos de soporte vertical extensible 114 fijados al mismo se pueden quitar del suelo y el resto del dispositivo de fenotipado radicular 100. Además, el aspecto extraíble facilita el microcontrolador 130, panel solar 132, sensor de suelo 134, y sensor de ambiente 136 para ser eliminados (por ejemplo, al final de la una temporada de crecimiento). Debe apreciarse que cada componente, una vez eliminado, se puede reutilizar para otra planta o temporada de crecimiento.
Debería apreciarse que la estructura de soporte se puede construir para acomodar otras posiciones espacialmente viables para las placas conductoras 126. Por ejemplo, en algunos casos, la estructura de soporte puede ser ahusada de modo que las posiciones de las columnas de las placas conductoras 126 en un anillo adyacente estén inclinadas verticalmente (por ejemplo, posicionado en una posición x, y, y z diferente). En algunos ejemplos, la estructura de soporte puede contornear a la superficie de una esfera, cono, cilindro, etc.
Las figuras 3A y 3B son diagramas que ilustran un ejemplo de secciones transversales de placas conductoras 126 inclinadas en ángulos oblicuos con respecto a la base de una raíz 142. El sensor radicular está situado inclinado desde la dirección y (por ejemplo, eje y) hacia la dirección z (por ejemplo, eje z) con respecto a una base lateral (plano xy) de la raíz 142. Esta configuración es menos invasiva para la planta 140, ya que las raíces 142 están naturalmente en ángulo con respecto a la base de la raíz 142. Conceptualmente, el ángulo oblicuo (por ejemplo, 9i, 02) tiene un ligero ángulo hacia abajo (por ejemplo, hacia el eje z) desde el ángulo de la raíz (por ejemplo, a-i, a2). Esto proporciona una mayor superficie a lo largo del punto de contacto 342 con las placas conductoras 126. Por ejemplo, la raíz 142 representada en la figura 3A tiene raíces poco profundas con un ángulo de raíz ai desde la dirección lateral (por ejemplo, eje y), y la placa conductora 126 está situada en un ángulo de 9i, que es mayor que el ángulo de la raíz a -Esta configuración reduce el área de obstrucción de la raíz 142 al tiempo que proporciona una mayor área de superficie para que la raíz crezca a lo largo de la superficie 342 de la placa conductora 126. Igualmente, la raíz 142 representada en la figura 3B tiene raíces poco profundas con un ángulo de raíz a2 desde la dirección lateral (por ejemplo, eje y), y la placa conductora 126 está situada en un ángulo de 02, que es mayor que el ángulo de la raíz a2.
En general, el ángulo de la raíz a2 representado en la figura 3B es para raíces profundas que están situadas debajo de las raíces superficiales con un ángulo de raíz a1 representado en la figura 3A. Como tal, la estructura de soporte (por ejemplo, estructura de jaula 120) del dispositivo de fenotipado 100 puede fijar la pluralidad de placas conductoras 126 en varios ángulos oblicuos. En algunos ejemplos, los ángulos oblicuos de la placa conductora 126 varían con la profundidad (por ejemplo, eje Z). En algunos ejemplos, los ángulos oblicuos de la placa conductora 126 cerca de la superficie son menores o iguales que los ángulos oblicuos de la placa conductora 126 situada verticalmente más abajo. En algunos ejemplos, los ángulos oblicuos de la placa conductora 126 cerca de la superficie son mayores que los ángulos oblicuos de la placa conductora 126 situada verticalmente más abajo.
Como se muestra en las figuras 3A y 3B, la pluralidad de placas conductoras 126 están fijadas a la estructura de soporte 325. La estructura de soporte se puede colocar entre los soportes verticales 110 (o el soporte vertical extendido 114) y los soportes laterales (por ejemplo, soportes circulares 122A, 122B, 122C). La estructura de soporte puede estar hecha de material biodegradable y/o compostable como algodón, bambú, tela de proteína de soja, lana, tencel, madera, ácido poliláctico (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxialcanoatos (PHA) y similares. La estructura de soporte puede estar hecha de un metal no reactivo (por ejemplo, acero inoxidable) o un metal altamente conductor (por ejemplo, cobre, acero galvanizado, etc.). Debería apreciarse que las placas conductoras 126 están eléctricamente aisladas del metal no reactivo o del metal altamente conductor. En algunos ejemplos, la estructura de soporte 325 es una malla que se puede hacer con cordeles (por ejemplo, cordones, hilos o alambre) que rodean los espacios abiertos. Los espacios abiertos proporcionan un camino para que las raíces 142 crezcan sin obstrucciones.
Las figuras 4A y 4B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de contacto radicular 400 configurado para determinar si una raíz 142 está en contacto con la placa conductora de raíz 126. El sensor de contacto radicular 400 incluye un conmutador 406 acoplado eléctricamente a una primera placa conductora 452, una fuente de alimentación 402, un extractor de señal 404 y un microprocesador 410. La primera placa conductora 452 es una placa conductora de electricidad situada en el suelo. La primera placa conductora 452 puede estar hecha de un metal no reactivo (por ejemplo, acero inoxidable) o un metal altamente conductor (por ejemplo, cobre, acero galvanizado, etc.). Como se muestra en la figura 1, se inserta un electrodo 138 en el suelo para proporcionar un buen acoplamiento eléctrico a tierra. Como tal, la impedancia del suelo 416 proporciona un conducto para que las cargas fluyan desde la primera placa conductora 452 a través del suelo hasta un electrodo 138. La carga aplicada a la primera placa conductora 452 puede acumularse o disiparse dependiendo de las propiedades eléctricas (por ejemplo, impedancia 416) del suelo. Por ejemplo, para suelos húmedos y salados, la impedancia puede ser baja (por ejemplo, resistividad ~ 10 Q-m) y para suelos secos la impedancia puede ser alta (por ejemplo, resistividad ~ 1 kü-m). Igualmente, para suelos muy secos, la impedancia puede ser incluso mayor (por ejemplo, resistividad que varía entre 1 kü-m a 10 küm).
Debe tenerse en cuenta que la tierra física y la tierra del chasis pueden tener diferentes potenciales de tensión (por ejemplo, VTierra ± Vohasis). Es decir, incluso en los casos en que un cable eléctrico cortocircuita la tierra del chasis a tierra, la conexión del cable eléctrico tiene una impedancia 422 de línea distinta de cero. En algunos casos de conexión a tierra deficiente, el electrodo 138 se puede colocar sobre la tierra del chasis en lugar de la tierra representada en las figuras 4A y 4B.
El conmutador 406 está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo. En el primer modo, la fuente de alimentación 402 está habilitada para proporcionar una carga eléctrica a la primera placa conductora 452. Como se representa en la figura 4A, la fuente de alimentación 402 está eléctricamente acoplada a la primera placa conductora 452. En esta configuración, una carga (por ejemplo, potencial de tensión) se acumula debido a la impedancia distinta de cero (por ejemplo, resistividad) entre la primera placa conductora 452 y el electrodo 138. En el segundo modo, el extractor de señal 404 está habilitado para capturar la respuesta de señal. En esta configuración, la fuente de alimentación 402 está eléctricamente desacoplada de la primera placa conductora 452, y el extractor de señal 404 está eléctricamente acoplado a la primera placa conductora 452. A su vez, la carga se disipa con el tiempo a medida que los electrones fluyen desde la tierra del electrodo 138 a través del suelo hasta la primera placa conductora 452.
En algunos ejemplos, el conmutador 406 puede ser un multiplexor que está eléctricamente acoplado y controlado por el microcontrolador 410. Un multiplexor facilita el acoplamiento eléctrico a una pluralidad de placas conductoras 126 para compartir salidas (por ejemplo, acoplamiento eléctrico a la fuente de alimentación 402 y extractor de señal 402). Por ejemplo, el microcontrolador 410 del dispositivo de fenotipado radicular 100 puede incluir líneas de control 420 para controlar la conmutación de un multiplexor (por ejemplo, conmutador 406) que acopla eléctricamente una pluralidad de placas conductoras 126 a una única fuente de alimentación 402 o que acopla eléctricamente una pluralidad de placas conductoras 126 a un único extractor de señal 404. En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un relé que está acoplado eléctricamente y controlado por el microcontrolador 410.
El extractor de señal 404 está configurado para extraer (por ejemplo, captura) una respuesta de señal en la primera placa conductora 452. En el segundo modo del conmutador 406, el extractor de señal 404 captura la tensión en la primera placa conductora 452 a lo largo del tiempo a medida que la carga se disipa, que produce una respuesta de señal proporcional a las propiedades eléctricas del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo 416). En algunos ejemplos, el extractor de señal es un divisor de tensión, donde la tensión extraída es una relación de impedancias (por ejemplo, Vo=Z-i/(Z1+Z2)xVen). En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un convertidor analógico a digital (ADC) configurado para convertir la respuesta de la señal en equivalentes digitales. En un ejemplo de este tipo, el ADC se puede configurar para capturar digitalmente la respuesta de la señal. Debe apreciarse que la señal extraída (por ejemplo, tensión) del ADC es con respecto a la tierra del chasis del controlador 130, que es común a una pluralidad de placas conductoras 126.
En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 se puede configurar para almacenar la respuesta de la señal extraída en un medio legible por ordenador/memoria 408 en un valor predeterminado (por ejemplo, intervalos periódicos). Por ejemplo, en algunos casos, el extractor de señal 404 puede almacenar una respuesta de señal cada cinco minutos que puede agregarse o recuperarse para su procesamiento posterior.
El sensor de contacto radicular 400 puede incluir además un microcontrolador 410 configurado para recibir una señal de respuesta sin procesar desde el extractor de señal 404. Como se representa en la figura 4A, el microcontrolador 410 incluye un procesador de señal 412 que recibe y acondiciona la señal de respuesta en bruto adecuada para la comparación. Por ejemplo, la señal de respuesta sin procesar puede tener ruido de alta frecuencia y el procesador de señal 412 puede aplicar un filtro de paso bajo (por ejemplo, filtro de Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar la respuesta de la señal.
El procesador de señal 412 también está configurado para recuperar una respuesta de señal de línea base desde el medio/memoria legible por ordenador 408 y comparar porciones de la respuesta de señal con porciones de la respuesta de señal de línea base. Una respuesta de señal de línea de base es una respuesta de señal del sensor de contacto radicular 400 en condiciones similares a las condiciones en el sitio de la planta. Por ejemplo, en un caso concreto, el sensor de suelo 134 puede detectar la resistividad del suelo a una temperatura designada. A su vez, el procesador de señal 412 puede recuperar del medio/memoria legible por ordenador 408 (por ejemplo, consultar una base de datos) una señal de respuesta de línea de base para un suelo que tiene resistividad y temperatura similares para comparar con la respuesta de la señal condicionada. Debe tenerse en cuenta que también se pueden aplicar características adicionales del suelo al determinar una señal de respuesta de línea base, como la salinidad, aireación, etc. En algunos ejemplos, el sensor de suelo 134 es un sensor de humedad del suelo o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el sensor de ambiente 136 es un sensor de humedad o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador 410.
En algunos ejemplos, la señal de respuesta de línea base se determina a partir de señales de respuesta agregadas de las placas conductoras 126. Por ejemplo, en las primeras etapas del crecimiento de las plantas (por ejemplo, antes del desarrollo de la raíz), muestras de respuesta a la señal se pueden almacenar y agregar en función de las características del suelo. En general, la respuesta de la señal de línea de base es representativa de una respuesta de la señal de la placa conductora 126 en el suelo sin una raíz 142 que está en contacto con la primera placa conductora 452 en condiciones similares (por ejemplo, salinidad, resistividad, temperatura, aireación, etc.).
El microcontrolador 410 incluye un determinador 414 que compara la respuesta de la señal condicionada con la respuesta de la señal de línea base para determinar si está presente una raíz 142. Como se representa en la figura 4A, la raíz 142 está próxima a la primera placa conductora 452, pero no hace contacto físico con la placa conductora 354. Como tal, la carga en la primera placa conductora 452 no se distribuye en la raíz 142, que proporciona rutas eléctricas adicionales (por ejemplo, impedancia radicular 418) para disipación. En su lugar, la carga se limita a la primera placa conductora 452 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo) a la primera placa conductora 452. La disipación de la carga tiene un perfil de respuesta de señal característico que es suficientemente similar a una respuesta de señal de línea de base.
El determinador 414 compara la señal condicionada con la señal de la línea de base. En el ejemplo mostrado en la figura 4A, el determinador 414 determina que no se detecta la raíz 142 porque la señal de respuesta condicionada es suficientemente similar a la respuesta de la señal de línea base (por ejemplo, respuesta de señal sin una raíz presente). En algunos ejemplos, el determinador 414 es un comparador digital configurado para determinar si la diferencia entre porciones de la respuesta de señal condicionada y porciones de la respuesta de señal de línea base excede un valor umbral. En un caso concreto, una porción de la respuesta de la señal de línea de base puede ser un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) que corresponde a un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) de la respuesta de la señal condicionada. En tal caso, el determinador 414 puede determinar que no se detecta raíz para un pico de la respuesta de señal condicionada que excede un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base).
Como se representa en la figura 4B, la raíz 142 está en contacto físico con la primera placa conductora 452. Como tal, la carga de la primera placa conductora 452 se distribuye por la raíz 142. La distribución de carga proporciona una ruta eléctrica adicional (por ejemplo, impedancia radicular 418) para disipación. En este ejemplo, la carga ya no se limita a la primera placa conductora 452 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, trayectoria de la impedancia del suelo 416). En su lugar, la carga se distribuye a lo largo de la raíz 142 (por ejemplo, trayectoria de la impedancia radicular 416), que cambia el perfil de respuesta de señal característica de la respuesta de señal de línea de base.
El determinador 414 compara la señal condicionada con la señal de línea de base, y el determinador 414 determina que las perturbaciones eléctricas de la raíz 142 en contacto físico con la primera placa conductora 452 producen una señal de respuesta diferente a la respuesta de la señal de línea de base (por ejemplo, respuesta de señal sin una raíz presente). En algunos ejemplos, el determinador 414 es un comparador digital configurado para determinar si la diferencia entre porciones de la respuesta de señal condicionada y porciones de la respuesta de señal de línea base no excede un valor umbral. Por ejemplo, el determinador 414 puede determinar que se detecta una raíz cuando un pico de la señal de respuesta no excede un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base). Es decir, una presencia de raíz está asociada a una determinación de que la respuesta de la señal excedió el valor umbral. Debería apreciarse que una respuesta de señal de línea de base puede incluir una respuesta de señal de una raíz en contacto físico con la primera placa conductora 452. En tal caso, el determinador 414 puede determinar que se detecta una raíz cuando la señal de respuesta es similar a la señal de línea base.
Tal como se representa en las figuras 4A y 4B, el sensor de contacto radicular 400 puede incluir además un medio/memoria legible por ordenador 408 acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. El medio/memoria legible por ordenador 408 está configurado para almacenar datos asociados al extractor de señal. En algunos ejemplos, el medio legible por ordenador/memoria 408 es RAM, ROM, EEPROM, y similares. El medio/memoria legible por ordenador 408 puede incluir una base de datos de respuestas de señales básicas para diversas condiciones del suelo en el sitio de la planta, tales como resistividad, salinidad, contenido de humedad, temperatura, aireación, agregación (por ejemplo, rocoso, arcilla, arena) y similares.
Las figuras 5A-5C son diagramas que ilustran un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100 con una pluralidad de placas conductoras 126 que rodean una planta en varias etapas de crecimiento de un sistema radicular de plantas a lo largo del tiempo 500A, 500B, 500C. Como se muestra en las figuras 5A-5C, el dispositivo de fenotipado radicular 100 incluye una pluralidad de placas conductoras 126 fijadas (por ejemplo, enrejado) a la estructura de jaula 120 y son similares al dispositivo de fenotipado radicular 100 representado en la figura 1. En el tiempo 500A, la semilla 540 se planta en un suelo en un lugar específico a una profundidad conocida. El dispositivo de fenotipado radicular 100 está enterrado alrededor de la ubicación del suelo de manera que la ubicación de la semilla 540 esté en o cerca de un centro aproximado de la estructura de la jaula 120. En algunos ejemplos, el dispositivo de fenotipado radicular 100 puede enterrarse antes del tiempo 500A representado en la figura 5A. Por ejemplo, se pueden instalar múltiples dispositivos de fenotipado radicular 100 a lo largo de una hilera en una instancia en el tiempo, y se pueden plantar semillas individuales 540 en o cerca del centro de cada dispositivo de fenotipado radicular 100 en un momento posterior usando una sembradora automática. En algunos ejemplos, el dispositivo de fenotipado radicular 100 se puede enterrar después de plantar la semilla 540 sin interferir con las raíces 142. Por ejemplo, el dispositivo de fenotipado radicular 100 se puede enterrar mientras la planta 140 se encuentra en una etapa de crecimiento similar a la representada en la figura 5B.
La figura 5B representa un tiempo posterior a la figura 5A, donde la semilla 540 ha brotado y ha crecido hasta convertirse en una planta pequeña con raíces 142 relativamente pequeñas que emanan del lugar de plantación conocido. En este caso, las raíces 142 emanan de la planta 140 en el origen de donde se había plantado la semilla 540 en la figura 5A. Como se representa en la figura 5B, el dispositivo de fenotipado radicular 100 no detecta una raíz 142 en contacto con una primera placa conductora 452 porque las raíces no tocan la placa conductora 126.
La figura 5C representa un tiempo posterior a la figura 5B, donde la planta 140 y las raíces 142 han crecido. En este caso, las raíces 142 han crecido lo suficiente para hacer contacto con varias placas conductoras 126 fijadas a la estructura circular superior 122A y la estructura circular intermedia 122B. En este caso, la placa conductora 126B2 y la placa conductora 126B8 están en contacto físico con una raíz 142. A su vez, la respuesta de la señal extraída se acondiciona y compara con una respuesta de señal de línea de base, y el microcontrolador 410 determina que una raíz 142 está en contacto con una primera placa conductora 452 en una ubicación asociada a la placa conductora 126B2 y la placa conductora 126B8 en un tiempo designado (por ejemplo, marca de tiempo).
En algunos ejemplos, las placas conductoras 126 no han detectado una raíz 142 debajo de la fila 126B (por ejemplo, sin raíz en 126C, 126D, etc.). En tal caso, los dispositivos de fenotipado radicular 100 pueden determinar la tasa de crecimiento aproximada de la raíz (por ejemplo, distancia a la placa conductora 126B2, 126B8 dividida por el tiempo de detección inicial) así como la profundidad aproximada del sistema radicular.
La figura 6A es un diagrama que ilustra una vista lateral de una porción de una matriz de sensores 625 para un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces con una pluralidad de placas conductoras paralelas 626. En este ejemplo, cada placa conductora paralela 626 se designa como una ubicación espacial con un identificador distinto que se asigna al controlador 130. La pluralidad de placas conductoras paralelas 626 se denominan 626A1-626A5, 626B1-626B5, 626C1-626C5, etc., donde la "A", "B", y "C", corresponden a filas y el "1" - "5" corresponden a columnas. A partir de este asignación, el controlador 130 puede asignar espacialmente una raíz detectada 142.
Debe apreciarse que la estructura de soporte se puede construir para acomodar otras posiciones espacialmente viables para las placas conductoras paralelas 626. Por ejemplo, en algunos casos, la estructura de soporte puede estrecharse de modo que las posiciones de las columnas de las placas conductoras paralelas 626 en una estructura circular adyacente estén inclinadas verticalmente (por ejemplo, posicionada en una posición x, y, y z diferente). En algunos ejemplos, la estructura de soporte junto con la matriz de sensores enrejados 625 puede contornear a una forma esférica, forma cónica, forma cilíndrica, etc.
Como se representa en la figura 6A, una placa conductora paralela 626 incluye una primera placa conductora 452 adyacente y sustancialmente paralela a una segunda placa conductora 654. La región entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 está llena de suelo. Como se ha expuesto supra, la impedancia entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 puede variar en función de las propiedades eléctricas (por ejemplo, impedancia 416) del suelo, como el tipo de suelo (por ejemplo, arcilla, arena, agregado, etc.), contenido de humedad y nutrientes (por ejemplo, fosfato, nitratos, potasio, sales, etc.). Como se representa en la figura 6A, la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 para cada placa conductora paralela 626 están orientadas lateralmente (por ejemplo, a lo largo del eje y). En algunos ejemplos, la primera placa conductora 452 y/o la segunda placa conductora 654 para uno o más sensores electrónicos pueden inclinarse en ángulos oblicuos con respecto a la base de una raíz 142, tal como se representa en las figuras 2A y 2B. En algunos ejemplos, la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 para uno o más sensores electrónicos se pueden colocar de lado (por ejemplo, a lo largo del eje z).
Debe apreciarse que el espacio entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 puede variar en distancia y área de sección transversal. En algunos ejemplos, un espacio entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 tiene un área de sección transversal menor o igual a aproximadamente 1 cm2. En algunos ejemplos, una distancia entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 es igual o superior a aproximadamente 1 mm.
La figura 6B es un diagrama que ilustra una vista ISO de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600 con una porción de la matriz de sensores 625 con una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 enrejadas entre los soportes circulares 122A, 122B, 122C. En este ejemplo, la estructura de soporte es una estructura de jaula 120 con un soporte circular superior 122A (por ejemplo, primera fila), soporte circular medio 122B (por ejemplo, segunda fila), y soportes circulares inferiores 122C (por ejemplo, tercera fila) verticalmente (por ejemplo, a lo largo del eje z) conectado al soporte vertical extendido 114, que forma una columna vertebral para la estructura de soporte. Los soportes circulares 122A, 122B, 122C están dispuestos en paralelo y separados entre sí a lo largo del eje z. Aunque no está representado, el dispositivo de fenotipado radicular 600 puede incluir soportes verticales 110 para soporte adicional.
Como se representa en la figura 6B, una porción del conjunto de sensores 625 está situada entre el soporte circular inferior 122C y el soporte circular central 122B. Igualmente, un duplicado de la porción de la matriz de sensores 625' está situado entre el soporte circular superior 122A y el soporte circular central 122B. En algunos ejemplos, una porción de la matriz de sensores 625, se extiende alrededor de los soportes circulares 122A, 122B, 122C para encerrar una superficie cilíndrica alrededor de la planta 140. En algunos ejemplos, una porción del conjunto de sensores 625 está fijada a la sección circular del soporte circular inferior 122C para encerrar una porción circular inferior de la sección cilíndrica. En algunos ejemplos, conjuntos de sensores adicionales 625 están unidos a uno o más segundos soportes circulares fuera de los soportes circulares 122A, 122B, 122C.
En el ejemplo representado en la figura 1, la estructura de jaula 120 del dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600 está hecha de cualquier material que resista la deformación tras la inserción en un tipo de suelo deseado sin afectar la salud y el crecimiento de la planta 140. Por ejemplo, el material de la estructura de jaula 120 está hecho de metal (por ejemplo, acero galvanizado, acero inoxidable), plástico (por ejemplo, bioplásticos) y similares. En algunos ejemplos, la estructura de jaula 120 está hecha de material biodegradable y/o compostable como el ácido poliláctico (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxialcanoatos (PHA) y similares. En algunos ejemplos, se puede utilizar una impresora 3-D para construir la estructura de jaula 120 usando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.). En algunos ejemplos, la estructura de jaula 120 se puede moldear por inyección usando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.).
Aunque los soportes verticales 110 no se representan en la figura 6A, debe tenerse en cuenta que, en algunos ejemplos, los soportes verticales 110 pueden fijarse a los soportes circulares 122A, 122B, 122C para proporcionar resistencia y rigidez adicionales al dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600. Igualmente, otros componentes representados en el dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100 de la figura 1 se puede implementar en el dispositivo de fenotipado radicular 600. Por ejemplo, debería apreciarse que los ejemplos del dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600 pueden incluir una célula solar 132, sensor de suelo 134, sensor de ambiente 136 y similares.
Las figuras 7A y 7B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad radicular 700 en un caso en donde una raíz 142 está ausente entre una primera placa conductora 452 y una segunda placa conductora 654. El sensor de proximidad radicular 700 incluye una primera placa conductora 452 y una segunda placa conductora acoplada eléctricamente a tierra (por ejemplo, tierra del chasis). La segunda placa conductora 654 es adyacente a la primera placa conductora 452 y sustancialmente paralela a la primera placa conductora 452. La primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora son placas eléctricamente conductoras situadas en el suelo, como se muestra en la figura 7A. La primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 pueden estar hechas de un metal no reactivo (por ejemplo, acero inoxidable) o un metal altamente conductor (por ejemplo, cobre, acero galvanizado, etc.). En este ejemplo, se inserta un electrodo 138 en el suelo para proporcionar un buen acoplamiento eléctrico a tierra, como se ha representado en la figura 1. Como tal, la impedancia del suelo 416 proporciona un conducto para que las cargas fluyan desde la placa conductora 654 a través del suelo hasta un electrodo 138. La carga aplicada a la primera placa conductora 452 puede acumularse o disiparse dependiendo de las propiedades eléctricas (por ejemplo, impedancia 416) del suelo.
Debe tenerse en cuenta que la tierra física y la tierra del chasis pueden tener diferentes potenciales de tensión (por ejemplo, VTierra ± Vchasis). Es decir, incluso en los casos en que un cable eléctrico cortocircuita la tierra del chasis a tierra, la conexión del cable eléctrico tiene una impedancia 422 de línea distinta de cero. En algunos casos de conexión a tierra deficiente, el electrodo 138 se puede colocar sobre la tierra del chasis en lugar de la tierra representada en la figura 7A.
El sensor de proximidad radicular 700 incluye además un conmutador 406 acoplado eléctricamente a la primera placa conductora 452, una fuente de alimentación 402, un extractor de señal 404 y un microprocesador 410. El conmutador 406 está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo. En el primer modo, la fuente de alimentación 402 está habilitada para proporcionar una carga eléctrica a la primera placa conductora 452. Como se representa en la figura 7A, la fuente de alimentación 402 está acoplada eléctricamente a la primera placa conductora 452, y, como tal, una ligera carga (por ejemplo, potencial de tensión) se acumulará debido a la impedancia del suelo 416 distinta de cero (por ejemplo, resistividad) entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 454, así como la impedancia del suelo 416 (por ejemplo, resistividad) entre la primera placa conductora 452 y el electrodo 138.
En el segundo modo, el extractor de señal 404 está habilitado para capturar la respuesta de señal. En esta configuración, la fuente de alimentación 402 está eléctricamente desacoplada de la primera placa conductora 452, y el extractor de señal 404 está eléctricamente acoplado a la primera placa conductora 452. Como tal, la carga se disipa con el tiempo a medida que los electrones fluyen en el suelo a través del espacio entre la segunda placa conductora 654 y la primera placa conductora 452, así como desde la toma de tierra del electrodo 138 a través del suelo hasta la placa conductora 654.
En algunos ejemplos, el conmutador 406 puede ser un multiplexor que está eléctricamente acoplado y controlado por el microcontrolador 410. Un multiplexor facilita el acoplamiento eléctrico a una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 (mostradas en la figura 6A y 6B) a terminales compartidos (por ejemplo, acoplamiento eléctrico a la fuente de alimentación 402 y acoplamiento eléctrico al extractor de señal 402). Por ejemplo, el microcontrolador 410 del dispositivo de fenotipado radicular 100 puede incluir líneas de control 420 para controlar la conmutación de un multiplexor (por ejemplo, conmutador 406) que acopla eléctricamente una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 a una única fuente de alimentación 402 o que acopla eléctricamente una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 a un único extractor de señal 404. En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un relé que está eléctricamente acoplado y controlado por (por ejemplo, vía líneas de control 420) el microcontrolador 410.
El extractor de señal 404 está configurado para capturar una respuesta de señal en la primera placa conductora 452. En el segundo modo del conmutador 406, el extractor de señal 404 captura la tensión en la primera placa conductora 452 en instancias en el tiempo a medida que la carga se disipa, que produce una respuesta de señal transitoria proporcional a las propiedades eléctricas del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo 416). En algunos ejemplos, el extractor de señal es un divisor de tensión, donde la tensión extraída es una relación de impedancias (por ejemplo, vo=Z-i/(Z1+Z2)xven). En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un ADC configurado para convertir la respuesta de la señal en equivalentes digitales. En un ejemplo de este tipo, el ADC se puede configurar para capturar digitalmente la respuesta de la señal. Cabe destacar que la señal (por ejemplo, tensión) del ADC se extrae con respecto a la tierra del chasis del controlador 130, que es común a una pluralidad de placas conductoras paralelas 626.
En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 se puede configurar para almacenar la respuesta de la señal extraída en un medio legible por ordenador/memoria 408 en un valor predeterminado (por ejemplo, intervalos periódicos). Por ejemplo, en algunos casos, el extractor de señal 404 puede almacenar una respuesta de señal cada cinco minutos que puede agregarse o recuperarse para su procesamiento posterior.
El sensor de proximidad radicular 700 puede incluir además un microcontrolador 410 configurado para recibir una señal de respuesta sin procesar desde el extractor de señal 404. Como se representa en la figura 7A, el microcontrolador 410 incluye un procesador de señal 412 que recibe y acondiciona una señal de respuesta adecuada para la comparación. Por ejemplo, la señal de respuesta sin procesar puede tener ruido de alta frecuencia. En tal caso, el procesador de señal 412 puede aplicar un filtro de paso bajo (por ejemplo, filtro de Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar la respuesta de la señal.
El procesador de señal 412 también está configurado para recuperar una o más respuestas de señal de línea base del medio/memoria legible por ordenador 408 y comparar porciones de la respuesta de señal con porciones de la respuesta de señal de línea base. Una respuesta de señal de línea de base es una respuesta de señal del sensor de proximidad radicular 700 en condiciones similares a las condiciones en el sitio de la planta. Por ejemplo, en un caso concreto, el sensor de suelo 134 puede detectar la resistividad del suelo a una temperatura designada. A su vez, el procesador de señal 412 puede recuperar del medio/memoria legible por ordenador 408 (por ejemplo, consultar una base de datos), una señal de respuesta de línea base para un suelo que tiene una resistividad y temperatura similares para comparar con la respuesta de la señal condicionada. Debe tenerse en cuenta que también se pueden aplicar características adicionales del suelo al determinar una señal de respuesta de línea base, como la salinidad, aireación, etc. En algunos ejemplos, el sensor de suelo 134 es un sensor de humedad del suelo o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el sensor de ambiente 136 es un sensor de humedad o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador 410.
En algunos ejemplos, la señal de respuesta de línea base se determina a partir de señales de respuesta agregadas extraídas de la pluralidad de placas conductoras paralelas 626. Por ejemplo, en las primeras etapas del crecimiento de las plantas (por ejemplo, antes del alargamiento de la raíz), muestras de respuesta a la señal se pueden almacenar y agregar en función de las características del suelo. En general, la respuesta de la señal de línea de base es representativa de una respuesta de la señal de la placa conductora paralela 626 en el suelo sin una raíz 142 entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 en condiciones similares (por ejemplo, salinidad, resistividad, temperatura, aireación, etc.).
El microcontrolador 410 incluye un determinador 414 que compara la respuesta de la señal condicionada con la respuesta de la señal de línea base para determinar si está presente una raíz 142. Como se representa en la figura 7A, la raíz 142 está próxima a la primera placa conductora 452 y la primera placa conductora 452 pero no está entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. En este caso, la raíz 142 no está polarizada con electrones atraídos a la primera placa conductora cargada 452 en un lado de la raíz 142 y electrones repelidos desde la primera placa conductora cargada 452 en el lado opuesto de la raíz 142. Como tal, la impedancia del suelo (por ejemplo, permitividad y permeabilidad) permanece sustancialmente sin cambios en los suelos sin raíces de plantas.
Como se representa en la figura 7A, la carga se limita a la primera placa conductora 452 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo). En consecuencia, la impedancia total del suelo entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 es la capacitancia del suelo Ctierra en paralelo con la capacitancia total de la raíz Cra¡z, como se muestra en la figura 7B. En un ejemplo de este tipo, la primera placa conductora 452 tendrá un perfil de respuesta de señal característico que es suficientemente similar a una respuesta de señal de línea de base.
El determinador 414 compara la señal condicionada con la señal de la línea de base. En el ejemplo mostrado en la figura 7A, el determinador 414 determina que no se detecta raíz 142 entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 porque la señal de respuesta condicionada es suficientemente similar a la respuesta de la señal de línea base (por ejemplo, respuesta de señal sin una raíz presente). En algunos ejemplos, el determinador 414 es un comparador digital configurado para determinar si la diferencia entre porciones de la respuesta de señal condicionada y porciones de la respuesta de señal de línea base excede un valor umbral. En un caso concreto, una porción de la respuesta de la señal de línea de base puede ser un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) que corresponde a un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) de la respuesta de la señal condicionada. En tal caso, el determinador 414 puede determinar que no se detecta raíz para un pico de la respuesta de señal condicionada que excede un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base).
Tal como se representa en las figuras 7A y 7B, el sensor de proximidad radicular 700 puede incluir un conmutador de polaridad 706 acoplado eléctricamente al conmutador 406, el primer conductor 452 y el segundo conductor 654. El conmutador de polaridad está configurado para proporcionar una segunda configuración que intercambia acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. Es decir, el conmutador de polaridad 706 reconfigura el acoplamiento eléctrico de modo que la primera placa conductora 452 esté eléctricamente acoplada a tierra (por ejemplo, masa del chasis), y la segunda placa conductora 654 está acoplada eléctricamente a la fuente de alimentación 402 a través del conmutador 406 en el primer modo o la segunda placa conductora 654 está acoplada eléctricamente al extractor de señal 404 a través del conmutador 406 en el segundo modo.
Tal como se representa en las figuras 7A y 7B, el sensor de proximidad radicular 700 puede incluir además un medio/memoria legible por ordenador 408 acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. El medio/memoria legible por ordenador 408 está configurado para almacenar datos asociados al extractor de señal. En algunos ejemplos, el medio legible por ordenador/memoria 408 es RAM, ROM, EEPROM, y similares. El medio/memoria legible por ordenador 408 puede incluir una base de datos de respuestas de señales básicas para diversas condiciones del suelo en el sitio de la planta, tales como resistividad, salinidad, contenido de humedad, temperatura, aireación, agregación (por ejemplo, rocoso, arcilla, arena) y similares.
Las figuras 8A y 8B son diagramas de circuitos que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad radicular 700 en un caso en donde una raíz 142 está entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. El sensor de proximidad 700 tiene los mismos componentes que se describen en las figuras 7A y 7B anteriores. Como se representa en la figura 8A, la raíz 142 está situada entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654, pero no está en contacto ni con la primera placa conductora 452 ni con la segunda placa conductora 654. Con la raíz 142 situada entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654, la raíz 142 se polariza con electrones atraídos a la primera placa conductora cargada positivamente 452 en el lado de la raíz 142 más cercana a la primera placa conductora 452, y los electrones son repelidos desde la segunda placa conductora cargada negativamente 654 en el lado opuesto de la raíz 142 más cerca de la segunda placa conductora 654. A su vez, la raíz polarizada 142 cambia las características generales de impedancia. Más específicamente, las características de impedancia efectiva de una porción del suelo entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 sin una raíz 142 (por ejemplo, entre ds) permanece sin cambios, mientras que las características de impedancia efectiva de una porción del suelo cambian entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 con una raíz 142 (por ejemplo, entre dr).
En este caso, la porción del suelo entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 con una raíz 142 (por ejemplo, entre dr) proporciona una ruta alternativa a través de la impedancia radicular 418, que es una impedancia efectiva caracterizada por el camino alternativo para que los electrones fluyan desde la segunda placa conductora 654 hasta la raíz polarizada 142 y luego desde la raíz polarizada 142 hasta la primera placa conductora 452. En consecuencia, la impedancia total del suelo entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 se convierte en la capacitancia del suelo Csuelo en paralelo con la capacitancia total de la raíz Cra¡z en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo en paralelo con la resistencia general de la raíz Rra¡z, como se muestra en la figura 8B. En algunos ejemplos, la impedancia total disminuye entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654.
Debe tenerse en cuenta que la tierra física y la tierra del chasis pueden tener diferentes potenciales de tensión (por ejemplo, VTierra £ Vchasis). Es decir, incluso en los casos en los que un cable eléctrico cortocircuita la tierra del chasis a tierra, la conexión del cable eléctrico tiene una impedancia 422 de línea distinta de cero. En algunos casos de conexión a tierra deficiente, el electrodo 138 se puede colocar sobre la tierra del chasis en lugar de la tierra representada en la figura 8A.
También debe apreciarse que la capacitancia del suelo Csuelo, la capacitancia total de la raíz Cra¡z, la resistencia del suelo Rsuelo, y la resistencia general de la raíz Rra¡z, puede variar según la resistividad, salinidad, contenido de humedad, temperatura, aireación, agregación (por ejemplo, rocoso, arcilla, arena) y similares. Igualmente, los valores de la capacitancia del suelo Csuelo en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo entre la configuración representada en la figura 7A puede ser diferente de los valores de capacitancia del suelo Csuelo en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo en la configuración representada en la figura 8A.
Debido a que la carga ya no está confinada a la primera placa conductora 452 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo), la primera placa conductora 452 tiene un perfil de respuesta de señal característico que es distinto de una respuesta de señal de línea de base, que es similar a la respuesta de las figuras 7A y 7B. En la realización de las figuras 8A y 8B, el procesador de señal 410 compara la señal condicionada con la señal de línea de base y el determinador 414 determina que se detecta una raíz 142 entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 porque la señal de respuesta condicionada es distinta de la respuesta de señal de línea base (por ejemplo, respuesta de señal sin una raíz presente). En algunos ejemplos, el determinador 414 es un comparador digital configurado para determinar si la diferencia entre porciones de la respuesta de señal condicionada y porciones de la respuesta de señal de línea base excede un valor umbral. Por ejemplo, el determinador 414 puede determinar que se detecta una raíz cuando un pico de la señal de respuesta excede un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base). En otro caso, el determinador 414 puede determinar que se detecta una raíz cuando un pico de la señal de respuesta cae por debajo de un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base).
Las figuras 9A y 9B son diagramas de circuito que ilustran un ejemplo de un sensor de proximidad de la raíz configurado para determinar si una raíz está entre una primera placa conductora 452 y una segunda placa conductora 654 en momentos en que una raíz incide sobre al menos una placa conductora. El sensor de proximidad 700 tiene los mismos componentes que se describen en las figuras 7A, 7B, 8A y 8B anteriores. Como se representa en la figura 9A, la raíz 142 está en contacto con la primera placa conductora 452. Como tal, la carga de la primera placa conductora 452 se distribuye por la raíz 142. La distribución de carga proporciona una ruta eléctrica adicional (por ejemplo, impedancia radicular 418) para disipación. En este ejemplo, la carga ya no se limita a la primera placa conductora 452 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, trayectoria de la impedancia del suelo 416). En su lugar, la carga se distribuye a lo largo de la raíz 142 (por ejemplo, trayectoria de la impedancia radicular 416), que cambia el perfil de respuesta de señal característica de la respuesta de señal de línea de base.
En consecuencia, la impedancia total del suelo entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 se convierte en la capacitancia del suelo Csueio en paralelo con la capacitancia total de la raíz Cra¡z en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo en paralelo con la resistencia general de la raíz Rra¡z, como se muestra en la figura 8B. En algunos ejemplos, la impedancia total disminuye entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. Debe apreciarse que la capacitancia del suelo Csuelo, la capacitancia total de la raíz Cra¡z, la resistencia del suelo Rsuelo, y la resistencia general de la raíz Rra¡z puede variar según la resistividad, salinidad, contenido de humedad, temperatura, aireación, agregación (por ejemplo, rocoso, arcilla, arena) y similares. Igualmente, los valores de la Csuelo en paralelo con la capacitancia total de la raíz Cra¡z en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo en paralelo con la resistencia general de la raíz Rra¡z entre la configuración representada en la figura 8A puede ser diferente de los valores de Csuelo en paralelo con la capacitancia total de la raíz Cra¡z en paralelo con la resistencia del suelo Rsuelo en paralelo con la resistencia general de la raíz Rra¡z para la configuración representada en la figura 9.
Debe tenerse en cuenta que la tierra física y la tierra del chasis pueden tener diferentes potenciales de tensión (por ejemplo, VTierra £ Vchasis). Es decir, incluso en los casos en que un cable eléctrico cortocircuita la tierra del chasis a tierra, la conexión del cable eléctrico tiene una impedancia 422 de línea distinta de cero. En algunos casos de conexión a tierra deficiente, el electrodo 138 se puede colocar sobre la tierra del chasis en lugar de la tierra representada en las figuras 9A y 9B.
Según está representado en las figuras 7A, 7B, 8A, y 8B, el sensor de proximidad radicular 700 puede incluir opcionalmente un conmutador de polaridad 706 acoplado eléctricamente al conmutador 406, el primer conductor 452 y el segundo conductor 654. El conmutador de polaridad está configurado para proporcionar una segunda configuración que intercambia acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. Es decir, el conmutador de polaridad 706 reconfigura el acoplamiento eléctrico de modo que la primera placa conductora 452 esté eléctricamente acoplada a tierra (por ejemplo, masa del chasis) y la segunda placa conductora 654 está conectada eléctricamente a la fuente de alimentación 402 en el primer modo o al extractor de señal 404 a través del conmutador 406 en el segundo modo.
La figura 9B representa una instancia con el conmutador de polaridad 706 lanzado de tal manera que la primera placa conductora 452 está eléctricamente acoplada a tierra (por ejemplo, masa del chasis) y la segunda placa conductora 654 está acoplada eléctricamente a la fuente de alimentación 402 en el primer modo del conmutador 406 mientras la raíz 142 está en contacto con la primera placa conductora 452. En tal caso, los electrones de la primera placa conductora 452 se distribuyen a lo largo de la raíz 142 haciendo que la raíz esté conectada a tierra (o cerca de estar conectada a tierra). Se ha encontrado que la distribución de los electrones a lo largo de la raíz 142 ayuda aún más a la conexión a tierra y afecta débilmente las rutas de distribución eléctrica adicionales (por ejemplo, impedancia radicular 418). La razón se atribuye a que la carga positiva está confinada a la segunda placa conductora 654 para su disipación a través del suelo (por ejemplo, trayectoria de la impedancia del suelo 416), que es sustancialmente similar al perfil de respuesta de señal característico de la respuesta de señal de línea base (por ejemplo, respuesta de señal sin la raíz 142).
La diferencia en el perfil de la señal con respecto a la configuración de la figura 9A en comparación con la configuración de la figura 9B es que proporciona una métrica de simetría. Es decir, una raíz 142 en contacto con la primera placa conductora 452, como se representa en la figura 9A, proporciona un perfil de señal característico de la presencia de una raíz. El conmutador de polaridad 706 configurado como se muestra en la figura 9B no proporciona un perfil de señal característico de la presencia de una raíz. Igualmente, una raíz 142 en contacto con la segunda placa conductora 654 proporciona un perfil de señal característico de la presencia de una raíz cuando el conmutador de polaridad 706 está configurado de tal manera que la primera placa conductora 452 está eléctricamente acoplada a tierra (por ejemplo, masa del chasis) y la segunda placa conductora 654 está conectada eléctricamente a la fuente de alimentación 402 en el primer modo o al extractor de señal 404 a través del conmutador 406 en el segundo modo. Mientras que el conmutador de polaridad 706 está configurado de tal manera que la segunda placa conductora 654 está eléctricamente acoplada a tierra (por ejemplo, tierra del chasis) y la primera placa conductora 452 está conectada eléctricamente a la fuente de alimentación 402 en el primer modo del conmutador 406 en el segundo modo, que no proporciona sustancialmente un perfil de señal característico de la presencia de una raíz.
Las figuras 10A-10C son diagramas que ilustran un ejemplo de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600 con una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 que rodean una planta en varias etapas de crecimiento de un sistema radicular de plantas a lo largo del tiempo 1000A, 1000B, 1000C. Como se muestra en las figuras 10A-10C, el dispositivo de fenotipado radicular 600 incluye una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 fijadas a una porción de la matriz de sensores 625, que se extienden alrededor de los soportes circulares 122A, 122B, 122C para encerrar una superficie cilíndrica alrededor de la planta 140. La porción de la matriz de sensores 625 está enrejada con la estructura de jaula 120 y es similar al dispositivo de fenotipado radicular 600 representado en la figura 6. Aunque se representa una sola porción de la matriz de sensores 625, porciones de la matriz de sensores 625 están destinadas a estar dispuestas en cada espacio entre los soportes verticales y los soportes circulares 122A, 122B, 122C.
En el tiempo 1000A, la semilla 540 se planta en un suelo en un lugar específico a una profundidad conocida. El dispositivo de fenotipado radicular 600 está enterrado alrededor de esta ubicación del suelo de manera que la ubicación de la semilla 540 esté en o cerca de un centro aproximado de la estructura de la jaula 120. En algunos ejemplos, el dispositivo de fenotipado radicular 600 puede enterrarse antes del tiempo 1000A representado en la figura 10A. Por ejemplo, múltiples dispositivos de fenotipado radicular 600 se pueden instalar a lo largo de una fila, en un momento dado, y las semillas individuales 540 se pueden plantar en o cerca del centro de cada dispositivo de fenotipado radicular 600 en un momento posterior usando una sembradora automática. En algunos ejemplos, el dispositivo de fenotipado radicular 600 se puede enterrar después de plantar la semilla 540 sin interferir con las raíces 142. Por ejemplo, El dispositivo de fenotipado radicular 600 se puede enterrar mientras la planta 140 se encuentra en una etapa de crecimiento similar a la representada en la figura 5B.
La figura 10B representa un tiempo posterior a la figura 10A, donde la semilla 540 ha brotado y ha crecido hasta convertirse en una planta pequeña con raíces 142 relativamente pequeñas que emanan del lugar de plantación conocido. En este caso, las raíces 142 emanan de la planta 140 en o cerca del origen de donde se había plantado la semilla 540 en la figura 10A. Como se representa en la figura 10B, el dispositivo de fenotipado radicular 600 no detecta la presencia de una raíz 142 porque las raíces no tocan ni la primera placa conductora 452 ni la segunda placa conductora 654 del sensor de proximidad 700. Igualmente, las raíces 142 no han crecido entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 de los sensores de proximidad.
La figura 10C representa un tiempo posterior a la figura 10B, donde la planta 140 y las raíces 142 han crecido. En este caso, las raíces 142 han crecido lo suficiente para tocar la primera placa conductora 452 o la segunda placa conductora 654 de los sensores de proximidad de al menos una porción de la matriz de sensores 625. Igualmente, las raíces 142 han crecido lo suficiente para estar dispuestas entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 de las placas conductoras paralelas 626 o al menos una porción de la matriz de sensores 625. En tal caso, la placa conductora paralela 626A1 tiene una raíz 142 que toca la segunda placa de contacto 654. También, la placa conductora paralela 626A1 tiene una raíz 142 entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654. En consecuencia, la respuesta de la señal extraída está condicionada (por ejemplo, a través del procesador de señal 412) y se compara con una respuesta de señal de línea base (por ejemplo, a través del determinador 414) y determinado por el microcontrolador 410 que una raíz 142 está en proximidad con la placa conductora paralela 626A1 y la placa conductora paralela 626A5 en un momento designado (por ejemplo, marca de tiempo).
En algunos ejemplos, las placas conductoras paralelas 626 del sensor de proximidad 700 no detectan una raíz 142 debajo de las placas conductoras paralelas 626A1-X (por ejemplo, sin raíz en las placas conductoras paralelas 626B1-X, 626C1-X, etc.). En tal caso, los dispositivos de fenotipado radicular 600 pueden determinar la tasa de crecimiento aproximada de la raíz (por ejemplo, distancia a las placas conductoras paralelas 626A1,626A5 dividida por el tiempo de detección inicial), así como la profundidad aproximada del sistema radicular.
La figura 11 es un diagrama que ilustra una vista ISO de un dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 1100 con una matriz de sensores de proximidad 625 y una pluralidad de sensores de proximidad enrejados en una estaca 1120. La estaca 1120 es una estructura de soporte adecuada para su disposición en una ubicación de suelo adyacente a la planta 140. En este ejemplo, la estructura de soporte es una estructura plana con un soporte lateral 1122 conectado verticalmente entre soportes verticales 1110, que forma una columna vertebral para la estructura de soporte. En algunos ejemplos, la estructura de soporte está hecha de cualquier material que resista la deformación tras la inserción en un tipo de suelo deseado sin afectar la salud y el crecimiento de la planta 140. Por ejemplo, el material de la estructura de soporte de una estaca 1120 puede ser un metal (por ejemplo, acero galvanizado, acero inoxidable), un plástico (por ejemplo, bioplásticos) y similares. En algunos ejemplos, el material de la estructura de soporte de una estaca 1120 está hecho de material biodegradable y/o compostable como el ácido poliláctico (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxialcanoatos (PHA) y similares. En algunos ejemplos, se puede utilizar una impresora 3-D para construir la estructura de soporte de una estaca 1120 usando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.). En algunos ejemplos, la estructura de soporte de una estaca 1120 se puede moldear por inyección utilizando un termoplástico adecuado (por ejemplo, PLA, etc.)
El dispositivo de fenotipado radicular 1100 incluye además una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 y/o placas conductoras 126 fijadas a la estructura de soporte (por ejemplo, estructura de soporte de la estaca 1120). Por ejemplo, la pluralidad de sensores es una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 que están enrejadas entre los soportes laterales adyacentes 1122. En algunos ejemplos, la pluralidad de sensores es una pluralidad de placas conductoras 126 fijadas al soporte lateral 1122. En algunos ejemplos, la pluralidad de sensores es una pluralidad de placas conductoras 126 fijadas a los soportes verticales 1110. En algunos ejemplos, la pluralidad de sensores es una pluralidad de placas conductoras paralelas 626 con la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 fijadas a los soportes verticales 1110 y/o los soportes laterales 1222. Los soportes verticales extendidos 1110 proporcionan una posición relativamente fija durante la inserción en una ubicación del suelo y la operación posterior. En algunos ejemplos, una o más de la pluralidad de placas conductoras 126 se pueden proporcionar sobre una malla que se coloca entre los soportes verticales 1110 y los soportes laterales 1222.
Como se muestra en la figura 11 la estaca 1120 está inclinada en ángulo Q2 con respecto a la base de la raíz 142. En algunos ejemplos, las placas conductoras 126 están orientadas sustancialmente en paralelo a la base de una raíz 142. En algunos ejemplos, las placas conductoras 126 están inclinadas en ángulos oblicuos con respecto a la base de una raíz 142. Es decir, las placas conductoras 126 están situadas inclinadas desde la dirección y (por ejemplo, eje y) hacia la dirección z (por ejemplo, eje z) con respecto a una base lateral (plano x-y) de la raíz 142.
Cada una de la pluralidad de placas conductoras 126 está acoplada eléctricamente (por ejemplo, a través de interconexiones cableadas) a un controlador 130 (por ejemplo, microcontrolador) que está configurado para determinar si una raíz está presente en las proximidades de una placa conductora 126. Como se muestra en la figura 11, el controlador 130 incluye una unidad de comunicaciones (por ejemplo, una antena 108, puerto de E/S para el cable 106) configurado para transmitir datos sensoriales a un dispositivo móvil 154 (por ejemplo, un teléfono inteligente, tableta PC). En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede transmitir datos sensoriales a través del cable 106 a un dispositivo móvil 154. En algunos ejemplos, el cable 106 es un cable en serie con conectores apropiados para interactuar con la unidad de comunicación del controlador 130 y el dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor en serie, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones en serie. En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede incluir una antena 108 y circuitos configurados para transmitir datos sensoriales de forma inalámbrica (por ejemplo, Bluetooth, Wi-Fi) a un dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor Bluetooth, transceptor Wi-Fi, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones a través de protocolos inalámbricos. En algunos ejemplos, la unidad de comunicaciones puede incluir una antena 108 y circuitos configurados para transmitir datos sensoriales a través de una red celular (por ejemplo, 3G, 4G, LTE) a una torre celular o dispositivo móvil 154. En tal caso, la unidad de comunicación incluye circuitos (por ejemplo, transceptor 3G, transceptor 4G, transceptor LTE, etc.) para transmitir y recibir comunicaciones a través de protocolos celulares.
Debe apreciarse que el dispositivo de fenotipado radicular 1100 también puede incluir uno o más sensores (por ejemplo, sensor de suelo 134, sensor de ambiente 136) asociado a cualquier aspecto deseado de la planta 140, la ubicación del suelo y/o una o más condiciones sobre el suelo en o cerca de la ubicación del suelo. De manera similar, debería apreciarse que el dispositivo de fenotipado radicular 1100 puede incluir estacas 1120 adicionales para rodear la planta 140. En algunos ejemplos, las estacas incluyen mecanismos de enclavamiento que guían el posicionamiento de las estacas adyacentes 1120. En algunos ejemplos, las estacas forman una estructura de jaula que rodea la planta 140.
La figura 12 es un diagrama de flujo de datos conceptual que ilustra el flujo de datos entre diferentes medios/componentes en un dispositivo de fenotipado radicular 1200. El dispositivo de fenotipado radicular 1200 sirve para controlar el crecimiento de una raíz de una planta en una ubicación del suelo y puede ser el dispositivo de fenotipado radicular 100 representado en la figura 1, el dispositivo de fenotipado radicular 600 representado en la figura 6, o el dispositivo de fenotipado radicular 1100 representado en la figura 11.
Como se muestra en la figura 12, el controlador 130 del dispositivo de fenotipado radicular 1200 incluye una fuente de alimentación 402, extractor de señal 404, microcontrolador 410, medio legible por ordenador/memoria 408, una unidad de comunicaciones 1240 y un conector de E/S 1250. El microcontrolador 410 incluye además un procesador de señal 412, un determinador 414, y un temporizador/reloj 1220.
La unidad de comunicación 1240 incluye una unidad inalámbrica 1242A y una unidad cableada 1242B. La unidad inalámbrica 1242A tiene un transmisor 1246A y un receptor 1244A configurados para transmitir datos sensoriales a un dispositivo móvil 154 (por ejemplo, un teléfono inteligente, tableta PC). La unidad de comunicaciones 1240 puede incluir una antena 108 que, junto con el transmisor 1246A y el receptor 1244A, puede transmitir datos sensoriales de forma inalámbrica (por ejemplo, Bluetooth, Wi-Fi) a un dispositivo móvil 154. En algunos ejemplos, el transmisor 1246A y el receptor 1244A transmiten y reciben comunicaciones a través de protocolos inalámbricos. En algunos ejemplos, el transmisor 1246A y el receptor 1244A transmiten y reciben comunicaciones a través de protocolos celulares a través de una red celular (por ejemplo, 3G, 4G, LTE). La unidad cableada 1242B tiene un transmisor 1246B y un receptor 1244B configurado para transmitir datos sensoriales a través del cable 106 a un dispositivo móvil 154. En algunos ejemplos, el cable 106 es un cable serie con conectores apropiados para interactuar con el conector de E/S 1250 y el dispositivo móvil 154. En algunos ejemplos, el transmisor 1246B y el receptor 1244B pueden transmitir y recibir comunicaciones en serie.
El medio/memoria legible por ordenador 408 puede almacenar una o más respuestas de señal de línea base 1232 (por ejemplo, de 1era señal a mésima señal) que son aplicables a las condiciones del suelo. Por ejemplo, una respuesta de señal de referencia 1232 (por ejemplo, 1era señal) puede ser una respuesta de señal para suelos mojados, salados donde la impedancia puede ser baja (por ejemplo, resistividad ~ 10ü-m). Otra respuesta de señal de referencia 1234 (por ejemplo, 2da señal) puede ser una respuesta de señal para suelos secos donde la impedancia puede ser alta (por ejemplo, resistividad ~ 1kü-m). Otra respuesta de señal de referencia 1232 (por ejemplo, 1era señal) puede ser una respuesta de señal para suelos muy secos donde la impedancia puede ser aún mayor (por ejemplo, resistividad que varía entre 1 kü-m a 10 kü-m).
El medio/memoria legible por ordenador 408 puede almacenar también una o más respuestas de señal 1234 (por ejemplo, de 1era señal a nésima señal) que son aplicables a las condiciones del suelo. Por ejemplo, respuesta de una señal 1234 (por ejemplo, 1era señal) puede ser una respuesta de señal para suelos húmedos salados donde la impedancia puede ser baja (por ejemplo, resistividad ~ 10Ü-m). Otra señal de respuesta 1234 (por ejemplo, 2da señal) puede ser una respuesta de señal para suelos secos donde la impedancia puede ser alta (por ejemplo, resistividad ~ 1kü-m). Otra señal de respuesta 1234 (por ejemplo, 1era señal) puede ser una respuesta de señal para suelos muy secos donde la impedancia puede ser aún mayor (por ejemplo, resistividad que varía entre 1 kü-m a 10 kü-m).
En una configuración, el dispositivo de fenotipado radicular 1200 incluye un sensor electrónico para detectar una raíz de una planta 140 en el suelo. El sensor electrónico es un sensor de contacto 400 (de la figura 4) que incluye una primera placa conductora 452 configurada para ser dispuesta en el suelo, un conmutador 406, un extractor de señal 404 y una fuente de alimentación 402. El conmutador 406 está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo. La fuente de alimentación 402 está acoplada eléctricamente al conmutador 406 y la fuente de alimentación 402 está configurada para proporcionar una carga eléctrica a la primera placa conductora 452 en el primer modo del conmutador 406. El extractor de señal 404 está acoplado eléctricamente al conmutador 406 y el extractor de señal 404 está configurado para capturar una respuesta de señal 1234 en la primera placa conductora 452 en el segundo modo del conmutador 406. En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un divisor de tensión. En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un convertidor de analógico a digital.
El sensor electrónico incluye además un microcontrolador 410 acoplado eléctricamente al extractor de señal 404 y un medio/memoria legible por ordenador 408 acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. Como se muestra en la figura 12, el microcontrolador 410 incluye además un procesador de señal 412, un determinador 414, y un temporizador/reloj 1220. La memoria está configurada para almacenar datos asociados al extractor de señal 404. El procesador de señal 412 del microcontrolador 410 está configurado para recibir la respuesta de señal 1234 desde el extractor de señal 410. En algunos ejemplos, el procesador de señal 412 del microcontrolador 410 está configurado para recuperar una respuesta de señal de línea base 1232 desde el medio/memoria legible por ordenador 408.
En algunos ejemplos, el determinador 414 del microcontrolador 410 está configurado para comparar la respuesta de señal con la respuesta de señal de línea base 1232 para determinar si una diferencia entre una porción de la respuesta de señal y una porción de la respuesta de señal de línea base 1232 excedió un valor umbral. En tal caso, la presencia de una raíz 142 está asociada a una determinación de que la respuesta de señal 1232 excedió el valor umbral.
En otra configuración, el sensor electrónico es un sensor de proximidad 700 (de la figura 7) que además incluye una segunda placa conductora 654 configurada para ser dispuesta en el suelo adyacente y sustancialmente paralela a la primera placa conductora 452. La segunda placa conductora 654 está acoplada eléctricamente a tierra (por ejemplo, puesta a tierra y puesta a tierra del chasis). En algunos ejemplos, un espacio entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 tiene un área de sección transversal menor o igual a aproximadamente 1 cm2. En algunas configuraciones, una distancia entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 es igual o superior a aproximadamente 1 mm. En algunos ejemplos, el sensor electrónico incluye además un conmutador de polaridad 706 configurado para intercambiar el acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654.
En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un multiplexor que está eléctricamente acoplado y controlado por el microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un relé que está acoplado eléctricamente y controlado por el microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el sensor electrónico incluye además un sensor de humedad del suelo (por ejemplo, sensor de suelo 134) o un sensor de temperatura (por ejemplo, sensor de ambiente 136) acoplados eléctricamente al microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el sensor electrónico está orientado en un ángulo oblicuo con respecto a un lateral de una base de raíz. En algunos ejemplos, el sensor electrónico se fija a una malla suspendida entre los miembros de la estructura de soporte (por ejemplo, soportes verticales 110 y soportes circulares 122A, 122B, 122C). En algunos ejemplos, la respuesta de señal de línea de base 1232 es representativa de una respuesta de señal 1234 del sensor electrónico en el suelo sin una raíz 142 dispuesta entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 o sin una raíz 142 que esté en contacto con la primera placa conductora 452 o la segunda placa conductora 654. En algunos ejemplos, la respuesta de señal 1234 se almacena en el medio/memoria legible por ordenador 408 en un valor predeterminado (por ejemplo, intervalos periódicos).
En otra configuración, el dispositivo de fenotipado radicular 1200 es un dispositivo electrónico para controlar el crecimiento de una raíz de una planta 140 en una ubicación del suelo. El dispositivo electrónico incluye una estructura de soporte (por ejemplo, estructura de jaula 120, estaca 1120, barrena) adecuada para la disposición adyacente a la ubicación del suelo. El dispositivo electrónico incluye además una pluralidad de sensores electrónicos fijados a la estructura de soporte.
Al menos uno de la pluralidad de sensores es un sensor de contacto 400 que incluye una primera placa conductora 452, un conmutador 406, un extractor de señal 404 y una fuente de alimentación 402. El conmutador 406 está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo. La fuente de alimentación 402 está acoplada eléctricamente al conmutador 406 y la fuente de alimentación 402 está configurada para proporcionar una carga eléctrica a la primera placa conductora 452 en el primer modo del conmutador 406. El extractor de señal 404 está acoplado eléctricamente al conmutador 406 y el extractor de señal 404 está configurado para capturar una respuesta de señal 1234 en la primera placa conductora 452 en el segundo modo del conmutador 406. En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un divisor de tensión. En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un convertidor de analógico a digital.
El dispositivo electrónico incluye además un microcontrolador 410 acoplado eléctricamente al extractor de señal 404 y un medio/memoria legible por ordenador 408 acoplado eléctricamente al microcontrolador 410. Como se muestra en la figura 12, el microcontrolador 410 incluye además un procesador de señal 412, un determinador 414, y un temporizador/reloj 1220. La memoria está configurada para almacenar datos asociados al extractor de señal 404. El procesador de señal 412 del microcontrolador 410 está configurado para recibir la respuesta de señal 1234 desde el extractor de señal 410. En algunas configuraciones, el procesador de señal 412 del microcontrolador 410 está configurado para recuperar una respuesta de señal de línea base 1232 desde el medio/memoria legible por ordenador 408.
En algunos ejemplos, el determinador 414 del microcontrolador 410 está configurado para comparar la respuesta de señal con la respuesta de señal de línea base 1232 para determinar si una diferencia entre una porción de la respuesta de señal y una porción de la respuesta de señal de línea base 1232 excedió un valor umbral. En tal caso, la presencia de una raíz 142 está asociada a una determinación de que la respuesta de señal 1232 excedió el valor umbral.
En algunos ejemplos, al menos uno de la pluralidad de sensores es un sensor de proximidad 700 que incluye además una segunda placa conductora 654 adyacente y sustancialmente paralela a la primera placa conductora 452. La segunda placa conductora 654 está acoplada eléctricamente a tierra (por ejemplo, puesta a tierra y puesta a tierra del chasis). En algunos ejemplos, un espacio entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 tiene un área de sección transversal menor o igual a aproximadamente 1 cm2 En algunas configuraciones, una distancia entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 es igual o superior a aproximadamente 1 mm. En algunos ejemplos, el dispositivo electrónico incluye además un conmutador de polaridad 706 configurado para intercambiar el acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654.
En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un multiplexor que está eléctricamente acoplado y controlado por el microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el conmutador 406 es un relé que está acoplado eléctricamente y controlado por el microcontrolador 410. En algunos ejemplos, el dispositivo electrónico incluye además un sensor de humedad del suelo (por ejemplo, sensor de suelo 134) o un sensor de temperatura (por ejemplo, sensor de ambiente 136) acoplados eléctricamente al microcontrolador 410. En algunos ejemplos, al menos uno de la pluralidad de sensores está orientado en un ángulo oblicuo con respecto a un lateral de una base de raíz. En algunos ejemplos, al menos uno de la pluralidad de sensores está fijado a una malla suspendida entre los miembros de la estructura de soporte (por ejemplo, soportes verticales 110 y soportes circulares 122A, 122B, 122C). En algunos ejemplos, la respuesta de señal de línea de base 1232 es representativa de una respuesta de señal 1234 del sensor electrónico en el suelo sin una raíz 142 dispuesta entre la primera placa conductora 452 y la segunda placa conductora 654 o sin una raíz 142 que esté en contacto con la primera placa conductora 452 o la segunda placa conductora 654. En algunos ejemplos, la respuesta de señal 1234 se almacena en el medio/memoria legible por ordenador 408 en un valor predeterminado (por ejemplo, intervalos periódicos).
La figura 13 es un diagrama de flujo 1300 de un dispositivo de fenotipado de plantas con una pluralidad de sensores para detectar raíces 142 y determinar rasgos de la raíz. El dispositivo de fenotipado de plantas puede ser el dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 600, o dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100. El dispositivo de fenotipado radicular está configurado para detectar y monitorear la presencia de una raíz en una placa conductora 126 y almacenar la ubicación en un medio/memoria legible por ordenador 408 junto con otros datos característicos (por ejemplo, temperatura, resistividad del suelo, humedad del suelo, humedad ambiental, temperatura ambiente, marca de tiempo, etc.).
En el bloque 1302, el dispositivo de fenotipado de plantas (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) carga eléctricamente una primera placa conductora 452 desde una fuente de alimentación 402 durante un primer tiempo predeterminado y determina si la carga está completa. Por ejemplo, el conmutador 406 se puede lanzar a un primer modo en donde la fuente de alimentación 402 está acoplada eléctricamente para proporcionar una carga eléctrica a la primera placa conductora 452, tal y como se muestra en la figura 4A y la figura 7A. En algunos ejemplos, el primer tiempo predeterminado excede una constante de tiempo asociada a la impedancia del suelo 416 entre la primera placa conductora 452 y un electrodo de tierra 138. En algunos ejemplos, el tiempo predeterminado puede ser una configuración ajustable al dispositivo de fenotipo de la planta.
En el bloque 1304, el dispositivo de fenotipado de plantas (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) desacopla eléctricamente la primera placa conductora 452 de la fuente de alimentación 402. Por ejemplo, el conmutador 406 se puede lanzar a un segundo modo en donde el extractor de señal 404 está habilitado para capturar la respuesta de señal 1234. Es decir, la fuente de alimentación 402 está eléctricamente desacoplada de la primera placa conductora 452 y el extractor de señal 404 está eléctricamente acoplado a la primera placa conductora 452.
En el bloque 1306, el dispositivo de fenotipado de plantas (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) conecta a tierra eléctricamente una segunda placa conductora 654. La segunda placa conductora 654 es adyacente y sustancialmente paralela a la primera placa conductora 452. Debe reconocerse que esto es opcional para los sensores de contacto 400 y en particular para el sensor de proximidad 700. Para sensores de proximidad 700, que incluye una segunda placa conductora 654, la segunda placa conductora 654 está conectada a tierra al chasis antes de extraer las mediciones. La segunda placa conductora 654 conectada a tierra proporciona un plano de tierra de referencia para la primera placa conductora 452 para facilitar los perfiles de respuesta de la señal.
En el bloque 1308, el dispositivo de fenotipado de plantas (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) extrae una respuesta de señal 1234 en la primera placa conductora 452 durante un segundo tiempo predeterminado. Es decir, la carga aplicada a la primera placa conductora 452 se disipa con el tiempo a medida que los electrones fluyen desde la toma de tierra del electrodo 138 a través del suelo hasta la primera placa conductora 452. Mientras que la primera placa conductora 452 está descargando, el extractor de señal 404 puede extraer niveles de carga o tensión. Esto produce una respuesta de señal 1234 proporcional a las propiedades eléctricas del suelo (por ejemplo, impedancia del suelo 416). En algunos ejemplos, el extractor de señal es un divisor de tensión, donde la tensión extraída es una relación de impedancias (por ejemplo, vo=Z1/(Z-i+Z2)xven).
En algunos ejemplos, el extractor de señal 404 es un ADC configurado para convertir la respuesta de la señal en equivalentes digitales. En un ejemplo de este tipo, el ADC se puede configurar para capturar digitalmente la respuesta de la señal. Debe apreciarse que la señal extraída (por ejemplo, tensión) del ADC es con respecto a la tierra del chasis del controlador 130, que es común a una pluralidad de placas conductoras 126. En algunos ejemplos, el segundo tiempo predeterminado excede una constante de tiempo asociada a la impedancia del suelo 416 entre la primera placa conductora 452 y un electrodo de tierra 138. En algunos ejemplos, el segundo tiempo predeterminado es ajustable.
De manera adicional, el procesador de señal 412 puede acondicionar la señal de respuesta 1234 de modo que sea más adecuada para la comparación. Por ejemplo, la señal de respuesta 1234 puede tener ruido de alta frecuencia, y el procesador de señal 412 puede aplicar un filtro de paso bajo (por ejemplo, filtro de Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar la respuesta de la señal 1234.
En el bloque 1310, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) recupera la respuesta de la señal de línea base 1232 del medio/memoria legible por ordenador 408. Por ejemplo, el procesador de señal 412 puede recuperar del medio/memoria legible por ordenador 408 (por ejemplo, consultar una base de datos), una señal de respuesta de línea de base 1232 para un suelo que tiene resistividad y temperatura similares para comparar con la respuesta de señal condicionada. Debe tenerse en cuenta que también se pueden aplicar características adicionales del suelo al determinar una señal de respuesta de línea base, como la salinidad, aireación, etc.
En el bloque 1312, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) determina si una porción de la respuesta de señal 1234 excede un valor umbral. Una presencia de raíz se asocia a una determinación de que la porción de la respuesta de señal 1234 excedió el valor umbral. Por ejemplo, el dispositivo de fenotipado de plantas puede incluir un microcontrolador 410 con un determinador 414 que compara la respuesta de señal 1234 con la respuesta de señal de línea de base 1232 para determinar si una raíz 142 está presente.
En algunos ejemplos, el determinador 414 es un comparador digital configurado para determinar si la diferencia entre porciones de la respuesta de señal (condicionada) 1234 y porciones de la respuesta de señal de línea base 1232 excede un valor umbral. En un caso concreto, una porción de la respuesta de la señal de línea de base 1232 puede ser un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) que corresponde a un pico (por ejemplo, valor máximo o máximo relativo) de la respuesta de señal 1234. En tal caso, el determinador 414 puede determinar que no se detecta raíz 142 para un pico de la respuesta de señal 1234 que exceda un valor umbral (por ejemplo, 90 % del pico de la señal de la línea de base).
En el bloque 1314, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) determina la biomasa de acuerdo con la respuesta de la señal 1234 que excede un valor umbral (por ejemplo, raíz detectada). La biomasa es proporcional a una magnitud de capacitancia de la respuesta de señal 1234. En algunos ejemplos, la tasa de crecimiento de la biomasa es proporcional al cambio en la biomasa durante el tiempo transcurrido.
En algunos ejemplos, cada raíz detectada 142, entre la pluralidad de sensores, se puede asignar espacialmente (por ejemplo, para formar un mapa de biomasa). En algunos ejemplos, antes de que los datos sensoriales se asignen a la biomasa, es procesado previamente para identificar datos erróneos o datos faltantes, quizás causado por el mal funcionamiento del dispositivo o las condiciones ambientales. En tales ejemplos, la precisión mejora ya que algunos datos de biomasa pueden no corresponder a la biomasa radicular debido a errores de medición.
En algunos ejemplos, se utiliza un modelo lineal dinámico con errores heterocedásticos para inferir la evolución latente (no observada) de la biomasa radicular. En algunos ejemplos, la biomasa latente de la raíz se almacena como una matriz tridimensional indexada por número de observación, nivel y compensación de nivel (por ejemplo, posiciones designadas 626A1-626A5, 626B1-626B5, 626C1-626C5, etc.) En algunos casos, la heterocedasticidad residual se utiliza para buscar procesos transitorios, como organismos del suelo como gusanos o insectos que entran en contacto con el dispositivo. Los residuos muy grandes indican la presencia de tales organismos del suelo. En algunos ejemplos, los parámetros subyacentes del modelo se adaptan mediante técnicas estadísticas estándar.
En el bloque 1316, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) determina la tasa de crecimiento de acuerdo con la respuesta de la señal 1234 que excede un valor umbral (por ejemplo, raíz detectada). La tasa de crecimiento de la raíz es proporcional a una coordenada tridimensional de la placa conductora 126 durante un tiempo transcurrido. Por ejemplo, una marca de tiempo de una detección positiva se puede comparar con una marca de tiempo de la plantación de semillas 540 u otra marca de tiempo de referencia, para determinar la duración del crecimiento, que luego se usa para factorizar la tasa de crecimiento junto con la determinación de la longitud de la raíz.
Se contemplan otras tasas de crecimiento y se pueden extrapolar a partir de los datos. Por ejemplo, se puede determinar una tasa local de crecimiento mediante el aumento incremental de la biomasa de cada raíz 142 recién detectada positiva. Igualmente, una tasa global de crecimiento se puede determinar por la tasa a la que la raíz 142 entra en contacto con los sensores en cada nivel diferente (por ejemplo, correspondientes a diferentes longitudes de raíz). Como tal, se pueden calcular las propiedades de las raíces individuales y las propiedades globales de la RSA.
Como parte de la tasa de crecimiento, también se puede calcular la longitud de la raíz. Por ejemplo, una coordenada tridimensional del sensor (por ejemplo, la placa conductora 126 o la placa conductora paralela 626) pueden proporcionar una longitud de raíz aproximada desde la coordenada de la ubicación de la semilla 540. Esto proporciona una inferencia del crecimiento global de la RSA basada en el conocimiento sobre la proporción radicular que es probable que entren en contacto con un sensor (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626).
En el bloque 1318, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) determina el ángulo de la raíz de acuerdo con la respuesta de la señal 1234 que excede un valor de umbral (por ejemplo, raíz detectada). El ángulo de la raíz se basa en un ángulo entre un punto de origen (por ejemplo, origen de la semilla) o una corona de la raíz de la planta 142 y una coordenada tridimensional del sensor (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626).
En algunos ejemplos, el ángulo de la raíz se determina calculando el ángulo entre la coordenada tridimensional del sensor respectivo (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) y la ubicación en donde se plantó la semilla 540 (o la ubicación de la que emana el sistema radicular de la planta). El dispositivo de fenotipado radicular 100, 600 de la presente divulgación puede dictar la ubicación del suelo en donde se planta la semilla 540. Por ende, el punto de origen (por ejemplo, origen de la semilla) de la ubicación de la emanación de la raíz se calcula como una distancia predeterminada por encima de la semilla 540. La ubicación de la emanación raíz, el radio de cada nivel y la profundidad de cada nivel, se puede utilizar para calcular la cantidad de biomasa radicular que crece a ciertos ángulos de altitud en relación con la ubicación de la emanación radicular.
En algunos ejemplos, el crecimiento de la raíz no es circularmente simétrico (por ejemplo, elíptica u oblonga). La ubicación de la emanación de la raíz y las ubicaciones del sensor (por ejemplo, de las placas conductoras 126 o las placas conductoras paralelas 626) pueden usarse para registrar el crecimiento de la raíz en ciertos ángulos de azimut. En algunos ejemplos, las ubicaciones del sensor (por ejemplo, de la placa conductora 126 o la placa conductora paralela 626) resumen el crecimiento de la raíz en términos de las direcciones de variación primaria y secundaria perpendiculares a la normal de la superficie. En algunos ejemplos, la biomasa total radicular en cada punto en el tiempo se puede convertir a proporciones del sistema radicular que crece en cada ángulo de altitud a lo largo del tiempo.
Aspectos de la RSA, como el ángulo de la raíz (por ejemplo, ángulo de raíz del punto de origen), contribuir al crecimiento de las plantas y la adquisición de nutrientes. La correlación del ángulo de la raíz con el crecimiento de la planta es particularmente relevante para la resistencia a los recursos. Por ejemplo, las raíces en ángulo pronunciado brindan acceso a cultivos de hilera a hilera, como el maíz, al agua subterránea durante las sequías, considerando que las raíces menos profundas aumentan la absorción de nutrientes inmóviles que se encuentran en suelos poco profundos, como el fósforo.
En el bloque 1320, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) almacena un indicador de presencia de raíz en el medio/memoria legible por ordenador 408 de acuerdo con la porción de la respuesta de señal 1234 que excede el valor umbral. En algunos ejemplos, informaciones adicionales (por ejemplo, resistividad del suelo, temperatura, marca de tiempo, respuesta de señal, coordinar la ubicación, etc.) se almacenan con el indicador de presencia de raíz. En algunos ejemplos, el indicador de presencia raíz se almacena en una base de datos.
En el bloque 1322, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) determina si ha transcurrido el tiempo de muestreo predeterminado. En algunos ejemplos, el tiempo de muestra es el número de días de una temporada de cultivo en particular. En algunos ejemplos, el dispositivo de fenotipado radicular se puede habilitar para recopilar datos de forma indefinida (por ejemplo, recopilar datos hasta que el usuario intervenga).
En el bloque 1324, el dispositivo de fenotipado de la planta (por ejemplo, dispositivo de fenotipado no invasivo de raíces 100, 600, 1100, etc.) transmite datos para el procesamiento posterior de acuerdo con el tiempo de muestra predeterminado que transcurrió. En algunos ejemplos, se puede usar un cable 106 para conectar un dispositivo móvil 154 al controlador 130 (por ejemplo, conector de E/S 1250) y los datos (por ejemplo, indicador de presencia de raíz, resistividad del suelo, temperatura, marca de tiempo, respuesta de señal, coordinar la ubicación, etc.) pueden transmitirse al dispositivo móvil 154 para su posterior procesamiento. En algunos ejemplos, que el dispositivo móvil 154 puede interactuar con el controlador 130 de forma inalámbrica (por ejemplo, Bluetooth, Wi-Fi, etc.) y los datos (por ejemplo, indicador de presencia de raíz, resistividad del suelo, temperatura, marca de tiempo, respuesta de señal, coordinar la ubicación, etc.) se puede transmitir de forma inalámbrica al dispositivo móvil 154 para su procesamiento adicional.
En algunos ejemplos, las técnicas de la presente divulgación implementan múltiples dispositivos de fenotipado no invasivo de raícess 100, 600, 1100. Por ejemplo, como se muestra en la figura 11, el dispositivo de fenotipado radicular 1100 no invasivo implementa dos estacas 1120. Las técnicas también pueden implementar dos o más dispositivos de fenotipado no invasivo de raícess 100, 600, 1100 que tienen diferentes tamaños alrededor de una única ubicación del suelo. Esto facilita la captura de interacciones de raíz adicionales a lo largo del tiempo, en comparación con el uso dispositivo único.
Debe apreciarse que las técnicas descritas anteriormente para controlar el crecimiento de la(s) raíz(es) de las plantas se pueden adaptar para varios usos. Las etapas de posicionar una pluralidad de sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación en el suelo, plantar una semilla 540 en la ubicación del suelo, recibir datos que representan la presencia de una raíz y determinar una característica de crecimiento de la raíz de una planta en función de los datos, así como las características y elementos opcionales, puede encontrar uso, solo o en combinación, con cualquiera de las técnicas descritas en el presente documento.
Ciertos aspectos de la presente divulgación se refieren a técnicas para seleccionar una planta para la reproducción basándose en una característica de crecimiento de la raíz. En algunos ejemplos, las técnicas incluyen colocar una pluralidad de placas conductoras 126 (por ejemplo, para placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación en el suelo, plantar una semilla 540 en la ubicación del suelo, recibir datos que representan la presencia de una raíz de la raíz de una planta 142 después de que la semilla 540 se haya convertido en una planta 140, determinar una característica de crecimiento de la raíz de la planta basada en los datos, y seleccionar la planta para la reproducción basada en la característica de crecimiento de la raíz determinada.
Varias características de crecimiento radicular, que incluye, tasa de crecimiento, ángulo de la raíz, longitud de la raíz y biomasa de la raíz, pueden ser características deseables para la selección y reproducción. En algunos ejemplos, diferentes ángulos radicular son ventajosos para la adquisición de diferentes recursos del suelo. Por ejemplo, si un criador desea maximizar la absorción de recursos superficiales (por ejemplo, fósforo), el criador puede seleccionar plantas con ángulos de raíz menos profundos. Igualmente, si un criador desea maximizar la absorción profunda de recursos (por ejemplo, nitrógeno o agua durante condiciones de sequía), el criador puede seleccionar plantas 140 con ángulos de raíz más profundos. Las técnicas de fenotipado radicular no invasivas descritas en este documento permiten la determinación en tiempo real de una multitud de características de crecimiento radicular, que permite el cribado e identificación a gran escala de plantas o cultivares con características de crecimiento radicular nuevas o deseadas. Esto facilita nuevos cultivares híbridos, ya que estos cultivares se pueden probar con una variedad comercial para determinar si los cultivares tienen diferentes características de crecimiento de las raíces.
En algunos ejemplos, las técnicas incluyen además cruzar la planta que se determina que tiene una característica particular de crecimiento de la raíz con una segunda planta de la misma especie para producir una planta de progenie. En algunos ejemplos, la segunda planta tiene la misma característica de crecimiento radicular, permitiendo así la fijación de una característica de interés. En otros ejemplos, la segunda planta tiene una característica de crecimiento de la raíz deseada diferente, cruzando así múltiples características para lograr permutaciones nuevas y/o deseables de propiedades RSA.
En las técnicas de la presente divulgación se pueden utilizar de forma adecuada una serie de técnicas de selección y reproducción, que incluyen, selección recurrente, selección masiva, selección a granel, retrocruzamiento, selección de pedigrí, selección de pedigrí modificada, autofecundación, parentesco, producción híbrida, cruza a poblaciones, cría de polinización abierta, selección mejorada del polimorfismo de la longitud del fragmento de restricción, selección mejorada de marcadores genéticos, haciendo haploides dobles y transformación, y similares. Debe apreciarse que cada técnica se puede implementar sola o en combinación con otras técnicas.
En algunos ejemplos, los dispositivos, técnicas y/o medios de almacenamiento legibles por ordenador de la presente divulgación pueden usarse en la producción de variedades de plantas híbridas. Por ejemplo, se pueden producir variedades para introducir los rasgos o características (por ejemplo, una o más características de crecimiento de la raíz de la presente divulgación) de una variedad en otras líneas, o proporcionan una fuente de material de mejoramiento que puede usarse para desarrollar nuevas variedades endogámicas. El desarrollo de híbridos en un programa de fitomejoramiento requiere, en general, el desarrollo de variedades consanguíneas homocigotas, el cruce de estas variedades y la evaluación de los cruces. Existen muchas técnicas analíticas para evaluar el resultado de un cruce. Algunas técnicas incluyen el análisis de observación de rasgos fenotípicos, mientras que otras técnicas incluyen el análisis genotípico.
En algunos ejemplos, La reproducción por retrocruzamiento se implementa para transferir uno o unos pocos genes favorables para un rasgo altamente heredable (por ejemplo, una característica de crecimiento de la raíz de la presente divulgación) en una variedad deseable. Este enfoque se puede utilizar para la reproducción de variedades resistentes a enfermedades. Se pueden usar varias técnicas de selección recurrente para mejorar los rasgos heredados cuantitativamente controlados por numerosos genes. El uso de la selección recurrente en cultivos autopolinizadores depende de la facilidad de polinización, la frecuencia de híbridos polinizados con éxito y el número de descendientes híbridos de cada cruce con éxito. Las líneas de mejoramiento avanzadas prometedoras pueden probarse a fondo y compararse con los estándares apropiados en entornos representativos de las áreas comerciales objetivo durante un período de tiempo designado. Las mejores líneas pueden entonces ser candidatas para nuevas variedades comerciales. Aquellos que aún tienen deficiencias en algunos rasgos se pueden utilizar más como padres para producir nuevas poblaciones para una selección adicional.
En algunos ejemplos, un plan de cría incluye cruces y/o autofecundación. Por ejemplo, un criador puede inicialmente seleccionar y cruzar dos o más líneas parentales, seguido de selección y autofecundación repetidas, para producir muchas combinaciones genéticas nuevas. Además, un criador puede generar múltiples combinaciones genéticas diferentes mediante cruzamiento, autofecundación y mutaciones. Un fitomejorador puede entonces seleccionar qué germoplasma pasar a la siguiente generación. Este germoplasma se puede cultivar en diferentes áreas geográficas, condiciones climáticas y del suelo, y se puede realizar una selección adicional durante y al final de, la temporada de crecimiento.
La reproducción de pedigrí se utiliza generalmente para la mejora de cultivos autopolinizadores o líneas endogámicas de cultivos de polinización cruzada. Dos padres que poseen rasgos favorables, complementarios se cruzan para producir una F1. Una población F2 se produce al autofecundar una o varias Fl o al entrecruzar dos Fl (apareamiento de hermanos). La selección de los mejores individuos suele comenzar en la población F2. A continuación, comenzando en la F3, se seleccionan los mejores individuos de las mejores familias. Pruebas replicadas de familias, o combinaciones híbridas que involucran a individuos de estas familias, a menudo sigue en la generación F4 para mejorar la efectividad de la selección de rasgos con baja heredabilidad. En una etapa avanzada de endogamia (es decir, F6 y F7), las mejores líneas o mezclas de líneas fenotípicamente similares se prueban para una posible liberación como nuevas variedades.
Los marcadores moleculares también se pueden utilizar durante el proceso de mejoramiento para la selección de rasgos cualitativos. Las técnicas ilustrativas para identificar marcadores moleculares incluyen, electroforesis de isoenzimas, polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP), ADN polimórficos amplificados aleatoriamente (RAPD), reacción en cadena de la polimerasa preparada arbitrariamente (AP-PCR), huellas dactilares de amplificación de ADN (DAF), regiones amplificadas caracterizadas por secuencia (SCAR), polimorfismos de longitud de fragmentos amplificados (AFLP), repeticiones de secuencia simple (SSR) y polimorfismos de nucleótido único (SNP), por nombrar unas pocas. Los marcadores estrechamente vinculados a los alelos o los marcadores que contienen secuencias dentro de los alelos reales de interés pueden usarse para seleccionar plantas que contienen los alelos de interés durante un programa de retrocruzamiento. Los marcadores también pueden usarse para seleccionar hacia el genoma del padre recurrente y contra los marcadores del padre donante.
La reproducción por mutaciones también se puede utilizar para introducir nuevos rasgos (por ejemplo, una o más características de crecimiento radicular de la presente divulgación) en variedades existentes. Las mutaciones que ocurren espontáneamente o son inducidas artificialmente pueden ser fuentes útiles de variedad para un fitomejorador. El objetivo de la mutagénesis artificial es aumentar la tasa de mutación. Las tasas de mutación se pueden aumentar por muchos medios diferentes, incluida la temperatura, almacenamiento de semillas a largo plazo, condiciones de cultivo de tejidos, radiación (como rayos X, rayos gamma, neutrones, radiación beta o radiación ultravioleta), mutágenos químicos (como análogos de bases como 5-bromouracilo), antibióticos, agentes alquilantes (como mostazas de azufre, mostazas de nitrógeno, epóxidos, etileno-aminas, sulfatos, sulfonatos, sulfonas o lactonas), azida, hidroxilamina, ácido nitroso o acridinas. Una vez que se observa un rasgo deseado mediante mutagénesis, el rasgo se puede incorporar al germoplasma existente mediante técnicas de reproducción tradicionales.
En algunos ejemplos, una planta 140 de la presente divulgación es un cultivo en hileras. En algunos ejemplos, una planta 140 de la presente divulgación es maíz, haba de soja, arroz, trigo, sorgo, tomate o alfalfa. Otros cultivos en hileras incluyen, sin limitación, algodón, remolacha, heno de grano, legumbres (por ejemplo, frijoles, cacahuetes, guisantes, etc.), flores como girasoles, otros granos (por ejemplo, centeno o avena), caña de azúcar, tabaco, kenaf y similares.
Ciertos aspectos de la presente divulgación se refieren a técnicas para determinar un efecto de una interacción plantamicrobio sobre una característica de crecimiento de la raíz. Se apreciará que tales técnicas se realizan usando los dispositivos y técnicas de la presente divulgación en varias aplicaciones. En algunos ejemplos, las técnicas incluyen posicionar una pluralidad de sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación en el suelo, plantar una semilla 540 en la ubicación del suelo, inocular la ubicación del suelo con un microbio o comunidad de microbios (o aplicar el microbio o comunidad de microbios a la semilla en forma de tratamiento de semillas), después de que la semilla 540 haya crecido hasta convertirse en una planta 140 que tenga una raíz de planta 142, y después de que se establezca una interacción planta-microbio entre la planta 140 y el microbio o comunidad de microbios, recibir datos que representan una presencia de la raíz, determinar una característica de crecimiento de la raíz de la planta basada en los datos, determinar una característica de crecimiento de la raíz de referencia de la raíz de una planta de referencia a partir de una planta de referencia de la misma especie que la primera planta, y determinar el efecto de la interacción planta-microbio sobre la característica de crecimiento de la raíz comparando la característica de crecimiento de la raíz con el crecimiento de la raíz de referencia característica.
Tal como se usa en el presente documento, una referencia, cuando se aplica a una planta 140, raíz de la planta 142, y/o característica de crecimiento de la raíz, puede referirse a una planta 140, raíz de la planta 142, y/o características de crecimiento de la raíz de una planta cultivada en una condición diferente como planta de interés (por ejemplo, una planta de prueba). En algunos ejemplos, la planta de referencia 140 está en una ubicación de suelo no inoculada con el microbio o comunidad de microbios. En algunos ejemplos, la planta de referencia 14 está en una ubicación de suelo no inoculada con ningún microbio. En algunos ejemplos, la planta de referencia 140 está en una ubicación de suelo inoculada con un microbio diferente o una comunidad de microbios diferente.
En algunos ejemplos, el efecto de una interacción planta-microbio en una característica de crecimiento de la raíz se determina inoculando un lugar del suelo con un microbio de interés y estudiando su efecto sobre el crecimiento de la raíz (por ejemplo, como se ha descrito anteriormente), examinando así el efecto de un microbio particular, conocido en el crecimiento de las raíces.
En otros ejemplos, el efecto de una interacción planta-microbio en una característica de crecimiento de la raíz se determina mediante el cribado de varias plantas en busca de característica(s) particular(es) de crecimiento de la raíz, identificar una característica de crecimiento de interés y luego detectar un microbio residente en la planta o raíz de la planta, por lo tanto, detectar microbios desconocidos que afecten el crecimiento de las raíces de las plantas. En dichos casos, las técnicas incluyen posicionar una pluralidad de sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación en el suelo, plantar una primera semilla en la ubicación del suelo, después de que la primera semilla haya crecido hasta convertirse en una primera planta que tenga una primera raíz de planta, y después de que se establezca una interacción planta-microbio entre la primera planta y un primer microbio, recibir datos que representan una presencia raíz de los sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) de la pluralidad de sensores, determinar una primera característica de crecimiento de la raíz de la primera raíz de la planta bsándose en los datos e identificar el primer microbio. En algunos ejemplos, la técnica incluye además determinar el efecto del primer microbio sobre las características de crecimiento de las raíces de las plantas. Se puede utilizar varias técnicas para identificar un microbio de la presente divulgación, incluyendo, sin limitación, la detección de ácidos nucleicos por PCR, secuenciación directa (por ejemplo, DNA- o RNA-seq) y similares; examen microscópico y/o histológico del microbio; y así en adelante.
Las técnicas descritas anteriormente pueden resultar útiles para estudiar varias interacciones planta-microbio. En algunos ejemplos, el microbio es una bacteria. En otros ejemplos, el microbio es un hongo. Debe apreciarse que los procedimientos para determinar un efecto de una interacción plan-microbio sobre una característica de crecimiento de la raíz de la presente divulgación pueden encontrar uso para varios microbios bacterianos o fúngicos, así como combinaciones de los mismos. En algunos ejemplos, la interacción planta-microbio es beneficiosa para la planta (por ejemplo, como con rizobios u hongos micorrízicos). En algunos ejemplos, la interacción planta-microbio es perjudicial para la planta (por ejemplo, como con un microbio patógeno). Ejemplos de microbios de plantas patógenas incluyen los del género Xanthomonas, Erwinia, Burkholderia, Pseudomonas, Sclerophthera, Fusarium, Pythium, Achlya, Alternaría, Rhizoctonia, Sarocladium, Thanatephorus, Sclerotium, Sclerotinia, Curvularia, Microdochium, Cocliobolus, Cercospora, Curtobacterium, Ralstonia, Peronospora, Pyricularia, Clavibacter, Agrobacterium, Xylella, Uromyces, Stemphylium, Verticillium, Coprinus, Aphanomyces, Phytophthora, Septoria, Passalora, Colletotrichum, Exserhilum, Macrophomina, Bipolaris, Claviceps, Ramulispora, Gloeocercospora, Phialophora, Diaporthe, Phoma, Puccinia, Tilletia, Ustilago, Urocystis, Erysiphe, Mycosphaerella, Leptosfaeria, Pyrenophora, Calonectria, Gaeumannomyces, Pseudocercosporella, y etc. En algunos ejemplos, la planta 140 es un cultivo en hileras. En algunos ejemplos, la planta 140 es maíz, haba de soja, arroz, trigo, sorgo, tomate o alfalfa. Otros cultivos en hileras incluyen, sin limitación, algodón, remolacha, heno de grano, legumbres (por ejemplo, frijoles, cacahuetes, guisantes, etc.), flores como girasoles, otros granos (por ejemplo, centeno o avena), caña de azúcar, tabaco, kenaf y similares.
En algunos ejemplos, una interacción planta-microbio se establece después de una interacción conocida o hipotética durante el contacto entre una planta 140 o semilla 540 de la presente divulgación y un microbio de la presente divulgación. En algunos ejemplos, se establece una interacción planta-microbio después de que se observa un fenotipo particular de la planta o raíz de la planta 142, como un efecto visible en la propia planta (por ejemplo, cambio de coloración, crecimiento sobre el suelo, aparición de plaga, marchitez u otro rasgo, aumento del crecimiento en el caso de interacciones beneficiosas entre plantas y microbios, etc.).
Como se ha descrito anteriormente, las técnicas de los dispositivos de fenotipado radicular no invasivas 100, 600, 1100 de la presente divulgación pueden encontrar uso en técnicas para controlar un organismo del suelo. En algunos ejemplos, las técnicas incluyen posicionar una pluralidad de sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación en el suelo, plantar una semilla 540 en la ubicación del suelo, recibir datos que representan la presencia de una raíz en contacto o en la proximidad de una placa conductora 126 de la pluralidad (después de que la semilla ha crecido hasta convertirse en una planta 140 que tiene una raíz de la planta 142, y después de que el organismo del suelo ha invadido la ubicación del suelo), basándose en los datos, determinar si la presencia de la raíz detectada es de la raíz de la planta 142 o del organismo del suelo, y de acuerdo con una determinación de que la presencia de la raíz detectada es del organismo del suelo: seguimiento del organismo del suelo bsándose en los datos. En otros ejemplos, las técnicas incluyen posicionar una pluralidad de sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626) alrededor de una ubicación del suelo (una planta que tiene una raíz de planta se planta en la ubicación del suelo y el organismo del suelo ha invadido la ubicación del suelo), recibir datos que representan una presencia de raíz en contacto con o en las proximidades de una placa conductora 126 de la pluralidad, basándose en los datos, determinar si la presencia de la raíz detectada es de la raíz de la planta o del organismo del suelo, y de acuerdo con una determinación de que la presencia de la raíz detectada es del organismo del suelo: seguimiento del organismo del suelo bsándose en los datos. En algunos ejemplos, se monitorea un tipo de organismo del suelo (por ejemplo, el tipo de organismo del suelo se infiere de su tamaño). En algunos ejemplos, el tamaño del organismo del suelo se infiere con base en, al menos en parte, la duración de la respuesta de señal 1234 y/o la magnitud de la respuesta de señal. En algunos ejemplos, se monitorean varios organismos del suelo de interés (por ejemplo, basado en uno o más de la duración de la respuesta de señal 1234, una respuesta de señal de magnitud 1234, y un número radicular detectadas 142). Por ejemplo, un número de un organismo en particular (por ejemplo, gusano de la raíz del maíz) en un lugar específico se puede utilizar para decidir cuándo tratar con un pesticida, la cantidad de pesticida que se utilizará, etc.
Los procesos transitorios, como los contactos con los organismos del suelo, se pueden distinguir de los rasgos de la raíz en función de varios aspectos. Por ejemplo, en algunos casos, los datos incluyen información que identifica la magnitud de la respuesta de la señal. En algunos ejemplos, la determinación de que una raíz detectada es del organismo del suelo se basa, al menos en parte, en la magnitud de la respuesta de la señal. En algunos ejemplos, los datos incluyen información que identifica la duración de una raíz detectada en uno o más de los sensores (por ejemplo, placa conductora 126 o placa conductora paralela 626). En algunos ejemplos, la determinación de que una raíz detectada es del organismo del suelo se basa, al menos en parte, sobre la duración de la raíz detectada. En algunos casos, la determinación de que la raíz detectada es del organismo del suelo se basa en la magnitud de la respuesta de la señal y la duración de la raíz detectada. Debe apreciarse que la combinación de aspectos de los datos, como la magnitud y la duración, se puede utilizar para determinar si la raíz detectada es de una raíz de planta 142 o de un organismo del suelo.
En algunos ejemplos, de acuerdo con una determinación de que la raíz detectada no es del organismo del suelo, los datos se almacenan y/o filtran. Por ejemplo, en ese caso, se hace una determinación adicional de si los datos representan ruido/señal de línea de base o si los datos representan la presencia de una raíz de planta 142. En algunos ejemplos, de acuerdo con una determinación de que los datos representan ruido/señal de línea de base, los datos se filtran. En algunos ejemplos, de acuerdo con una determinación de que los datos representan una presencia real de una raíz de planta, los datos se almacenan en un medio/memoria legible por ordenador 408 y/o se acondicionan (por ejemplo, procesador de señal 412. Esto proporciona un seguimiento tanto de las raíces de las plantas 142 como de las entradas transitorias de los organismos del suelo.
En algunos ejemplos, el organismo del suelo es un gusano o un insecto. En algunos ejemplos, el organismo del suelo es una plaga agrícola. En algunos ejemplos, el organismo del suelo es un gusano de la raíz del maíz (por ejemplo, Diabrotica virgifera). En algunos ejemplos, la planta 142 es un cultivo en hileras. En algunos ejemplos, la planta 140 es maíz, haba de soja, arroz, trigo, sorgo, tomate o alfalfa. Otros cultivos en hileras incluyen, sin limitación, algodón, remolacha, heno de grano, legumbres (por ejemplo, frijoles, cacahuetes, guisantes, etc.), flores como girasoles, otros granos (por ejemplo, centeno o avena), caña de azúcar, tabaco, kenaf y similares.
Se entiende que el orden específico o la jerarquía de bloques en los procesos/diagramas de flujo descritos es una ilustración de enfoques ilustrativos. Según las preferencias de diseño, se entiende que el orden específico o la jerarquía de bloques en los procesos/diagramas de flujo pueden reorganizarse. Además, algunos bloques pueden combinarse u omitirse. Las reivindicaciones del procedimiento adjuntas presentan elementos de los diversos bloques en un orden de muestra, y no pretenden limitarse al orden o jerarquía específicos presentados.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sensor electrónico para detectar una raíz de una planta en una ubicación de un suelo, comprendiendo el sensor electrónico:
una primera placa conductora (126, 452) configurada para ser dispuesta en el suelo;
un conmutador (406) acoplado eléctricamente a la primera placa conductora, en donde el conmutador está configurado para cambiar entre un primer modo y un segundo modo;
una fuente de alimentación (402) acoplada eléctricamente al conmutador, en donde la fuente de alimentación está configurada para proporcionar una primera carga eléctrica a la primera placa conductora en el primer modo del conmutador; y
un extractor de señal (404) acoplado eléctricamente al conmutador, en donde, en el segundo modo del conmutador, el extractor de señal está configurado para extraer una señal en la primera placa conductora basándose en la primera carga eléctrica proporcionada a la primera placa conductora en el primer modo del conmutador.
2. El sensor electrónico de la reivindicación 1, que comprende, además:
un microcontrolador acoplado eléctricamente al extractor de señal, en donde el microcontrolador está configurado para recibir la señal del extractor de señal; y
una memoria acoplada eléctricamente al microcontrolador, en donde la memoria está configurada para almacenar datos asociados al extractor de señal;
en donde, opcionalmente, la señal se almacena en la memoria a intervalos predeterminados; en donde, opcionalmente, el conmutador es un multiplexor que está eléctricamente acoplado y controlado por el microcontrolador; y/o
en donde opcionalmente el microcontrolador está configurado para recuperar una señal de línea base de la memoria y comparar la señal con la señal de línea base para determinar si una diferencia entre una porción de la señal y una porción de la señal de línea base excedió un valor umbral.
3. El sensor electrónico de la reivindicación 2, que comprende, además:
una segunda placa conductora configurada para ser dispuesta en el suelo adyacente a y sustancialmente paralela a la primera placa conductora, en donde la segunda placa conductora está acoplada eléctricamente a tierra; en donde, opcionalmente, un espacio entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora tiene un área de sección transversal menor o igual a aproximadamente 1 cm2; y/o en donde, opcionalmente, la distancia entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora es igual o superior a aproximadamente 1 mm.
4. El sensor electrónico de la reivindicación 3, que comprende además un conmutador de polaridad configurado para intercambiar el acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora.
5. El sensor electrónico de una cualquiera de las reivindicaciones 2-4, que comprende además un sensor de humedad del suelo o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador.
6. El sensor electrónico de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el extractor de señal es un divisor de tensión o un convertidor de analógico a digital;
en donde, opcionalmente, el sensor electrónico está fijado a una malla suspendida entre los miembros de la estructura de soporte.
7. Un dispositivo electrónico (100) para monitorizar el crecimiento de una raíz de una planta en una ubicación de un suelo, que comprende:
una estructura de soporte (120) adecuada para su disposición en el suelo adyacente a la ubicación del suelo; y una pluralidad de sensores electrónicos según la reivindicación 1 fijados a la estructura de soporte.
8. El dispositivo electrónico de la reivindicación 7, que comprende, además:
un microcontrolador acoplado eléctricamente al extractor de señal de cada sensor electrónico, en donde el microcontrolador está configurado para recibir la señal del respectivo extractor de señal; y
una memoria acoplada eléctricamente al microcontrolador, en donde la memoria está configurada para almacenar datos asociados al respectivo extractor de señal;
en donde, opcionalmente, la señal se almacena en la memoria a intervalos predeterminados;
en donde, opcionalmente, el conmutador del sensor electrónico respectivo es un multiplexor que está eléctricamente acoplado al microcontrolador y controlado por él; y/o en donde, opcionalmente, el microcontrolador está configurado para recuperar una señal de línea de base de la memoria y comparar la señal con la señal de línea de base para determinar si una diferencia entre una porción de la señal y una porción de la señal de línea de base excedió un valor umbral.
9. El dispositivo electrónico de la reivindicación 8, en donde al menos uno de los sensores electrónicos comprende además:
una segunda placa conductora configurada para ser dispuesta en el suelo adyacente a y sustancialmente paralela a la primera placa conductora, en donde la segunda placa conductora está acoplada eléctricamente a tierra; en donde, opcionalmente, un espacio entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora tiene un área de sección transversal menor o igual a aproximadamente 1 cm2; y/o
en donde, opcionalmente, la distancia entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora es igual o superior a aproximadamente 1 mm.
10. El dispositivo electrónico de la reivindicación 9, en donde el al menos un sensor electrónico comprende además un conmutador de polaridad configurado para intercambiar el acoplamiento eléctrico entre la primera placa conductora y la segunda placa conductora.
11. El dispositivo electrónico de una cualquiera de las reivindicaciones 8-10, que comprende además un sensor de humedad del suelo o un sensor de temperatura acoplado eléctricamente al microcontrolador.
12. El dispositivo electrónico de una cualquiera de las reivindicaciones 7-11, en donde el extractor de señal es un divisor de tensión o un convertidor de analógico a digital;
en donde opcionalmente la estructura de soporte comprende una estaca o una barrena;
en donde, opcionalmente, al menos uno de la pluralidad de sensores electrónicos está fijado a una malla suspendida entre los miembros de la estructura de soporte;
en donde, opcionalmente, al menos una porción de la pluralidad de sensores electrónicos son verticalmente adyacentes entre sí en una primera columna, la pluralidad de sensores electrónicos comprende opcionalmente dos o más sensores electrónicos verticalmente adyacentes entre sí en una segunda columna; y/o
en donde opcionalmente los alrededores de la estructura de soporte están hechos de un material biodegradable o compostable.
13. Un procedimiento para monitorizar el crecimiento de una raíz de una planta con un dispositivo electrónico (100) que comprende uno o más procesadores, memoria (408), y una pluralidad de sensores (400) situados alrededor de la raíz de la planta (142), comprendiendo el procedimiento:
cargar eléctricamente, en un sensor entre la pluralidad de sensores, una primera placa conductora (126, 452) desde una fuente de alimentación (402) a una primera carga eléctrica;
desacoplar eléctricamente de la fuente de alimentación la primera placa conductora configurada para ser dispuesta en el suelo;
extraer una señal en la primera placa conductora sobre la base de la primera carga eléctrica aplicada a la primera placa conductora;
determinar si una porción de la señal excede un valor umbral, en donde una presencia de raíz está asociada a una determinación de que la porción de la señal excedió el valor umbral; y
almacenar un indicador de presencia de raíz en la memoria de acuerdo con la porción de la señal que excede el valor umbral.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende además: conectar eléctricamente a tierra una segunda placa conductora, en donde la segunda placa conductora está configurada para ser dispuesta en el suelo y adyacente y sustancialmente paralela a la primera placa conductora;
en donde, opcionalmente, el procedimiento comprende además determinar la tasa de crecimiento de la raíz, en donde la tasa de crecimiento de la raíz es proporcional a una coordenada tridimensional del sensor durante un tiempo transcurrido;
en donde opcionalmente el procedimiento comprende además determinar la biomasa de la raíz de la planta, en donde la biomasa es proporcional a una magnitud de capacitancia de la señal, y opcionalmente comprende además determinar la tasa de crecimiento de la biomasa, en donde la tasa de crecimiento de la biomasa es proporcional al cambio en la biomasa durante un tiempo transcurrido;
en donde opcionalmente el procedimiento comprende además determinar el ángulo de la raíz de la planta, en donde el ángulo de la raíz se basa en un ángulo entre un punto de origen de la raíz de la planta y una coordenada tridimensional del sensor;
en donde, opcionalmente, la primera carga eléctrica excede una constante asociada a la impedancia del suelo entre la primera placa conductora y un electrodo de tierra; y/o
en donde opcionalmente la señal excede una constante asociada a la impedancia del suelo entre la primera placa conductora y un electrodo de tierra.
15. Un medio de almacenamiento no transitorio y legible por ordenador, que comprende uno o más programas para su ejecución por uno o más procesadores de un dispositivo electrónico de acuerdo con la reivindicación 7, incluyendo el uno o más programas instrucciones que, cuando sean ejecutadas por dicho uno o más procesadores, hacen que el dispositivo:
cargar eléctricamente, en un sensor entre la pluralidad de sensores, desde una fuente de alimentación hasta una primera carga eléctrica una primera placa conductora configurada para ser dispuesta en el suelo;
desacoplar eléctricamente de la fuente de alimentación la primera placa conductora;
extraer una señal en la primera placa conductora basándose en la primera carga eléctrica aplicada a la primera placa conductora;
determinar si una porción de la señal supera un valor umbral, en donde una presencia de raíz está asociada a una determinación de que la porción de la señal excedió el valor umbral; y
almacenar un indicador de presencia de raíz en una memoria de acuerdo con la porción de la señal que excede el valor de umbral.
ES16869197T 2015-11-24 2016-11-22 Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces Active ES2895950T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562259587P 2015-11-24 2015-11-24
PCT/US2016/063417 WO2017091622A1 (en) 2015-11-24 2016-11-22 Method and device for non-invasive root phenotyping

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2895950T3 true ES2895950T3 (es) 2022-02-23

Family

ID=58763867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16869197T Active ES2895950T3 (es) 2015-11-24 2016-11-22 Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces

Country Status (12)

Country Link
US (3) US10761074B2 (es)
EP (1) EP3380831B1 (es)
CN (1) CN108780055B (es)
AU (1) AU2016361433B2 (es)
BR (1) BR112018010100B1 (es)
CA (1) CA3004350A1 (es)
CL (1) CL2018001283A1 (es)
DK (1) DK3380831T3 (es)
ES (1) ES2895950T3 (es)
IL (1) IL259432B2 (es)
MX (1) MX2018006389A (es)
WO (1) WO2017091622A1 (es)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108780055B (zh) 2015-11-24 2021-08-10 Hi保真遗传学股份有限公司 用于无创根部表型鉴定的方法及设备
EP3409100A1 (en) * 2017-05-29 2018-12-05 Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) Phenotyping apparatus
CN107478783A (zh) * 2017-09-21 2017-12-15 云南省农业科学院热区生态农业研究所 一种植物地下特征研究设备
CN108241007A (zh) * 2018-03-19 2018-07-03 深圳大学 埋入式混凝土三维电阻成像传感器阵列及成像系统
US10990875B2 (en) * 2018-11-28 2021-04-27 International Business Machines Corporation Neural network forecasting for tiered hydroponic natural farming configurations
US20220082506A1 (en) * 2019-01-10 2022-03-17 Hi Fidelity Genetics, Inc. Method and device for non-invasive root phenotyping
US11333618B1 (en) 2019-06-07 2022-05-17 Pioneer Hi-Bred International, Inc. Non-destructive assessment of corn rootworm damage
CN110470666A (zh) * 2019-06-27 2019-11-19 中国水利水电科学研究院 一种植物根系参数获取装置及其分析方法
CN111323536A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 沈阳农业大学 根茎型无性系植物根系空间扩展量化模型构建方法
FR3112615A1 (fr) * 2020-07-15 2022-01-21 Vegetal Signals Système d’analyse électro-physiologique de plante
CN111727767B (zh) * 2020-07-30 2022-01-28 安徽省农业科学院茶叶研究所 一种茶树监测培植系统
WO2022026614A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 The Regents Of The University Of California Methods, systems, and devices for tomographic rhizosphere imager
CN113533439B (zh) * 2021-06-25 2022-09-02 中国农业大学 玉米穗水分分布的电阻抗成像方法、系统及电子设备
CN114252584B (zh) * 2022-03-02 2022-06-10 四川旅游学院 一种景观维护用土壤检测系统

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445788A (en) 1982-04-30 1984-05-01 The Board Of Regents Of The University Of Nebraska Soil probe and method of obtaining moisture, temperature and root distribution of a soil profile
US7183779B2 (en) 2004-12-28 2007-02-27 Spectrum Technologies, Inc. Soil probe device and method of making same
US7836910B2 (en) * 2004-12-29 2010-11-23 Rain Bird Corporation Soil moisture sensor and controller
US8408229B2 (en) * 2006-03-29 2013-04-02 Federal Pacific Trading, Inc. Plant watering system
EP2021833A1 (en) * 2006-05-08 2009-02-11 P&B Agri-Tech Innovations Inc. Method and system for monitoring growth characteristics
CN102565150A (zh) 2012-01-13 2012-07-11 北京盈胜泰科技术有限公司 一种土壤相对湿度和土壤肥力变化的检测装置及监测系统
EP2822380B1 (en) 2012-03-07 2022-12-21 Blue River Technology, Inc. Method and apparatus for automated plant necrosis
GB2509127B (en) * 2012-12-21 2015-09-30 Plant Bioscience Ltd Soil chemistry sensor
US20150027041A1 (en) 2013-03-07 2015-01-29 Blue River Technology, Inc. System and method for plant cauterization
EP3032946B1 (en) 2013-07-11 2022-10-05 Blue River Technology Inc. Method for automatic phenotype measurement and selection
CN103364399B (zh) 2013-07-12 2015-06-17 北京农业信息技术研究中心 作物根系生长探测系统及探测方法
WO2015127397A1 (en) 2014-02-21 2015-08-27 Blue River Technology, Inc. System and method for automated odometry calibration for precision algriculture systems
US20160019780A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 Leeo, Inc. Selective electrical coupling based on environmental conditions
US20160018799A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 Leeo, Inc. Selective electrical coupling based on environmental conditions
US9936686B2 (en) * 2014-08-19 2018-04-10 Lisi Globa, LLC Method and apparatus for the management of a soil pest
US11779007B2 (en) * 2014-08-19 2023-10-10 Lisi Global Llc Method and apparatus for the management of a soil pest or pathogen
CN108780055B (zh) 2015-11-24 2021-08-10 Hi保真遗传学股份有限公司 用于无创根部表型鉴定的方法及设备
DE102016121108A1 (de) * 2016-11-04 2018-05-09 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Sensors
US20220082506A1 (en) 2019-01-10 2022-03-17 Hi Fidelity Genetics, Inc. Method and device for non-invasive root phenotyping
US11320389B2 (en) * 2019-05-01 2022-05-03 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Low frequency apparatus and method for insect infestation detection

Also Published As

Publication number Publication date
DK3380831T3 (da) 2021-11-15
IL259432B (en) 2022-10-01
CL2018001283A1 (es) 2018-08-31
WO2017091622A1 (en) 2017-06-01
EP3380831A1 (en) 2018-10-03
IL259432A (en) 2018-07-31
US20210172922A1 (en) 2021-06-10
CA3004350A1 (en) 2017-06-01
EP3380831B1 (en) 2021-10-13
MX2018006389A (es) 2019-02-14
US10761074B2 (en) 2020-09-01
AU2016361433A1 (en) 2018-07-05
US20180348186A1 (en) 2018-12-06
IL259432B2 (en) 2023-02-01
US11555809B2 (en) 2023-01-17
BR112018010100B1 (pt) 2021-10-19
BR112018010100A2 (pt) 2018-11-13
EP3380831A4 (en) 2019-07-31
US11293910B2 (en) 2022-04-05
AU2016361433B2 (en) 2022-02-10
CN108780055A (zh) 2018-11-09
CN108780055B (zh) 2021-08-10
US20220146483A1 (en) 2022-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2895950T3 (es) Procedimiento y dispositivo para el fenotipado no invasivo de raíces
Ratnakumar et al. Groundnut (Arachis hypogaea) genotypes tolerant to intermittent drought maintain a high harvest index and have small leaf canopy under stress
Tuberosa Phenotyping for drought tolerance of crops in the genomics era
Chen et al. Potassium and sodium relations in salinised barley tissues as a basis of differential salt tolerance
Fiorani et al. Future scenarios for plant phenotyping
Iqbal et al. Genetic divergence and correlation studies of soybean [Glycine max (L.) Merrill.] genotypes
Purushothaman et al. Genotypic variation in soil water use and root distribution and their implications for drought tolerance in chickpea
Kiani-Pouya et al. The potential of leaf chlorophyll content to screen bread-wheat genotypes in saline condition
Hinojosa et al. Spectral reflectance indices and physiological parameters in quinoa under contrasting irrigation regimes
WO2007128122A1 (en) Method and system for monitoring growth characteristics
Ceyhan et al. Stability analysis on seed yield and its components in peas
Chen et al. Phenotyping for root traits
Cseresnyés et al. Indirect monitoring of root activity in soybean cultivars under contrasting moisture regimes by measuring electrical capacitance
CN104584889A (zh) 热胁迫下筛选不同黄瓜品种耐热性的鉴定方法
Streda et al. Field phenotyping of plant roots by electrical capacitance-a standardized methodological protocol for application in plant breeding: A review
Kanwal et al. Phenotypic tendency of achene yield and oil contents in sunflower hybrids
Freeman et al. Plant developmental instability: new measures, applications, and regulation
CN113614517A (zh) 用于非侵入性根表型分析的方法和装置
Ruttanaprasert et al. Diversity of physiological traits in Jerusalem artichoke genotypes under non-stress and drought stress
El-Hendawy et al. Capability of multiple selection criteria to evaluate contrasting spring wheat germplasms under arid conditions
Merrill et al. Sequence effects among crops on alluvial-derived soil compared with those on glacial till-derived soil in the northern Great Plains, USA
Kumar et al. Identification of genotypes and marker validation for grain filling rate and grain filling duration in wheat under conservation agriculture
Pankaj et al. Mapping QTLs for phenotypic and morpho-physiological traits related to grain yield under late sown conditions conditions in wheat (Triticum aestivum L.)
Carbajal-Friedrich et al. The role of the ideotype in future agricultural production
Díaz De León et al. The performance of single chromosome substitution lines of bread wheat subjected to salinity stress