本发明涉及一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，该系统包括：主框架，用于培养植株根系的根盒，安装在主框架上且能相对于主框架运动的根盒架，安装在主框架上且能相对于主框架运动的H型机架，安装在H型机架上且能相对于H型机架运动的成像子系统，安装在主框架上并与根盒相连通的灌溉子系统，安装在主框架上并与灌溉子系统相连通的回水子系统，和用于遮蔽整个系统内部以实现全暗环境的遮光子系统；其中，多个根盒可拆卸地安装在根盒架上；成像子系统用于对根盒中的根系进行成像；灌溉子系统用于为根盒中的植株提供营养液实现无土栽培；回水子系统用于回收从根盒中渗出的多余营养液进行循环利用。
1.一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，该系统包括：
安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动的根盒架，
安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动的H型机架，
安装在所述H型机架上且能相对于所述H型机架运动的成像子系统，
安装在所述主框架上并与所述根盒相连通的灌溉子系统，
安装在所述主框架上并与所述灌溉子系统相连通的回水子系统，和
其中，多个所述根盒可拆卸地安装在所述根盒架上；所述成像子系统用于对所述根盒中的根系进行成像；所述灌溉子系统用于为所述根盒中的植株提供营养液实现无土栽培；
所述回水子系统用于回收从所述根盒中渗出的多余营养液进行循环利用。
2.如权利要求1所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述主框架包括多根上梁和下梁，所述上梁和下梁之间通过竖梁连接；平行相对的两根所述上梁的顶部和内侧分别固定设置顶部直线导轨和内侧直线导轨，平行相对的两根所述下梁的内侧分别设置与两所述内侧直线导轨相平行的底部直线导轨和底部滚珠丝杆，所述顶部直线导轨、内侧直线导轨和底部直线导轨上分别滑动设置有顶部滑块、内侧滑块和底部滑块；所述根盒架通过所述顶部滑块安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动；所述H型机架通过所述内侧滑块和底部滑块安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动。
3.如权利要求1或2所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述根盒包括设置在中心的培养体、覆盖在所述培养体前后两面的背景布、分别设置在所述培养体左右两侧边和底边的间隔条、设置在所述背景布的外侧并与所述间隔条固定连接的透明夹板以及设置在所述培养体顶部的根盒灌溉管；所述培养体的厚度与所述间隔条的厚度一致；所述培养体底部的所述间隔条距离所述培养体和两侧边的所述间隔条底部一段距离，形成所述根盒底部的排水槽；所述根盒灌溉管与所述灌溉子系统相连通。
4.如权利要求2所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述根盒架包括两平行间隔设置的顶梁、与所述顶梁平行地设置在两所述顶梁中间间隔的正下方的底梁以及将所述顶梁和底梁连接为一体的垂直梁，在所述顶梁、底梁和垂直梁之间围成所述根盒的装载空间；所述顶梁的长度大于等于所述主框架的宽度，通过将所述顶梁的两端分别与所述主框架的所述顶部滑块固定连接，从而将所述根盒架安装在所述主框架上；所述底梁的长度小于所述主框架的宽度。
5.如权利要求2或4所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述H型机架包括两侧的垂直滑台、两端分别与两所述垂直滑台滑动连接的水平横梁滑台、同时与两所述垂直滑台的底部固定连接的底座和滑动设置在所述水平横梁滑台上的旋转台，两所述垂直滑台与所述水平横梁滑台构成H型，所述成像子系统固定安装在所述旋转台上；所述底座的两端分别与所述主框架的两所述底部滑块固定连接，两所述垂直滑台的顶端侧边分别与所述主框架的两所述内侧滑块固定连接，从而所述H型机架能相对于所述主框架滑动；所述水平横梁滑台能相对于所述H型机架升降滑动；所述旋转台能相对于所述H型机架水平滑动；所述旋转台能围绕自身的竖直旋转轴360°旋转。
6.如权利要求5所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述垂直滑台包括垂直直线导轨和垂直滚珠丝杆，所述垂直直线导轨的垂直滑块与所述垂直滚珠丝杆的垂直丝杆螺母相连接，所述垂直滚珠丝杆的垂直电机驱动所述垂直丝杆螺母运动，从而带动所述垂直滑块相对于所述垂直直线导轨滑动；所述水平横梁滑台的两端分别与两所述垂直滑台的所述垂直直线导轨上的所述垂直滑块固定连接，所述垂直滚珠丝杆通过所述垂直丝杆螺母驱动所述垂直滑块运动带动所述水平横梁滑台升降；所述水平横梁滑台包括水平直线导轨和水平滚珠丝杆，所述水平直线导轨的水平滑块与所述水平滚珠丝杆的水平丝杆螺母相连接，所述水平滚珠丝杆的水平电机驱动所述水平丝杆螺母运动，从而带动所述水平滑块相对于所述水平直线导轨滑动；所述底部滚珠丝杆的底部丝杆螺母与所述底座的底座横梁固定连接，所述底部滚珠丝杆的底部电机驱动所述底部丝杆螺母运动，从而带动所述H型机架滑动；所述旋转台与所述水平横梁滑台的水平直线导轨上的水平滑块固定连接，所述水平滚珠丝杆驱动所述水平滑块运动带动所述旋转台相对于所述水平横梁滑台滑动。
7.如权利要求5所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述成像子系统包括固定设置在所述旋转台上的成像设备、灯头朝下地固定安装在所述水平横梁滑台下方的闪光灯和固定设置在所述闪光灯灯头下方的反光板。
8.如权利要求3所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述灌溉子系统包括通过连接管道依次连接的营养液桶、灌溉自吸泵和循环自吸泵；各所述根盒灌溉管的进口端分别通过分支管道与所述灌溉自吸泵一端的所述连接管道相连通，各所述根盒灌溉管的出口端分别通过各分支管道与所述营养液桶一端的所述连接管道相连通；所述根盒灌溉管进口端的所述连接管道上还设置有逆止阀和第一电磁阀，所述根盒灌溉管出口端的所述连接管道上还设置有第二电磁阀；
所述回水子系统包括水箱、两端闭合并在一端底部开孔的水槽、一端闭合且另一端与所述水箱相连通的U型槽以及设置在所述水箱内并与所述灌溉子系统相连通的潜水泵；多个所述水槽分别固定设置在每一所述根盒架的底部，且所述水槽底部的开孔朝向同一侧；
所述水槽底部的开孔连接导水管，所述导水管底端与过滤布袋相连接；所述U型槽固定设置在所述主框架底部一侧且位于所述过滤布袋的正下方。
9.如权利要求4所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述遮光子系统包括根盒架顶梁间隔遮光模块、根盒架间遮光模块和主框架侧部遮光模块；其中，所述根盒架顶梁间隔遮光模块用于所述根盒架顶部的两所述顶梁之间间隔的填充；所述根盒架间遮光模块用于所述根盒架间以及所述根盒架与所述主框架之间的遮光；所述主框架侧部遮光模块用于所述主框架四周的遮光。
10.如权利要求9所述的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，所述根盒架间遮光模块包括n型微收缩力风琴罩和悬挂吊梁，所述n型微收缩力风琴罩可伸缩方向的两端分别与两所述根盒架的所述顶梁或者一所述根盒架的所述顶梁和一所述主框架的所述上梁固定连接，所述根盒架的滑动能带动所述n型微收缩力风琴罩的伸缩；多根所述悬挂吊梁平行于所述n型微收缩力风琴罩可伸缩方向地固定设置在所述主框架顶部，所述n型微收缩力风琴罩的中部悬挂在所述悬挂吊梁上；所述主框架侧部遮光模块采用三个边上均缝制有防水拉链的侧部遮光布，通过将所述主框架四周的所述侧部遮光布通过所述防水拉链缝合后相连，实现所述主框架四周的遮光。
一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种非土壤介质下的根系表型测定平台，尤其涉及一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统。
背景技术
[0002] 植物表型是理解植物基因型与环境互作的关键。近年来，随着基因测序技术的效率提升和成本降低，植物的基因组数据不断增长和完善；然而，植物表型信息的获取仍以人工为主，工作量大，数据重复性差，且需对植物破坏性测定。因此，植物表型信息的系统性收集逐渐成为遗传育种研究和基础植物科学研究的一个限制因素，诸多学术机构和企业致力于植物表型测定平台的研发。目前，植物表型测定技术的研发大多集中于植物地上部，这主要是由于根系生长介质的不透明性及根系结构的复杂性，导致根系的观察和测定都十分困难。根系是植物吸收水分、养分资源和响应土壤环境变化的重要器官，通过改良根系性状来培育新品种可有效提高作物产量和养分资源利用效率。因此，进行室内栽培的根系表型无损测定，深入挖掘作物基因-环境-表型互作机理，对作物育种研究、植物生理学研究和模型参数化有着至关重要的作用。
[0003] 目前，室内栽培的根系无损测定方法包括核磁共振成像法、中子层析法和微X射线法等。微X射线法是最精确的非破坏性测定方法，但只能测定直径很小的土柱中的苗期根系，设备成本高昂，需要大量的数据存储空间和强大的计算机集群运算，在高通量根系表型测定方面的应用受到限制。根盒照相法(GROWSCREEN-Rhizo,2012)可高通量地栽培植株、精准灌溉、自动化地对窄根盒中的根系成像，但无法获取完整的根系结构，而且设备成本较高，空间利用率低。获取非土壤介质下的根系表型是开展根系研究的另一个重要途径。基于LemnaTec系统的Rhizotubes(2015)能够通过大批量的获取紧贴于圆管表面的根系图像，但是随着通量的提高，植株传输的距离也随之增长，长距离的运输和频繁的启停影响植株的生长(倒伏)。Adu等科研人员(2014)采用平面扫描仪作为成像和栽培主体，将发芽纸贴于扫描仪的透明面板，根系位于其间生长，发芽纸的底部伸入营养液中吸取养分。该方法将发芽纸同时作为生长介质、养分吸收介质和遮光材料。但是随着通量的提高，扫描仪的数量也随之等比例增加，且受制于发芽纸的吸水能力，该方法无法培养较大的植株。综上，现有的根系表型测定平台无法在高通量、全自动化、实时测定、精准的生长环境控制以及低成本之间取得很好的平衡。因此，现在急需设计和开发一套高通量、自动化、实时根系表型快速测定平台，以满足规模化科学研究的要求，深入挖掘作物基因-环境-表型互作机理。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，能够承载多组根盒架，单个根盒架可承载多个根盒，通过控制成像子系统的三维运动和旋转以及根盒架的滑动，集成灌溉、回水以及遮光子系统，实现在全暗环境下对根系生长的实时成像，并且在高通量、全自动化、实时测定以及高空间利用率和低成本之间取得很好的平衡，可以满足规模化科学研究的要求，为分析各种根系表型性状参数提供完整解决方案。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其特征在于，该系统包括：主框架，用于培养植株根系的根盒，安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动的根盒架，安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动的H型机架，安装在所述H型机架上且能相对于所述H型机架运动的成像子系统，安装在所述主框架上并与所述根盒相连通的灌溉子系统，安装在所述主框架上并与所述灌溉子系统相连通的回水子系统，和用于遮蔽整个系统内部以实现全暗环境的遮光子系统；其中，多个所述根盒可拆卸地安装在所述根盒架上；所述成像子系统用于对所述根盒中的根系进行成像；所述灌溉子系统用于为所述根盒中的植株提供营养液实现无土栽培；所述回水子系统用于回收从所述根盒中渗出的多余营养液进行循环利用。
[0006] 所述主框架包括多根上梁和下梁，所述上梁和下梁之间通过竖梁连接；平行相对的两根所述上梁的顶部和内侧分别固定设置顶部直线导轨和内侧直线导轨，平行相对的两根所述下梁的内侧分别设置与两所述内侧直线导轨相平行的底部直线导轨和底部滚珠丝杆，所述顶部直线导轨、内侧直线导轨和底部直线导轨上分别滑动设置有顶部滑块、内侧滑块和底部滑块；所述根盒架通过所述顶部滑块安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动；所述H型机架通过所述内侧滑块和底部滑块安装在所述主框架上且能相对于所述主框架运动。
[0007] 所述根盒包括设置在中心的培养体、覆盖在所述培养体前后两面的背景布、分别设置在所述培养体左右两侧边和底边的间隔条、设置在所述背景布的外侧并与所述间隔条固定连接的透明夹板以及设置在所述培养体顶部的根盒灌溉管；所述培养体的厚度与所述间隔条的厚度一致；所述培养体底部的所述间隔条距离所述培养体和两侧边的所述间隔条底部一段距离，形成所述根盒底部的排水槽；所述根盒灌溉管与所述灌溉子系统相连通。
[0008] 所述根盒架包括两平行间隔设置的顶梁、与所述顶梁平行地设置在两所述顶梁中间间隔的正下方的底梁以及将所述顶梁和底梁连接为一体的垂直梁，在所述顶梁、底梁和垂直梁之间围成所述根盒的装载空间；所述顶梁的长度大于等于所述主框架的宽度，通过将所述顶梁的两端分别与所述主框架的所述顶部滑块固定连接，从而将所述根盒架安装在所述主框架上；所述底梁的长度小于所述主框架的宽度。
[0009] 所述H型机架包括两侧的垂直滑台、两端分别与两所述垂直滑台滑动连接的水平横梁滑台、同时与两所述垂直滑台的底部固定连接的底座和滑动设置在所述水平横梁滑台上的旋转台，两所述垂直滑台与所述水平横梁滑台构成H型，所述成像子系统固定安装在所述旋转台上；所述底座的两端分别与所述主框架的两所述底部滑块固定连接，两所述垂直滑台的顶端侧边分别与所述主框架的两所述内侧滑块固定连接，从而所述H型机架能相对于所述主框架滑动；所述水平横梁滑台能相对于所述H型机架升降滑动；所述旋转台能相对于所述H型机架水平滑动；所述旋转台能围绕自身的竖直旋转轴360°旋转。
[0010] 所述垂直滑台包括垂直直线导轨和垂直滚珠丝杆，所述垂直直线导轨的垂直滑块与所述垂直滚珠丝杆的垂直丝杆螺母相连接，所述垂直滚珠丝杆的垂直电机驱动所述垂直丝杆螺母运动，从而带动所述垂直滑块相对于所述垂直直线导轨滑动；所述水平横梁滑台的两端分别与两所述垂直滑台的所述垂直直线导轨上的所述垂直滑块固定连接，所述垂直滚珠丝杆驱动所述垂直滑块运动带动所述水平横梁滑台升降；所述水平横梁滑台包括水平直线导轨和水平滚珠丝杆，所述水平直线导轨的水平滑块与所述水平滚珠丝杆的水平丝杆螺母相连接，所述水平滚珠丝杆的水平电机驱动所述水平丝杆螺母运动，从而带动所述水平滑块相对于所述水平直线导轨滑动；所述底部滚珠丝杆的底部丝杆螺母与所述底座的底座横梁固定连接，所述底部滚珠丝杆的底部电机驱动所述底部丝杆螺母运动，从而带动所述H型机架滑动；所述旋转台与所述水平横梁滑台的水平直线导轨上的水平滑块固定连接，所述水平滚珠丝杆驱动所述水平滑块运动带动所述旋转台相对于所述水平横梁滑台滑动。
[0011] 所述成像子系统包括固定设置在所述旋转台上的成像设备、灯头朝下地固定安装在所述水平横梁滑台下方的闪光灯和固定设置在所述闪光灯灯头下方的反光板。
[0012] 所述灌溉子系统包括通过连接管道依次连接的营养液桶、灌溉自吸泵和循环自吸泵；各所述根盒灌溉管的进口端分别通过分支管道与所述灌溉自吸泵一端的所述连接管道相连通，各所述根盒灌溉管的出口端分别通过各分支管道与所述营养液桶一端的所述连接管道相连通；所述根盒灌溉管进口端的所述连接管道上还设置有逆止阀和第一电磁阀，所述根盒灌溉管出口端的所述连接管道上还设置有第二电磁阀；
[0013] 所述回水子系统包括水箱、两端闭合并在一端底部开孔的水槽、一端闭合且另一端与所述水箱相连通的U型槽以及设置在所述水箱内并与所述灌溉子系统相连通的潜水泵；多个所述水槽分别固定设置在每一所述根盒架的底部，且所述水槽底部的开孔朝向同一侧；所述水槽底部的开孔连接导水管，所述导水管底端与过滤布袋相连接；所述U型槽固定设置在所述主框架底部一侧且位于所述过滤布袋的正下方。
[0014] 所述遮光子系统包括根盒架顶梁间隔遮光模块、根盒架间遮光模块和主框架侧部遮光模块；其中，所述根盒架顶梁间隔遮光模块用于所述根盒架顶部的两所述顶梁之间间隔的填充；所述根盒架间遮光模块用于所述根盒架间以及所述根盒架与所述主框架之间的遮光；所述主框架侧部遮光模块用于所述主框架四周的遮光。
[0015] 所述根盒架间遮光模块包括n型微收缩力风琴罩和悬挂吊梁，所述n型微收缩力风琴罩可伸缩方向的两端分别与两所述根盒架的所述顶梁或者一所述根盒架的所述顶梁和一所述主框架的所述上梁固定连接，所述根盒架的滑动能带动所述n型微收缩力风琴罩的伸缩；多根所述悬挂吊梁平行于所述n型微收缩力风琴罩可伸缩方向地固定设置在所述主框架顶部，所述n型微收缩力风琴罩的中部悬挂在所述悬挂吊梁上；所述主框架侧部遮光模块采用三个边上均缝制有防水拉链的侧部遮光布，通过将所述主框架四周的所述侧部遮光布通过所述防水拉链缝合后相连，实现所述主框架四周的遮光。
[0016] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，通过集成根盒、灌溉子系统、回水子系统、遮光子系统和实时成像子系统，兼有栽培、测定与监控功能，实现在无人工干预情况下对根系在全黑暗环境中的实时成像和监控，便于观察根系对各种实验处理的实时反映。2、本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，根盒能够用于观察完整的根系结构，根系在生长过程中其位置固定，通过与根盒架的配合装载，根盒的透明夹板对根系施加的压力均匀，提高实验结果的重复性。3、本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，通过采用H型机架集所有运动功能于一体，使成像子系统的成像设备能在XYZ三个方向做直线运动和旋转运动，根盒架也能同步前后滑动，从而实现对多个根盒架上根系的成像，实现了高通量自动化的实时测定。4、本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，遮光子系统不仅解决根系在全暗环境中生长的需求，在成像时也不对成像视线造成遮挡，各个遮光模块均便于拆装，方便安装根盒和移苗以及其他操作。5、本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，各个模块可独立运行而不互相干扰，整个系统结构紧凑，占用空间小，可扩展性和调整性强。6、本发明一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，可以满足规模化科学研究的要求，为分析各种根系表型性状参数提供完整解决方案，在作物栽培学、植物学、环境科学、基因型与环境互作等领域有很高的应用价值。
附图说明
[0017] 图1是本发明的结构示意图；
[0018] 图2是本发明的主框架的结构示意图；
[0019] 图3是本发明的根盒的立体分解结构示意图；
[0020] 图4是本发明的根盒的左视结构示意图；
[0021] 图5是本发明的根盒架的结构示意图；
[0022] 图6是本发明的H型机架的结构示意图；
[0023] 图7是本发明的根盒架、H型机架、成像子系统和主框架的装配示意图；
[0024] 图8是本发明的灌溉子系统和回水子系统的结构示意图；
[0025] 图9是本发明的灌溉子系统、回水子系统、根盒架、H型机架和主框架的装配示意图；
[0026] 图10是本发明的遮光子系统的结构示意图；
[0027] 图11是本发明的遮光子系统的局部结构示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0029] 如图1所示，本发明提供的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统，其包括主框架1、根盒2、根盒架3、H型机架4、成像子系统5、灌溉子系统6、回水子系统7和遮光子系统8。
[0030] 如图2所示，主框架1为由铝型材组装的2.5m长、2.5m宽和1.5m高的立方体框架，其包括四根上梁11、四根下梁12和四根竖梁13；其中，相对的两根上梁11的顶部和内侧分别固定设置顶部直线导轨14和内侧直线导轨15；同时，在相对的两根下梁12的内侧分别设置与两内侧直线导轨15相平行的底部直线导轨16和底部滚珠丝杆17，顶部直线导轨14、内侧直线导轨15和底部直线导轨16上分别滑动设置有顶部滑块141、内侧滑块151和底部滑块161。
[0031] 上述实施例中，顶部直线导轨14上设置有多个顶部滑块141，根盒架3也包括多个，以实现高通量栽培。
[0032] 如图3、图4所示，根盒2包括设置在中心的板状培养体21、覆盖在培养体21前后两面的背景布22、分别设置在培养体21左右两侧边和底部的硬质间隔条23、设置在培养体21前后两面的背景布22的外侧并与间隔条23固定连接的透明夹板24以及设置在培养体21顶部的根盒灌溉管25；其中，培养体21的厚度与间隔条23的厚度一致，从而透明夹板24能将培养体21和背景布22夹紧在中间，硬质的间隔条23能对透明夹板24起到支撑的作用，减少透明夹板24的变形或鼓起；培养体21底部的间隔条23距离培养体21和左右两侧边间隔条23的底部一段距离，从而形成根盒2底部的排水槽26，有利于下渗的营养液排出根盒2；根盒灌溉管25上设置有两排微孔，微孔直径0.3mm，两排微孔之间夹角150°。培养体21可以是海绵或者开孔EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer，三元乙丙橡胶)材料(超软)。
[0033] 上述实施例中，透明夹板24采用透明聚碳酸酯制成，厚度6mm；培养体21的厚度20mm；间隔条23采用亚克力板制成，厚度20mm，宽度20mm，长度分别与培养体21的左右两侧边和底边的长度相适配。
[0034] 上述实施例中，透明夹板24的四周和间隔条23上相对应的位置钻有圆孔，透明夹板24和间隔条23之间通过螺栓螺母连接。
[0035] 如图5、图7所示，根盒架3包括顶梁31、底梁32和垂直梁33，两顶梁31平行间隔设置，顶梁31的长度大于等于主框架1的宽度，通过将顶梁31的两端与主框架31的顶部直线导轨14的顶部滑块141固定连接，从而将根盒架3安装在主框架1上，并实现根盒架3的滑动；底梁32与两顶梁31平行地设置在两顶梁31中间间隔的正下方，底梁32的长度小于主框架1的宽度，方便根盒架3在主框架1内移动；在顶梁31、底梁32和垂直梁33之间围成根盒2的装载空间。
[0036] 上述实施例中，根盒架3的顶梁31由20×20mm的铝型材制成，长度2.5m；底梁32由40×40mm的铝型材制成，长度2.1m。
[0037] 上述实施例中，为了确保透明夹板24对任何位置根系的压力一致，根盒架3的顶梁31上还设置有根盒固定杆(图中未示出)，根盒固定杆采用20×10mm的角铝制成，长度与顶梁31的长度相同，根盒固定杆通过宽边与顶梁31固定连接，通过窄边与根盒2的透明夹板24固定连接；设置在两侧顶梁31上的两根盒固定杆对根盒2顶部的透明夹板24施加压力，确保根盒2的两透明夹板24的间隔在任何位置(特别是根盒2顶部)均为20mm。使用时，先将一根盒固定杆与一顶梁31固定连接，将根盒2由两顶梁31中间的间隔插入根盒架3的装载空间中，将根盒2放置在底梁32上，并将一侧的透明夹板24与根盒固定杆固定连接；然后将另一根盒固定杆夹紧根盒2顶部后再与另一顶梁31固定连接。
[0038] 如图6、图7所示，H型机架4宽2.3m，高1.4m，其包括两侧的垂直滑台41、两端分别与两垂直滑台41相连接的水平横梁滑台42、同时与两垂直滑台41的底部固定连接的底座43和设置在水平横梁滑台42上的旋转台44，两垂直滑台41与水平横梁滑台42构成H型。其中，两垂直滑台41的顶端侧边分别与主框架1的两内侧直线导轨15的内侧滑块151固定连接，用于确保垂直滑台41在运行和静止时不发生偏斜；垂直滑台41包括垂直直线导轨411和垂直滚珠丝杆412，垂直直线导轨411的垂直滑块413与垂直滚珠丝杆412的垂直丝杆螺母414相连接，垂直滚珠丝杆412的垂直电机415驱动垂直丝杆螺母414运动，从而带动垂直滑块415相对于垂直直线导轨411滑动；水平横梁滑台42的两端分别与两垂直滑台41的垂直直线导轨411上的垂直滑块413固定连接，垂直滚珠丝杆412通过垂直丝杆螺母414驱动垂直滑块413运动带动水平横梁滑台42升降，水平横梁滑台42包括水平直线导轨421和水平滚珠丝杆
422，水平直线导轨421的水平滑块423与水平滚珠丝杆422的水平丝杆螺母424相连接，水平滚珠丝杆422的水平电机425驱动水平丝杆螺母424运动，从而带动水平滑块423相对于水平直线导轨421滑动；底座43的两端分别与主框架1的两底部直线导轨16的底部滑块161固定连接，底部滚珠丝杆17的底部丝杆螺母171与底座43的底座横梁固定连接，底部滚珠丝杆17的底部电机172驱动底部丝杆螺母171运动，从而带动H型机架4前后滑动；旋转台44与水平横梁滑台42的水平直线导轨421上的水平滑块423固定连接，水平滚珠丝杆422驱动水平滑块423运动带动旋转台44相对于水平横梁滑台42左右滑动，旋转台44能够围绕自身的竖直旋转轴360°旋转。垂直滑台41的顶部还固定设置有步进电机416、配套的行星减速器417和旋转臂418，旋转臂418与行星减速器417的轴固定；当H型机架4滑动至紧挨根盒架3且旋转臂418运动至垂直向上状态时，能将H型机架4与根盒架3锁定在一起，H型机架4前后滑动可推拉根盒架3同步运动；而当旋转臂418保持垂直向下状态时，H型机架4可在根盒架3下方自由穿行而根盒架3保持静止状态。
[0039] 如图7所示，成像子系统5包括相机51、闪光灯52和反光板53，其中，相机51固定在旋转台44上，闪光灯51灯头朝下地固定在水平滑块423上且位于水平横梁滑台42的下方，闪光灯51灯头下方10cm的位置固定设置一反光板53。
[0040] 如图8、图9所示，灌溉子系统6包括营养液桶61、灌溉自吸泵62、循环自吸泵63、连接管道64、逆止阀65、第一电磁阀66和第二电磁阀67。其中，各根盒灌溉管25的进口端分别通过各分支管道与连接管道64相连通，然后通过连接管道64与灌溉自吸泵62、循环自吸泵63和营养液桶61相连通，且进口端的连接管道64上设置有逆止阀65和第一电磁阀66；各根盒灌溉管25的出口端分别通过各分支管道与连接管道64相连通，然后通过连接管道64与营养液桶61相连通，且出口端的连接管道64上设置有第二电磁阀67。当不需要灌溉时，第一电磁阀66和第二电磁阀67处于关闭状态；当在灌溉时，第一电磁阀66处于开通状态，灌溉自吸泵62启动，从营养液桶61中吸取营养液，通过连接管道64运动至不同根盒2的根盒灌溉管25中，给植株提供营养液；灌溉结束时，将第二电磁阀67打开，关闭灌溉自吸泵62，确保灌溉立刻结束；当循环时，第一电磁阀66和第二电磁阀67同时打开，通过循环自吸泵63将营养液在连接管道64中循环而根盒灌溉管25不出水，通过营养液的循环确保营养液更换后连接管道
64中营养液浓度一致。
[0041] 如图8、图9所示，回水子系统7包括水槽71、U型槽72、水箱73和潜水泵74。其中，每一根盒架3的底部均固定设置一水槽71，用于盛接由根盒2的排水槽26中排出的多余营养液，水槽71的两端闭合，一端底部开孔，并安装防水接头，防水接头连接导水管711(可以是一根PE管)用于导水，导水管711底端与过滤布袋712相连接，用于过滤营养液。U型槽72固定设置在主框架1底部的一侧且位于水槽71的过滤布袋712的下方，U型槽72的一端闭合，另一端与水箱73相连通，用于将回收的营养液排向水箱73；潜水泵74设置在水箱73内并与营养液桶61相连通，潜水泵74定时将水箱73内的回收营养液抽入营养液桶61中，实现营养液的循环利用。
[0042] 上述实施例中，H型机架4的水平横梁滑台42上与U型槽72相对应的位置固定设置一拱形排水槽426，过滤布袋712可贴着拱形排水槽426滑过，避免过滤布袋712甩水弄湿机械部件。
[0043] 上述实施例中，水槽71和U型槽72采用PVC材料制作而成，水槽71宽40mm，长2100mm，高15mm。
[0044] 如图10和图11所示，遮光子系统8包括根盒架顶梁间隔遮光模块81、根盒架间遮光模块82和主框架侧部遮光模块83。其中，根盒架顶梁间隔遮光模块81用于根盒架3顶部的两顶梁31之间间隔的填充，具体包括用于植株与根盒架3顶部中部内侧之间孔隙填充的三条水平开孔丁晴橡胶811、分别固定于根盒架3两端的垂直梁33顶部的连接块812，以及用于连接块812与两顶梁31端部空隙密封的垂直开孔丁晴橡胶813。根盒架间遮光模块82用于根盒架3间以及根盒架3与主框架1之间的遮光，包括n型微收缩力风琴罩821和悬挂吊梁822，n型微收缩力风琴罩821的两端分别与两根盒架3的顶梁31或者与一根盒架3的顶梁31和主框架1的上梁11固定连接，根盒架3的滑动可以带动n型微收缩力风琴罩821的伸缩；4根悬挂吊梁
822的两端分别固定在顶部直线导轨14两端的两上梁11上，悬挂吊梁822上设置有多个吊环
8221和吊钩8222，n型微收缩力风琴罩821通过吊环8221和吊钩8222悬挂在悬挂吊梁822上，防止n型微收缩力风琴罩821下沉；从而实现相邻两根盒架3之间以及根盒架3与主框架1之间的遮光。主框架侧部遮光模块83用于主框架1四周的遮光，主要采用在3个边上均缝有防水拉链的侧部遮光布831，能够方便侧部遮光布831的拆卸和连接；将主框架1四周的侧部遮光布831通过防水拉链缝合后相连，实现主框架1四周的遮光。
[0045] 上述实施例中，n型微收缩力风琴罩821包括水平一字型长风琴罩片8211、垂直一字型风琴罩片8212、交错折叠风琴罩片8213、一字型长端板8214和L型连接板8215；将水平一字型长风琴罩片8211和垂直一字型风琴罩片8212与交错折叠风琴罩片8213缝合连接形成n型风琴罩单元，多个n型风琴罩单元相互连接形成n型风琴罩单元组，能够在提高风琴罩伸缩幅度的同时减少伸缩时所需要的外力；一字型长端板8214两端与L型连接板8215连接形成n型端板，n型风琴罩单元组伸缩方向的两端分别与一n型端板相连接，从而形成n型微收缩力风琴罩821；n型微收缩力风琴罩821通过伸缩方向两端的n型端板与根盒架3的顶梁31固定连接。
[0046] 上述实施例中，主框架1顶部设置有顶部直线导轨14的两上梁11的外侧分别固定设置有长水盒19，长水盒19位于n型微收缩力风琴罩821的垂直一字型风琴罩片8212底部；向长水盒19加水至高于垂直一字型风琴罩片8212底部，长水盒19的外侧与侧部遮光布831固定连接，实现顶部n型微收缩力风琴罩821与两个侧面的侧部遮光布831的连接，可在根盒架3和n型微收缩力风琴罩821滑动的情况下实现密封与遮光，解决了侧部遮光布831与弯折的n型微收缩力风琴罩821直接连接复杂困难的问题。
[0047] 上述实施例中，成像子系统5、灌溉子系统6和回水子系统7的运动开合控制均采用如Arduino微控制器控制，可以实现不同根盒架3的根盒2不同的灌溉量和营养液循环。
[0048] 本发明的一种全暗环境下根系高通量栽培及自动化生长成像系统在使用时，首先H型机架4滑动至距第一个根盒架3一定距离处，水平横梁滑台42上升至相机5与根盒2中部平行的高度，相机5从左到右滑动到第一个根盒2正前方，依次对每一个根盒2进行拍照；之后水平横梁滑台42下降到底部，H型机架4向后滑动到第一个根盒架3两个顶梁31的中间，旋转臂418在步进电机416的带动下旋转至垂直向上，之后H型机架4向前滑动，同时带动第一个根盒架3向前移动一定距离，之后旋转臂418旋转为垂直向下；H型机架4向后滑动到第一个和第二个根盒架4之间、距离第一个根盒架3一定距离处，相机5旋转180°，水平横梁滑台42上升至相机5与根盒2中部平行的高度，相机5依次从左往右对每个根盒2的背面进行拍照；之后H型机架4向前滑动到距第二个根盒架3一定距离处，相机5旋转180°，开始拍摄第二个根盒架3上的根盒2；依次类推，完成所有根盒2的拍照。
[0049] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
