一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法及装置，属于农业工程和农作物信息检测技术领域，测定装置包括支架、泡沫板、电极板、导线、铁块、塑料棒，镶嵌有电极板的泡沫板分别粘在支架底端和塑料棒上，塑料棒上添加不同质量的铁块改变装置的压力来调节夹持力，使用时极板通过导线与LCR测试仪连接，两电极板将待测量植物叶片夹持住，设定不同的夹持力，测定植物叶片生理电阻，建立不同夹持力变化下的植物叶片生理电阻的耦合模型，依据模型获取被考察植物叶片的静息电阻和在被考察的夹持力下的生理电阻。本发明专利技术可以快速、无损、在线检测特定夹持力下不同植物叶片的生理电阻和静息电阻，不同批次测定的结果具有可比性。

【技术实现步骤摘要】
一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法及装置
本专利技术属于农业工程和农作物信息检测
，具体涉及一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法及装置，可以快速、无损的检测植物叶片的生理电阻和静息电阻。
技术介绍
细胞膜主要由脂质(主要为磷脂)、蛋白质和糖类等物质组成；其中以蛋白质和脂质为主。磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。在电镜下可分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5nm的电子致密带，中间夹有一条厚2.5nm的透明带。生物膜对穿过它的电流所呈现的电阻称为膜电阻。由于细胞膜主要是由蛋白质和脂质构成，因此电阻率较大，因而细胞膜成为提供了生物组织电阻的主要部分。由于电阻性电流是由离子传递引起的，所以它是由膜对各种离子通透性的大小和通透离子是否大量存在等因素决定的。外界激励改变离子的膜通透性，影响了膜内外离子的浓度，而膜内外离子浓度差服从能斯特(Nernst)方程，而生理电阻与电导率成反比，而电导率与细胞内离子浓度成正比，因此可推导出，细胞的生理电阻与外界激励的关系。目前测定植物的生理电阻时通常出现重复性差，不同人不同时间不同地点，或者同一个人不同时间不同地点、甚至同一个人、同一地点不同时间测定同一状态的叶片结果差异较大，严重地影响测定结果的准确性，使测定结果难以分析，更不具备可比性。究其原因是由于每次测定施加不同的夹持力，造成结果的偏差，为了准确地比较植物生理电阻，使不同批次的测定结果具有可比性，固定LCR电极板的夹持力，获得特定夹持力下的植物生理电阻是当前植物电生理研究的当务之急！本专利技术通过调节夹持力，测定在不同夹持力下植物叶片的生理电阻，构建夹持力与植物叶片生理电阻耦合模型，依据耦合模型获取特定夹持力下的植物生理电阻和静息电阻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法及装置，以克服现有技术中无法测定静息电阻，以及测定结果重复性差，不具备可比性的缺陷。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取生长在不同环境下带有叶片的待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部；步骤三，清理新鲜枝条上叶片，并采摘长势较为一致的叶片；步骤四，将叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置所需的特定夹持力，并测定在不同夹持力下的植物生理电阻；步骤五，构建植物叶片生理电阻的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将耦合模型的夹持力代入步骤五模型，计算出不同夹持力下的生理电阻，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电阻；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片的静息电阻。进一步，所述测定装置包括支架、泡沫板、电极板、导线、铁块、塑料棒及固定夹，支架为矩形框架结构、且一侧开放，支架上端开有通孔，供塑料棒伸入，支架下端朝内一侧及塑料棒底端分别粘有两个泡沫板，泡沫板内镶嵌电极板，两个电极板各自引出一根导线，塑料棒的泡沫板上可放置不同质量的铁块，塑料棒位于支架内部的一端由固定夹进行固定；所述电极板为圆形极板，所述电极板的材质为铜。进一步，所述步骤四中特定夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(M+m)g计算出夹持力F，式中F为夹持力，单位N；M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度为9.8N/kg。进一步，所述步骤五中，植物叶片生理电阻的耦合模型为：其中V为植物细胞体积，S为极板作用下的有效面积，F为夹持力，a是电动势转换能量系数，E0为标准电动势，R0是理想气体常数，T是温度，Z是通透离子转移数，F0是法拉第常数，膜内外通透离子总量C＝Ci+Co，Ci为细胞膜内浓度，Co为细胞膜外浓度，R为电阻，f是细胞膜内浓度Ci与电阻之间转化的比例系数；耦合模型是基于能斯特方程推导出的，电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，P是植物细胞受到的压强，压强P由压强公式求出；所述植物叶片的生理电阻的耦合模型可变形为R＝y0+ke-bF，其中y0、k和b为模型的参数；令夹持力等于0，代入模型R＝y0+ke-bF中，可计算获得被考察植物叶片的静息电阻R0，即R0＝y0+k。本专利技术具有有益效果：1.本专利技术通过在塑料棒的上下移动，使得两极板之间的距离能实现灵活调整，从而可以测量不同厚度的植物叶片；通过两个泡沫板分别粘在支架底端和塑料棒上，在塑料棒上添加一定质量的铁块来改变装置的压力，使得测量时不会损坏植物叶片，可以无损地在线检测不同厚度的植物叶片的生理电容，简化了结构；考虑到经济性和实用性，并且由于圆形电极可减少电极的边缘效应，所以本专利技术选择铜材料的圆形电极板。2.本专利技术可以测定特定夹持力下的植物生理电阻，使不同批次的测定结果具有可比性。3.本专利技术可以通过构建的夹持力与植物叶片的生理电阻模型计算任一夹持力下的植物生理电阻，因此，减少了工作量，适用于夹持力微小变化下的植物生理电阻的测定。4.本专利技术简便，适合夹持力低的植物生理电阻测定，尤其是对无夹持力的情况下的植物叶片静息电阻的预测，非常适用。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术测定方法流程图；图中：1.支架；2.泡沫板；3.电极板；4.电导线；5.铁块；6.塑料棒；7.固定夹。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的基本原理为：由重力学公式：F＝(M+m)g(1)式中F为重力(夹持力)，N；M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度为9.8，N/kg。由于电阻性电流是由离子传递引起的，所以它是由膜对各种离子通透性的大小和通透离子是否大量存在等因素决定的。外界激励改变离子的通透性，影响了内外离子的浓度，而内外离子浓度差服从Nernst方程，而生理电阻与电导率成反比，而电导率与细胞内离子浓度成正比，由此可推导出，细胞的生理电阻与外界激励的关系。植物细胞水分的多少关系着植物叶片细胞弹性的强弱，在特定夹持力下，不同植物细胞膜的通透性发生不同的改变，因此其生理电阻是不同的。能斯特方程的表达式如(2)式：其中，E为电动势；E0为标准电动势；R0是理想气体常数，等于8.314570J.K-1.mol-1，T是温度，单位K；Ci为细胞膜内浓度；Co为细胞膜外浓度；F0是法拉第常数，等于96485C.mol-1；Z是通透离子转移数，单位mol。电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，即：其中：P为植物细胞受到的压强，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积；植物细胞受到的压强P可由压强公式求出，压强公式：其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积；在叶肉细胞里，液泡和细胞质占据了细胞内绝大部分空间。对叶肉细胞而言，Co与Ci之和是一定的，等于膜内外通透离子总量C，Ci则与电导率成正比，而电导率为电阻R的倒数，因此，可表达成其中，R为电阻，f是Ci与电阻之间转化的比例系数，因此，(3)可变成：(4)式变形，得(6)式两边取指数，可变成：进一步变形，可得：式(8)中R为生理电阻，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取生长在不同环境下带有叶片的待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部；步骤三，清理新鲜枝条上叶片，并采摘长势较为一致的叶片；步骤四，将叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置所需的特定夹持力，并测定在不同夹持力下的植物生理电阻；步骤五，构建植物叶片生理电阻的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将耦合模型的夹持力代入步骤五模型，计算出不同夹持力下的生理电阻，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电阻；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片的静息电阻。

【技术特征摘要】
1.一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取生长在不同环境下带有叶片的待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部；步骤三，清理新鲜枝条上叶片，并采摘长势较为一致的叶片；步骤四，将叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置所需的特定夹持力，并测定在不同夹持力下的植物生理电阻；步骤五，构建植物叶片生理电阻的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将耦合模型的夹持力代入步骤五模型，计算出不同夹持力下的生理电阻，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电阻；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片的静息电阻。2.根据权利要求1所述的一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，其特征在于：所述测定装置包括支架(1)、泡沫板(2)、电极板(3)、导线(4)、铁块(5)、塑料棒(6)及固定夹(7)，支架(1)为矩形框架结构、且一侧开放，支架(1)上端开有通孔，供塑料棒(6)伸入，支架(1)下端朝内一侧及塑料棒(6)底端分别粘有两个泡沫板(2)，泡沫板(2)内镶嵌电极板(3)，两个电极板(3)各自引出一根导线(4)，塑料棒(6)的泡沫板(2)上可放置不同质量的铁块(5)，塑料棒(6)位于支架内部的一端由固定夹(7)进行固定。3.根据权利要求2所述的一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，其特征在于：所述电极板(3)为圆形极板，所述电极板(3)的材质为铜。4.根据权利要求1所述的一种测定特定夹持力下的植物生理电阻的方法，其特征在于：所述步骤四中特定夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(M+m)g计算出夹持力F，式中F为夹持力，单位N；M为铁块质...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沿友，黎明鸿，邢德科，刘宇婧，姚香平，于睿，徐小健，毛罕平，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32