一种植物气孔监测系统以及利用该系统分析植物气孔对环境响应的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种植物气孔监测系统以及利用该系统分析植物气孔对环境响应的方法。本发明专利技术所述植物气孔监测系统，包括计算机以及连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹以及设置于所述叶室夹上的玻璃和密封垫；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。所述系统专用于植物气孔环境生理研究，可使植物叶片所处环境稳定，试验处理施加简便精确，细胞检测和数据图像存储同步完成，实现了操作简单化，处理精确化、数据搜集整理智能化，用于实现光合参数和气孔开度同步实时观察。

A plant stomatal monitoring system and method for analyzing plant stomata response to environment using the system

The invention discloses a plant stomatal monitoring system and a method for analyzing the plant stomatal response to the environment by using the system. The plant stomatal monitoring system comprises a computer and a photosynthesizer and a microscope connected to the computer; the photosynthesizer comprises a photosynthesizer host and an environmental control leaf chamber electrically connected with the photosynthesizer host, the environmental control leaf chamber comprises a leaf chamber clamp and a glass and a sealing pad arranged on the leaf chamber clamp. The computer contains image acquisition software for real-time acquisition and storage of the pore state collected by the microscope. The system is specially designed for the physiological research of plant stomatal environment, which can make the environment of plant leaves stable, the experiment processing simple and accurate, the cell detection and data image storage synchronously complete, and realize the simplification of operation, the precision of processing, the intelligence of data collection and sorting, and the synchronization of photosynthetic parameters and stomatal opening. At the time of observation.

【技术实现步骤摘要】
一种植物气孔监测系统以及利用该系统分析植物气孔对环境响应的方法
本专利技术涉及植物生理学领域，特别涉及一种监测植物气孔的系统，以及利用该系统分析植物气孔对环境响应机制的方法。
技术介绍
气孔是植物表皮细胞所发育形成的一个特殊结构，由一对保卫细胞包围而成。保卫细胞通常分为两种形态，即肾型和哑铃型。肾型保卫细胞的内侧细胞壁较厚，坚韧而有弹性，哑铃型保卫细胞中间的壁较厚，两端较薄。气孔的开闭，也就是气孔运动，由保卫细胞膨压变化来决定。研究表明保卫细胞膨压变化非常灵敏，受多种因素调控，主要包括水分、光照、CO2浓度、温度、空气湿度等环境因子和一些化学物质如脱落酸(ABA)。植物与外界进行水分、CO2等气体交换主要是通过气孔进行的，直接决定光合和蒸腾作用过程能否顺利进行，这对于植物生长发育和逆境胁迫适应都是至关重要的。因此，了解气孔运动的变化规律及其调控机制，对植物基础研究和农作物生产实践都有重要意义。但是，目前对活体植物气孔动态检测主要是依靠间接方法，例如，采用红外热成像仪检测不同环境条件下的叶片温度变化，来间接表现气孔的状态，采用光合仪来检测局部叶片的气孔导度或蒸腾速率来间接推测气孔开度的动态变化。而活体植物气孔开度的真正变化，尤其是环境条件改变或施加外部刺激等情况下，气孔开度的动态变化还不清楚。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够测定活体植物气孔变化的系统，以及利用该系统分析植物气孔对环境响应的方法，能够获得活体植物气孔随环境改变的真实变化情况。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种植物气孔监测系统，包括计算机以及分别电连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹，所述叶室夹分为叶室夹上部和叶室夹下部，所述叶室夹上部设置有观察区，所述观察区设置有玻璃；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。优选的，所述环控叶室不含有光源。更优选的，所述环控叶室的外部加置有冷光源。优选的，所述光合仪为CIRAS-2光合仪。优选的，所述玻璃为高透光玻璃。优选的，所述气孔状态为气孔保卫细胞的状态。本专利技术还提供了一种利用上述任意一项所述技术方案的植物气孔监测系统分析植物气孔对环境响应的方法，包括以下步骤：(1)以环控叶室夹住待测植物叶片，并置于所述显微镜的物镜镜头下；(2)调整显微镜，使其捕获的气孔图像清晰稳定，并显示在与所述显微镜连接的计算机图像采集软件中；设置所述图像采集软件自动定时拍照；(3)通过所述光合仪设定植物正常生长所需的环境参数，所述光合仪的屏幕显示各参数稳定开始记录，同步设定所述图像采集软件开始工作；(4)根据预定的环境因子改变待测叶片的环境，通过改变光合仪参数对叶片进行处理或者人工对植物施加处理，图像采集软件实时采集叶片的图像信息；(5)导出所述光合仪中的数据和图像采集软件中的图像文件，进行数据处理和分析。优选的，步骤(4)所述处理包括气象因子处理和化学试剂处理。更优选的，所述气象因子包括湿度、温度、CO2浓度和光照，所述化学试剂处理包括ABA和氯化钙。优选的，所述定时拍照的时间间隔为0.5～2min。优选的，所述植物气孔监测系统分析植物气孔对环境响应的方法在温度、湿度和光照可控的人工气候室或温室内进行。现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种植物气孔监测系统，包括计算机以及连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹以及设置于所述叶室夹上的玻璃和密封垫；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。本专利技术中光合仪主机主要用于测定光合参数、控制环境条件参数和实验数据储存，环控叶室主要用于夹取植物叶片和对植物细胞施加各种环境因子，显微镜和计算机主要用于实现对细胞状态的定时拍摄，为保卫细胞状态检测系统。本专利技术的上述系统专用于植物气孔环境生理研究，集环境控制、处理施加和细胞检测为一体，是试验过程和试验条件都高度可控的光合仪-显微镜系统。本专利技术的系统可使植物叶片所处环境稳定，试验处理施加简便精确，细胞检测和数据图像存储同步完成，实现了操作简单化，处理精确化、数据搜集整理智能化，用于实现光合参数和气孔开度同步实时观察。本专利技术的植物气孔监测系统能够用于研究气象因子处理后植物叶片气孔的运动。该系统能够伴随气孔导度、细胞间CO2浓度、光合速率、蒸腾速率的变化实时监控气孔开度的变化；也可分析人工施加化学试剂后，气孔开度、气孔开度、气孔导度、细胞间CO2浓度、光合速率、蒸腾速率的变化规律及其相互间的影响，为农作物抗逆的分子改良提供理论和遗传资源基础。附图说明图1为本专利技术植物气孔监测系统的示意图；图2为本专利技术环控叶室的结构示意图；其中，1为叶室夹上部；2为叶室夹下部；3为密封垫；4为观察区；图3为应用本专利技术植物气孔监测系统测定蚕豆气孔对空气湿度变化的响应；图4为应用本专利技术植物气孔监测系统测定蚕豆气孔对ABA的响应。具体实施方式本专利技术提供了一种植物气孔监测系统，包括计算机以及分别电连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹，所述叶室夹分为叶室夹上部和叶室夹下部，所述叶室夹上部和所述叶室夹下部相接触的部分设置有密封垫；所述叶室夹上部设置有观察区，所述观察区设置有玻璃；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。本专利技术对光合仪的种类和型号没有特殊限定，采用本领域中具有透明叶室夹的常规光合仪即可。在本专利技术具体实施例中，优选为CIRAS-2光合仪。本专利技术中，光合仪主机主要用于测定光合参数、控制环境条件参数和实验数据储存。本专利技术中，环控叶室优选为在原有光合仪叶室夹的基础上进行改造。本专利技术在光合仪原有叶室夹上设置密封垫。叶室夹分为上下两个部分，在叶室夹上部1和叶室夹下部2相接触的部位设置有密封垫3。当叶室夹夹住植物样品时，减少对植物样品的机械损伤。本专利技术对密封垫的种类没有特殊限定，具有一定弹性的密封垫都能够用于本专利技术中。本专利技术中优选为橡胶或泡沫材质的密封垫。本专利技术的环控叶室不包括光合仪叶室的原配光源，优选通过外部加置可控光强的冷光源补充，便于显微镜可以通过环控叶室玻璃获取环控叶室内植物叶片细胞图像，并实时传导到图像采集软件中。本专利技术中，优选冷光源为光照强度可调节的LED灯。本专利技术的环控叶室中，叶室夹上部设置有观察区4，所述观察区设置有玻璃，所述玻璃优选为高透光玻璃，以减少屏幕反光，使图像更清晰。本专利技术所述环控叶室的叶室夹下部为不透光区，便于图像的观察。本专利技术的环控叶室主要用于夹取植物叶片和对植物细胞施加各种环境因子，相对于未改造的光合仪叶室，植物叶片所处环境更加稳定，试验处理施加更加简便精确。本专利技术所述植物气孔监测系统中所用的显微镜优选为长焦距光学显微镜。本专利技术可以利用光学显微镜中带有的光源为所述环控叶室提供光源补充。本专利技术所述显微镜与所述计算机电连接，计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。本专利技术拍摄的气孔状态优选为拍摄气孔保卫细胞的状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物气孔监测系统，其特征在于：包括计算机以及分别电连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹，所述叶室夹分为叶室夹上部和叶室夹下部，所述叶室夹上部和所述叶室夹下部相接触的部分设置有密封垫；所述叶室夹上部设置有观察区，所述观察区设置有玻璃；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。

【技术特征摘要】
1.一种植物气孔监测系统，其特征在于：包括计算机以及分别电连接于所述计算机上的光合仪和显微镜；所述光合仪包括光合仪主机以及与所述光合仪主机电连接的环控叶室，所述环控叶室包括叶室夹，所述叶室夹分为叶室夹上部和叶室夹下部，所述叶室夹上部和所述叶室夹下部相接触的部分设置有密封垫；所述叶室夹上部设置有观察区，所述观察区设置有玻璃；所述计算机中含有图像采集软件，用于对所述显微镜采集的气孔状态进行实时获取和拍摄保存。2.根据权利要求1所述的植物气孔监测系统，其特征在于：所述环控叶室不含有光源。3.根据权利要求1或2所述的植物气孔监测系统，其特征在于：所述环控叶室的外部加置有冷光源。4.根据权利要求1所述的植物气孔监测系统，其特征在于：所述光合仪为CIRAS-2光合仪。5.根据权利要求1所述的植物气孔监测系统，其特征在于：所述玻璃为高透光玻璃。6.根据权利要求1所述的植物气孔监测系统，其特征在于：所述气孔状态为气孔保卫细胞的状态。7.利用权利要求1～6任意一项所述的植物气孔监测系统分析植物气孔对环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊斌，谢晓东，李明，丁博，陈帅君，张燕，胡怡，
申请(专利权)人：天津农学院，
类型：发明
国别省市：天津,12