一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置，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参数，建立植物叶片生理电参数的模型，对该模型求导，获得基于生理电参数的植物叶片输导及保水力。本发明专利技术可以便捷、快速、定量检测植物叶片水力输导及保水力，可以定量判断植物叶片物质输导效率，测定的结果具有可比性。

A Method and Device for Measuring Physiological and Electrical Parameters of Plant Leaves and Water-holding Capacity and Transport Capacity of Plant Leaves

The invention discloses a method and a device for measuring the physiological electric parameters of plant leaves and the water holding capacity and transporting capacity of plant leaves. The measuring device comprises a bracket, a foam board, an electrode plate, a conducting wire, an iron block and a plastic rod, wherein the foam board embedded with the electrode plate is respectively glued on the bottom end of the bracket and the plastic bar, and the iron bar of different quality is added to the plastic bar to adjust the clamping force of the device. Force, when used, the plates are connected with LCR tester through conductors. The two plates clamp the plant leaves to be measured, set different clamping forces, determine the physiological and electrical parameters of plant leaves, establish the model of physiological and electrical parameters of plant leaves, derive the model, and obtain the plant leaf conductivity and water holding capacity based on physiological and electrical parameters. The method can conveniently, rapidly and quantitatively detect the hydraulic conductivity and water holding capacity of plant leaves, quantitatively judge the material conductivity efficiency of plant leaves, and the measured results are comparable.

【技术实现步骤摘要】
一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置
本专利技术属于农业工程和农作物信息检测
，具体涉及一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置。
技术介绍
目前测定植物的生理电参数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参数，使不同次的测定结果具有可比性，固定电极板的夹持力，获得特定夹持力下的植物生理电容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参数，构建夹持力与植物叶片的生理电参数方程，并由此判定。植物叶片保水能力及输导能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置，以克服现有技术中无法在线测定植物叶片保水能力及输导能力，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：一种植物叶片生理电参数的测定方法，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参数；步骤五，构建植物叶片生理电参数的模型，获得模型的各个参数；步骤六，将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参数，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，在适用范围内选取被考察的夹持力，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参数。一种植物叶片保水能力和输导能力的测定方法，将上述步骤六-七替换为：将步骤五中的生理电参数模型对夹持力进行求导，获得基于生理电参数的植物叶片输导能力或保水能力。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，所述植物叶片生理电参数的模型包括生理电容随夹持力变化模型、生理电阻的耦合模型以及生理阻抗的耦合模型。进一步，所述生理电容随夹持力变化模型为是基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的，吉布斯自由能方程表达为ΔG＝ΔH+PV，电容器的能量公式表达为W为电容器的能量，等于吉布斯自由能ΔG转化的功，即W＝ΔG；ΔH为植物叶片系统的内能，P为植物细胞受到的压强，V为植物细胞体积，U为测试电压；植物细胞受到的压强P，由压强公式求出，其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。更进一步，令植物叶片的生理电容随夹持力变化方程变形为C＝y0+kF，这里y0和k为方程的参数；将方程C＝y0+kF对夹持力F进行求导，得出C′＝k，k就是单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值，进一步获取基于生理电容的植物叶片的固有导水度，通过植物叶片的固有导水度判断植物水分输导的经济性；所述植物叶片固有导水度IWCPC的表达式为：IWCPC＝0.5kf/1000，其中IWCPC为基于生理电容的植物叶片固有导水度，单位为nFN-1s-1，f为测试装置的测试频率；比较基于生理电容的植物叶片固有导水度，固有导水度越小，植物水分输导越经济。进一步，依据生理电容随夹持力变化模型中的参数计算植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，判断植物的耐干旱能力；植物叶片的固有蓄水势IRP的计算公式为：IRP＝-ΔH＝-0.5y0U2，植物叶片的固有蓄水力IRF为植物叶片电容为0时的夹持力，计算公式为：IRF＝-y0k-1；比较植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，固有蓄水势和固有蓄水力越大，植物的耐干旱能力越强。进一步，所述生理电阻的耦合模型为R为电阻，f0是细胞膜内浓度Ci与电阻之间转化的比例系数，膜内外通透离子总量C＝Ci+Co，耦合模型是基于能斯特方程推导出的，其中E为电动势，E0为标准电动势，R0是理想气体常数，T是温度，Ci为细胞膜内浓度，Co为细胞膜外浓度，F0是法拉第常数，Z是通透离子转移数；E可用来做功，与PV成正比PV＝aE，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积，P是植物细胞受到的压强，压强P由压强公式求出，F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。更进一步，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，将生理电阻的耦合模型R＝y0+ke-bF对夹持力F进行求导，得到单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化方程：R′＝-kbe-bF；把F＝h代入R′＝-kbe-bF中，得到夹持力为h时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RVh，RVh＝-kbe-bh，由夹持力为h时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值，获取基于生理电阻的植物叶片导水度WCPR的公式为：WCPR＝-fRVh＝kfbe-bh，f为测试频率；把F＝0代入R′＝-kbe-bF中，得到夹持力为0时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RV0，RV0＝-kb，由夹持力为0时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值，获取基于生理电阻的植物叶片固有导水度IWCPR的公式为：IWCPR＝-fRV0＝kfb；比较基于生理电阻的植物叶片导水度和固有导水度，导水度和固有导水度越小，植物水分输导越经济。进一步，所述生理阻抗的耦合模型为Z为生理阻抗，f是细胞膜内浓度Ci与阻抗之间转化的比例系数，膜内外通透离子总量C＝Ci+Co，耦合模型是基于能斯特方程推导出的，其中E为电动势，E0为标准电动势，R是理想气体常数，T是温度，Ci为细胞膜内浓度，Co为细胞膜外浓度，F0是法拉第常数，n是通透离子转移数；电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积，P是植物细胞受到的压强，压强P由压强公式求出，F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。更进一步，所述植物叶片的生理阻抗的耦合模型可变形为Z＝y0+ke-bF，其中y0、k和b为模型的参数，将不同夹持力变化下的植物叶片的生理阻抗的耦合模型Z＝y0+ke-bF对夹持力F求导获得的，得到基于生理阻抗的植物叶片输导阻力方程表达式为：Z′＝-bke-bF；将夹持力F代入Z′＝-bke-bF中，得到Z′F，则被考察植物叶片输导阻力CR＝-Z′F；将夹持力F＝0代入Z′＝-bke-bF中，得到Z′F＝0＝-bk，则被考察植物叶片固有输导阻力CR0＝-Z′F＝0＝bk；比较被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，植物叶片输导阻力和固有输导阻力越大则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越小，植物叶片输导阻力和固有输导阻力越小则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越大。进一步，依据欧姆定律可知：生理电流IZ＝U/Z，可得不同夹持力变化下的植物叶片生理电流的耦合模型方程，IZ为测定电压为1.5伏的生理电流；对夹持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物叶片生理电参数的测定方法，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参数；步骤五，构建植物叶片生理电参数的模型，获得模型的各个参数；步骤六，将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参数，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，在适用范围内选取被考察的夹持力，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参数。

【技术特征摘要】
2018.03.08 CN 2018101897510;2018.03.08 CN 201810181.一种植物叶片生理电参数的测定方法，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参数；步骤五，构建植物叶片生理电参数的模型，获得模型的各个参数；步骤六，将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参数，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；步骤七，在适用范围内选取被考察的夹持力，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参数。2.一种基于权利要求1所述的植物叶片保水能力和输导能力的测定方法，其特征在于，将步骤六-七替换为：将步骤五中的生理电参数模型对夹持力进行求导，获得基于生理电参数的植物叶片输导能力或保水能力。3.根据权利要求1或2所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，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。4.根据权利要求1或2所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，所述植物叶片生理电参数的模型包括生理电容随夹持力变化模型、生理电阻的耦合模型以及生理阻抗的耦合模型。5.根据权利要求4所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，所述生理电容随夹持力变化模型为是基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的，吉布斯自由能方程表达为ΔG＝ΔH+PV，电容器的能量公式表达为W为电容器的能量，等于吉布斯自由能ΔG转化的功，即W＝ΔG；ΔH为植物叶片系统的内能，P为植物细胞受到的压强，V为植物细胞体积，U为测试电压；植物细胞受到的压强P，由压强公式求出，其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。6.根据权利要求5所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，令植物叶片的生理电容随夹持力变化方程变形为C＝y0+kF，这里y0和k为方程的参数；将方程C＝y0+kF对夹持力F进行求导，得出C′＝k，k就是单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值，进一步获取基于生理电容的植物叶片的固有导水度，通过植物叶片的固有导水度判断植物水分输导的经济性。7.根据权利要求6所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，所述植物叶片固有导水度IWCPC的表达式为：IWCPC＝0.5kf/1000，其中IWCPC为基于生理电容的植物叶片固有导水度，单位为nFN-1s-1，f为测试装置的测试频率；比较基于生理电容的植物叶片固有导水度，固有导水度越小，植物水分输导越经济。8.根据权利要求5所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，依据生理电容随夹持力变化模型中的参数计算植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，判断植物的耐干旱能力。9.根据权利要求8所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，植物叶片的固有蓄水势IRP的计算公式为：IRP＝-ΔH＝-0.5y0U2，植物叶片的固有蓄水力IRF为植物叶片电容为0时的夹持力，计算公式为：IRF＝-y0k-1；比较植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，固有蓄水势和固有蓄水力越大，植物的耐干旱能力越强。10.根据权利要求4所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，所述生理电阻的耦合模型为R为电阻，f0是细胞膜内浓度Ci与电阻之间转化的比例系数，膜内外通透离子总量C＝Ci+Co，耦合模型是基于能斯特方程推导出的，其中E为电动势，E0为标准电动势，R0是理想气体常数，T是温度，Ci为细胞膜内浓度，Co为细胞膜外浓度，F0是法拉第常数，Z是通透离子转移数；E可用来做功，与P...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沿友，黎明鸿，吴明津，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