基于Micro‑CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法技术

本发明专利技术公开了基于Micro‑CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，包括以下步骤：步骤1)利用建立基于Micro‑CT的蔷薇科维管束横截面积与茎横截面积的计算公式，确定所测蔷薇科节间的维管束横截面积；步骤2)确定蔷薇科节间两端的同化产物浓度。利用建立的基于近红外光谱的甘露醇检测方法，确定节间两端的甘露醇浓度；步骤3)利用节间两端的浓度场和维管束横截面积计算节间同化产物的流速。本发明专利技术克服了前人在同化产物流速测定方面存在的不足，为我国蔷薇科的株型结构和整枝管理提供理论依据，对提高我国桃树栽培技术水平具有一定的推动作用。

【技术实现步骤摘要】
基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法
本专利技术属于果树栽培
，具体涉及基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法。
技术介绍
蔷薇科作物是一个能量流动、物质运输的统一体，蔷薇科作物产量的形成需要“源”产生同化产物，然后经过输导组织以同化产物流的形式输送到库中，最终在库中形成产量。“库”中同化产物的积累过程受到“源”的供应能力、“库”的竞争能力及“源-库”间输导组织的运输能力三方面的制约。“源-库”间输导组织的运输能力即流的能力由蔷薇科作物茎部的维管束决定,流的强弱和维管束的面积与数目高度相关。目前的研究主要集中在对源、库调节方面的研究，而对流的研究较少。目前关于同化产物流的速度的测定方法主要有蚜虫吻刺法和同位素示踪法；蚜虫吻刺法对作物造成伤害，易引发作物病害,同位素示踪法中同位素易对操作者造成放射性伤害。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术通过对同化产物流与茎的维管束之间关系的研究，建立一种同化产物流速度的测定方法，为蔷薇科作物的株型构建和整枝管理提供理论依据。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术目的的。基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，包括以下步骤：步骤1：建立基于Micro-CT的蔷薇科作物筛管横截面积与茎部横截面积的关系式，确定所测蔷薇科作物节间的筛管横截面积；步骤2：采用超光谱图像仪确定蔷薇科作物节间两端的同化产物浓度；步骤3：利用蔷薇科作物节间两端的浓度和筛管横截面积计算节间同化产物的流速。进一步，所述步骤1中筛管横截面积与茎部横截面积的关系式为y＝8×10-5x，其中y为筛管横截面积，x为茎部横截面积；所述筛管横截面积y的计算公式为将筛管视为圆柱体，d为筛管直径，m为筛管横截面积。进一步，所述步骤2中通过超光谱图像仪扫描蔷薇科作物节间两端，获取两端同化产物敏感波长的反射强度，将反射强度代入甘露醇浓度预测模型C＝K0+K1×X1+K2×X2+K3×X3+K4×X4中，计算出此节间两端的甘露醇浓度，公式中C为甘露醇浓度；K0、K1、K2、K3、K4为不同浓度的甘露醇溶液的光谱特征值，K0、K1、K2、K3、K4采用超光谱图像仪扫描获得，其取值为5.07、-1120、52、833、-640；X1、X2、X3、X4分别为敏感波长452、927.61、1129.52、1316.69nm的反射强度；则甘露醇浓度预测模型为C＝5.01+(-1120.52)×X1+52×X2+833×X3+(-640)×X4。更进一步，所述不同浓度的甘露醇溶液由不同质量的甘露醇溶解于蒸馏水中，然后定容至定量的容量瓶中得到。进一步，所述步骤3中假定测得的蔷薇科作物某一节间顶端的同化产物浓度为C1，底部的同化产物浓度为C2，测得时间分别为T1和T2，则在(T2-T1)时间段内通过此节间的同化产物量为(C1×S1-C2×S2)，其中S1、S2分别为顶端和底部的筛管横截面积；则此节间在T1和T2时间段内同化产物的流速(C1×S1-C2×S2)/(T2-T1)。本专利技术的有益效果为：目前同化产物流速的测定方法主要为蚜虫吻针法和同位素示踪法。这两种方法虽然可以很好的测定蔷薇科作物的同化产物的流动速度，但存在易引发病害和对操作者造成伤害的不足，本专利技术提供的同化产物流速度的测定方法克服了目前测定方法的不足，较好的测定了蔷薇科作物的同化产物的流动速度，为蔷薇科作物的株型管理和整枝技术提供了理论依据。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但是本专利技术的保护范围并不限于此。基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法以桃树为例，按照下述步骤进行：首先采用Micro-CT获取桃树茎部的图像，通过图像确定筛管的直径，依据筛管的直径计算出筛管的横截面积。然后采用游标卡尺测定节间的直径，计算出节间的横截面积；然后建立筛管横截面积与节间横截面积的数学公式；最后采用近红外光谱法测定茎部节间两端维管束中甘露醇的浓度，依据两端维管束中甘露醇的浓度差来计算同化产物的流速。具体步骤如下：第一步，确定节间的筛管横截面积(1)建立基于Micro-CT的桃树筛管横截面积与茎部横截面积的计算公式1)用Micro-CT扫描桃树茎部某一节间，获得桃树节间的CT图像，在CT图像上找到桃树茎部的筛管，即可获取桃树此节间筛管的数量和直径，根据CT图像上的比例尺，计算此节间筛管的横截面积；2)采用游标卡尺测定此节间的直径，然后计算出此节间的横截面积，即茎部横截面积；3)由筛管横截面积与节间横截面积的比值，建立二者的关系式；(2)获取所测得节间的筛管横截面积采用游标卡尺测定节间的横截面积，利用公式(1)可直接得到节间的筛管横截面积。第二步，确定桃树节间两端的同化产物浓度对于桃树来说，同化产物流在桃树中的运输以甘露醇的形式进行运输，采用超光谱成像系统(近红外-可见光成像系统)扫描某一节间顶端和低端，获取此节间两端甘露醇的敏感播出的反射强度，将反射强度输入甘露醇浓度预测模型中，计算出此节间两端的甘露醇浓度。第三步，计算桃树节间同化产物的流速假定测得的桃树某一节间顶端的甘露醇浓度为C1，底端的甘露醇浓度为C2，测得时间分别为T1和T2，则在(T2-T1)时间段内通过此节间的同化产物量为(C1×S1-C2×S2)，其中S1、S2分别为顶端和底端筛管的横截面积(通过量取两端的茎部节间的直径，然后利用步骤1得到)；则此节间在T1和T2时间段内同化产物的流速(C1×S1-C2×S2)/(T2-T1)。具体实例：步骤1:建立基于Micro-CT桃树筛管横截面积与茎部横截面积的计算公式(1)选取正常生长的桃树植株，然后将桃树植株放置于Micro-CT的测定桶中进行扫描，扫描部位为桃树第三节；(2)对扫描的CT图像进行分析，具体如下：找出图像中筛管的数量和直径，计算茎部筛管的横截面积；图1为第三节间的筛管，利用图中的比例尺求得筛管的直径。如图1中，筛管直径分别为d1-d8，将筛管视为圆柱体，由公式分别得到筛管的横截面积分别为m1、m2……m8，m为筛管的横截面积；图中，筛管数为8，每个筛管直径分别为14、16、26、23、28、14、17、15μm，则每个筛管的横截面积分别为153.86、200.96、530.66、415.27、615.44、153.86、226.87、176.63、346.19、490.63μm2，筛管横截面积为2473.55μm2；利用游标卡尺测量第三节直径，为3000um，其横截面积为28260000μm2；由筛管横截面积与节间横截面积的比值，得茎部横截面积与筛管横截面积的关系式如下：y＝8×10-5x(1)公式中y为筛管横截面积，x为茎部横截面积，单位均为μm2；步骤2：第三节间两端甘露醇浓度的测定(1)甘露醇浓度模型的确定称取质量为5克、4克、3克、2克和1克的甘露醇(分析纯)，分别溶解于蒸馏水中，然后定容至100毫升容量瓶中，分别得到浓度为50％、40％、30％、20％和10％的甘露醇溶液，从配制的甘露醇溶液中分别吸取1ml滴在培养皿中，涂平，然后风干；将风干后的培养皿采用超光谱图像仪(近红外-可见光光谱仪)进行扫描，获取不同浓度的甘露醇溶液的光谱特征，提取不同浓度的甘露醇溶液的光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Micro‑CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立基于Micro‑CT的蔷薇科作物筛管横截面积与茎部横截面积的关系式，确定所测蔷薇科作物节间的筛管横截面积；步骤2：采用超光谱图像仪确定蔷薇科作物节间两端的同化产物浓度；步骤3：利用蔷薇科作物节间两端的浓度和筛管横截面积计算节间同化产物的流速。

【技术特征摘要】
1.基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立基于Micro-CT的蔷薇科作物筛管横截面积与茎部横截面积的关系式，确定所测蔷薇科作物节间的筛管横截面积；步骤2：采用超光谱图像仪确定蔷薇科作物节间两端的同化产物浓度；步骤3：利用蔷薇科作物节间两端的浓度和筛管横截面积计算节间同化产物的流速。2.如权利要求1所述的基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，所述步骤1中筛管横截面积与茎部横截面积的关系式为y＝8×10-5x，其中y为筛管横截面积，x为茎部横截面积。3.如权利要求1或2所述的基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，所述筛管横截面积y的计算公式为将筛管视为圆柱体，d为筛管直径，m为筛管横截面积。4.如权利要求1所述的基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，所述步骤2中通过超光谱图像仪扫描蔷薇科作物节间两端，获取两端同化产物敏感波长的反射强度，将反射强度代入甘露醇浓度预测模型中，计算出此节间两端的甘露醇浓度。5.如权利要求4所述的基于Micro-CT的蔷薇科作物同化产物流速的测定方法，其特征在于，所述甘露醇浓度预测模型为C＝K0+K1×X1+K2×X2+K3×X...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪纪恒，周婧宇，董景涛，毛罕平，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32