一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻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基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻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，测定植物叶片生理阻抗，建立不同夹持力变化下的植物叶片生理阻抗的耦合模型，对上述模型求导，获得基于生理阻抗的植物叶片输导阻力，并获取基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力。本发明专利技术可以便捷、快速、定量检测植物叶片输导阻力，可以定量判断植物叶片物质输导性能，测定的结果具有可比性。

A method and device for measuring resistance and inherent conduction resistance of plant leaves based on physiological impedance

The invention discloses a method and a device for measuring the resistance and inherent conduction resistance of plant leaves based on physiological impedance. 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 plastic bar is added with different substance. The clamping force is regulated by changing the pressure of the device. When the electrode plate is used, it is connected with the LCR tester through a wire. The two electrode plates clamp the plant leaves to be measured, set up different clamping forces, measure the physiological impedance of the plant leaves, and establish a coupling model of the physiological impedance of the plant leaves under different clamping forces. The model derives, obtains the plant leaf conduction resistance based on physiological impedance, and obtains the plant leaf conduction resistance and inherent conduction resistance based on physiological impedance. The method can conveniently, rapidly and quantitatively detect the conduction resistance of plant leaves, quantitatively judge the material conduction performance of plant leaves, and the measured results are comparable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻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
，具体涉及一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法及装置，可以便捷、快速、定量检测植物叶片水力输导能力，定量判断植物叶片物质输导性能。
技术介绍
植物细胞由细胞壁和原生质体两部分组成，原生质体是由生命物质-原生质所构成。两个主要的电解内含物：液泡和细胞质分别被液泡膜和原生质膜包围。细胞质含有大量由特定膜包围的细胞器，液泡内的水溶性溶液主要含有无机离子和有机酸。电流通过细胞膜时产生电势差，电势差由细胞膜的有效运输系统和可选择的渗透特性来保持。细胞器具有不同的电学特性，液泡和细胞质类似于电阻器，在叶肉细胞里，液泡和细胞质占据了细胞内绝大部分空间，细胞膜具有电容特性。当交变电流(AC)通过植物组织时，通过胞外间隙和胞内的比例取决于AC频率和组织特性。在AC电路中，由电阻器和电容器阻抗电流，阻抗即为电阻器和电容器对电流抵抗之和。植物细胞的阻抗特性取决于生理条件、发育阶段、养分状况、细胞结构、水分平衡以及温度等。同一对象在同一环境下的阻抗测定中，阻抗大小主要取决于膜内外离子浓度及其梯度比值，所以膜对各种离子的通透性大小以及含水量决定了细胞阻抗大小，而对于叶片来说，阻抗则更是取决于膜内外离子的浓度。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，生理阻抗则与细胞内离子浓度成反比，由此可推导出，细胞的生理阻抗与外界激励的关系。目前测定植物的生理阻抗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阻抗，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阻抗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阻抗，构建夹持力与植物叶片生理阻抗耦合模型，依据耦合模型获取特定夹持力下的植物生理阻抗。植物叶片的生理阻抗反映的是对生理电流的对抗能力，而生理电流则是叶片中包括无机、有机离子等介电物质运移产生的，阻抗越大，则介电物质的运输越慢，因此，植物叶片生理阻抗可以反方面来反映叶片中极性物质的输导性能，也即植物叶片水力输导能力。因此，本专利技术，建立不同夹持力变化下的植物叶片生理阻抗的耦合模型，对上述模型进行求导，获得基于生理阻抗的植物叶片输导阻力模型，依据植物叶片输导阻力模型，获取基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力，为植物的水分利用策略研究和灌溉技术的开发提供方法的支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法及装置，以克服现有技术中无法测定生理阻抗和生理电流，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：一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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阻抗；步骤五，构建植物叶片生理阻抗的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将步骤五的方程对夹持力进行求导，获得基于生理阻抗的植物叶片输导阻力方程；步骤七，将夹持力F的值代入步骤六的输导阻力方程中，可获得被考察植物在被考察夹持力下的叶片输导阻力；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤六的输导阻力方程中，可计算获得被考察植物叶片固有输导阻力；步骤九、依据被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，获取基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力，定量判断植物叶片物质输导性能。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；所述植物叶片的生理电阻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。更进一步，所述步骤六中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。更进一步，所述步骤七中将夹持力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。更进一步，所述步骤八中将夹持力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。更进一步，所述步骤九中获取基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力的方法是：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。一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定装置，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。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；考虑到经济性和实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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阻抗；步骤五，构建植物叶片生理阻抗的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将步骤五的方程对夹持力进行求导，获得基于生理阻抗的植物叶片输导阻力方程；步骤七，将夹持力F的值代入步骤六的输导阻力方程中，可获得被考察植物在被考察夹持力下的叶片输导阻力；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤六的输导阻力方程中，可计算获得被考察植物叶片固有输导阻力；步骤九、依据被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，获取基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力，定量判断植物叶片物质输导性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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阻抗；步骤五，构建植物叶片生理阻抗的耦合模型，获得模型的各个参数；步骤六，将步骤五的方程对夹持力进行求导，获得基于生理阻抗的植物叶片输导阻力方程；步骤七，将夹持力F的值代入步骤六的输导阻力方程中，可获得被考察植物在被考察夹持力下的叶片输导阻力；步骤八，令夹持力等于0，代入步骤六的输导阻力方程中，可计算获得被考察植物叶片固有输导阻力；步骤九、依据被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，获取基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力，定量判断植物叶片物质输导性能。2.根据权利要求1所述的一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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所述的一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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所述的一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，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。5.根据权利要求1所述的一种基于生理阻抗的植物叶片输导阻力和固有输导阻力的测定方法，其特征在于：所述步骤五中，植物叶片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...

【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