一种测定植物叶片细胞代谢能的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，属于生物物理信息检测技术领域，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，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，并联模式同时测定不同夹持力下植物叶片生理电阻、生理阻抗和生理电容；依据吉布斯自由能方程和Nernst方程，进一步构建植物叶片的生理电容随夹持力变化、植物叶片的生理电阻随夹持力变化以及植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型，利用上述三个模型的各个参数联合计算植物叶片细胞代谢能。

【技术实现步骤摘要】
一种测定植物叶片细胞代谢能的方法
本专利技术属于生物物理信息检测
，具体涉及一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，可以快速、无损地检测植物叶片细胞代谢能，判断水分和物质在植物叶片系统中的供给关系。
技术介绍
“能量”经典地定义为物体做功的能力。能量是物质运动的一种度量，对应于物质的不同的运动形式，能量也有不同的形式。生命活动是导致体系高度有序状态的序列反应的总和，是耗能的。尽管不同的生物可以使用不同的能源；然而，实际上体内大量的生物化学反应和细胞过程只能接受代谢能，即可供细胞的新陈代谢直接利用的能量形式。“代谢能(metabolicenergy)”是对应于生命运动的能量形式，是生物体直接用来建设自身或维持生命活动的能量形式。因此所有的生物体内都存在把其它形式的能量转化成的代谢能的过程，以及“代谢能支撑”的问题。植物生长和发育的过程是由植物的代谢能支撑着的物质代谢过程，是植物一系列同化和异化过程的综合体现，它包括水分代谢、无机物同化利用、有机物和能量的合成及转化以及植物体所有其他生理生化过程。植物进行生长和发育过程所需要的能量称为植物细胞代谢能。细胞代谢能主要是以分解三磷酸腺苷(ATP)的方式被生物利用。虽然，目前用细胞内能荷状态反映生物体内细胞代谢能，但实际上，很多物质的同化和异化对代谢能的需求和供给均不清楚，很多代谢过程对代谢能的需求和供给也不清楚，因此，仅仅测定细胞内能荷状态并不能真实地代表植物体细胞代谢能。此外，即使细胞内能荷状态能反映生物体内细胞代谢能，那也需要活体的细胞内能荷状态，这也是现有技术难以实现的。为此，必需开发一套能够活体在线测定植物细胞代谢能的技术方法，为解释复杂的生物现象提供科学依据。本专利技术以植物叶片为考察器官，依据吉布斯自由能方程和Nernst方程，联合推导出细胞代谢能表达式，通过将植物叶片的生理电容随夹持力变化、植物叶片的生理电阻随夹持力变化以及植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型的参数代入细胞代谢能表达式，首次获取植物叶片细胞代谢能。本专利技术不仅可以快速、无损、在线定量检测不同环境下不同植物叶片细胞的代谢能，测定的结果具有可比性，而且还可以用生物物理指标表征不同环境下不同植物叶片水分和物质在系统中的交流特征，为阐明复杂的生物学规律和植物器官的源库关系提供科学数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，填补了用生物物理指标来表征叶片细胞水分和物质运输能力的空白，为定量判别植物器官的源库关系提供一个模式。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：一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测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不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，构建植物叶片的生理电容随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤六，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤七，构建植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，依据步骤五模型中的参数，获取植物叶片的比有效厚度d；步骤九，依据步骤六模型中的参数，获取基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR-E；步骤十，依据步骤七模型中的参数，获取基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ-E；步骤十一，依据基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR-E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR；步骤十二，依据基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ-E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGZ；步骤十三，依据基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR和基于生理阻抗的植物叶片细胞代谢能ΔGZ，获取植物叶片细胞代谢能ΔGB；进一步，所述步骤一中的测定装置包括支架(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)上可放置固定质量的铁块(5)，塑料棒(6)位于支架内部的一端由固定夹(7)进行固定；所述电极板(3)为圆形极板，所述电极板(3)的材质为铜。进一步，所述步骤四中不同的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，植物叶片的生理电容C随夹持力F变化方程为：其中ΔH为系统的内能，U为测试电压，d为植物叶片的比有效厚度；令所述变化方程可变形为C＝x0+hF；其中x0和h为模型参数。进一步，所述步骤六中,植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，该模型是基于能斯特方程推导出的，其中R为电阻，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为细胞膜内响应生理电阻的通透离子浓度，Co为细胞膜外响应生理电阻的通透离子浓度，f0是细胞膜内响应生理电阻的通透离子浓度Ci与电阻之间转化的比例系数，膜内外响应生理电阻的通透离子总量CT＝Ci+Co，F0是法拉第常数，nR是响应生理电阻的通透离子转移数；E可用来做功，与PV成正比PV＝aE，a是电动势转换成代谢能的系数，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，d为植物叶片的比有效厚度；可变形为：进而变形为由于植物叶片的比有效厚度因此,可变形为：令所述植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型可变形为其中y0、k1和b1为模型的参数。进一步，所述步骤七中,植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型，该模型是基于能斯特方程推导出的，其中Z为阻抗，E为电动势，E0为标准电动势，R0是理想气体常数，T是温度，Qi为细胞膜内响应生理阻抗的介电物质浓度，Qo为细胞膜外响应生理阻抗的介电物质浓度，J0是细胞膜内响应生理阻抗的介电物质浓度Qi与阻抗之间转化的比例系数，膜内外响应生理阻抗的介电物质总量Q＝Qi+Qo，F0是法拉第常数，nZ是响应生理阻抗的介电物质转移数；E可用来做功，与PV成正比PV＝aE，a是电动势转换成代谢能的系数，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，d为植物叶片的比有效厚度；可变形为：进而变形为由于植物叶片的比有效厚度因此,可变形为：令所述植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型可变形为其中p0、k2和b2为模型的参数。进一步，所述步骤八中,依据步骤五模型中的参数获取植物叶片的比有效厚度d的方法为：将前述的变形为再依据h和测试电压U，计算植物叶片的比有效厚度d。进一步，所述步骤九中,依据步骤六模型中的参数获取基于生理电阻的植本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，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，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测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不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，构建植物叶片的生理电容随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤六，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤七，构建植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，依据步骤五模型中的参数，获取植物叶片的比有效厚度d；步骤九，依据步骤六模型中的参数，获取基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR‑E；步骤十，依据步骤七模型中的参数，获取基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ‑E；步骤十一，依据基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR‑E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR＝ΔGR‑Ed；步骤十二，依据基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ‑E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGZ＝ΔGZ‑Ed；步骤十三，依据基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR和基于生理阻抗的植物叶片细胞代谢能ΔGZ，获取植物叶片细胞代谢能ΔGB，ΔGB为基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR和基于生理阻抗的植物叶片细胞代谢能ΔGZ的平均值。...

【技术特征摘要】
1.一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，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，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测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不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，构建植物叶片的生理电容随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤六，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤七，构建植物叶片的生理阻抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，依据步骤五模型中的参数，获取植物叶片的比有效厚度d；步骤九，依据步骤六模型中的参数，获取基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR-E；步骤十，依据步骤七模型中的参数，获取基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ-E；步骤十一，依据基于生理电阻的植物叶片细胞单位代谢能ΔGR-E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR＝ΔGR-Ed；步骤十二，依据基于生理阻抗的植物叶片细胞单位代谢能ΔGZ-E和植物叶片的比有效厚度d，获取基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGZ＝ΔGZ-Ed；步骤十三，依据基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR和基于生理阻抗的植物叶片细胞代谢能ΔGZ，获取植物叶片细胞代谢能ΔGB，ΔGB为基于生理电阻的植物叶片细胞代谢能ΔGR和基于生理阻抗的植物叶片细胞代谢能ΔGZ的平均值。2.根据权利要求1所述的一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，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)上可放置固定质量的铁块(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所述的一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，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所述的一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，其特征在于：所述步骤四中不同的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所述的一种测定植物叶片细胞代谢能的方法，其特征在于：所述步骤五中，植物叶片的生理电容C随夹持力F变化方程为：其中ΔH为系统的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沿友，吴沿胜，方蕾，吴明开，王瑞，苏跃，王世杰，刘从强，
申请(专利权)人：中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：贵州,52