一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，属于植物生物物理信息检测领域。本发明专利技术利用两电极板将待测植物叶片夹住，连续监测待测植物叶片生理电容和生理电阻，以正弦函数来拟合植物电生理信号随时间的变化关系，建立植物叶片电生理信号随时间周期性变化动态模型，通过模型中的各参数值表征待测植物基于不同电生理信号的活化效率，耦合待测植物生理电容和生理电阻的活化效率表征植物的健康活力。本发明专利技术能便捷、无损、精确在线测定不同植物在不同的环境下的健康活力，测定结果可量化，不同批次具有可比性，为揭示植物的环境适应性、优化植物生长环境提供科学依据。

A detection method of plant health vitality based on electrophysiological rhythm

【技术实现步骤摘要】
一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法
本专利技术涉及植物生物物理信息检测领域，具体涉及一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法。
技术介绍
地球围绕地轴的自转导致了环境的规律性变化。如光照、温度、湿度等都以近24h为基础，具有明显的日变化。生物体对地球物理学的周期性变化在行为和生理机能上产生有节律的反应，这种特性被称为生物钟。生物钟的输出，即生物节律，通常指生物昼夜节律，表现为运动周期近似自然界昼夜变化的节律性。生物节律是一种内在的、复杂而精细的生理调节系统，它使植物得以根据外界周期性变化来协调自身新陈代谢及各种生理过程。不同植物、不同生理生化变化生物钟表现的周期不同，植物的许多生理生化反应都表现出以约24h为周期的昼夜节律。生物节律的输出途径主要包括内在生理过程和外在生理过程，用传统方法不管从细胞水平还是生物体水平去研究植物的生物节律，其工作量大，操作复杂，且对植物具有破坏性。因此，找到一种简单、快速且无损的测定方法，对揭示自然条件下植物叶片内部生理信息生物节律及其发生规律具有重要意义。同时，生物节律紧密地与环境相关的，它也是体内代谢水平的反映，不同的生物节律特征也与它的不同代谢水平相关。测定不同植物在不同的环境下的健康活力，可为揭示植物的环境适应性、优化植物生长环境提供科学依据。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，可以便捷、无损、精确在线量化不同植物在不同的环境下的健康活力，以克服现有技术中难以快速、无损地量化植物的健康活力，测定结果不具备可比性的缺陷。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，包括步骤：S1，选择待测环境下生长的待测植物叶片，将叶片表面清理干净；S2，将测定装置连接LCR测试仪，再将LCR测试仪与PC机连接形成测试系统，将待测叶片夹在测定装置的两电极板之间，连续在线监测植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据；S3，以正弦函数拟合植物生理电容随时间变化关系，构建植物叶片生理电容随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；S4，利用所述各参数值表征待测植物的基于生理电容的活化效率；S5，以正弦函数拟合植物生理电阻随时间变化关系，构建植物叶片生理电阻随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；S6，利用上述各参数值表征待测植物的基于生理电阻的活化效率；S7，耦合待测植物生理电容和生理电阻的活化效率，表征植物的健康活力。进一步，所述连续在线监测植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据的方法为：将待测叶片夹在测定装置的两电极板之间并保持不动，设置电压为1.5V，频率为3KHZ，从零点开始，每5min记录一次数据，连续监测24小时；进一步，所述生理电容随时间周期性变化动态模型为：其中：C为电容，参数a1为正弦函数的波幅，t为时间，c1为t＝0时的初相位，C0为偏距，b1为周期。更进一步，所述C0表征基础电容CB，a1表征可变电容CV，C0与a1之间的差值表征静息电容CR；b1换算成时间周期T1：T1＝24b1，c1换算成时间为单位的初相位IP1，即进一步，所述植物叶片生理电阻随时间周期性变化动态模型为：其中：R为电阻，参数a2为正弦函数的波幅，t为时间，c2为t＝0时的初相位，R0为偏距，b2为周期。更进一步，所述R0表征基础电阻RB，a2表征可变电阻RV，R0与a2之和表征静息电阻RR；b2换算成时间周期T2：T2＝24b2，c2换算成时间为单位的初相位IP2，即进一步，所述待测叶片为待测植物新枝上完全展开叶。。进一步，所述待测植物的基于生理电容的活化效率ARC的计算公式为：ARC＝0.5U2CVT1-1，其中：ARC为基于生理电容的活化效率，CV为可变电容，U为测试电压，T1为时间周期。进一步，所述待测植物的基于生理电阻的活化效率ARR的计算公式为：ARR＝U2RV-1，其中：ARR为基于生理电阻的活化效率，RV为可变电阻，U为测试电压。进一步，所述耦合待测植物生理电容和生理电阻的活化率表征植物的健康活力HA的方法为：进一步，所述的测试系统包括测定装置、LCR测试仪和PC机，测定装置与LCR测试仪连接，LCR测试仪又与PC机连接；PC机根据测定装置和LCR测试仪在线监测的植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据分别构建植物叶片生理电容和生理电阻随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值。更进一步，所述测定装置包括塑料夹、泡沫板、电极板和导线，两个泡沫板分别粘在塑料夹夹持端与待夹持物接触的两个面上，两个电极板分别镶嵌在塑料夹上夹持端的两个泡沫板内，两个电极板各自连出一根导线。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过测定植物叶片电生理信号昼夜变化情况来获取植物电生理信号的昼夜节律，方法简单、快速，工作量小，且不会对植物造成伤害；(2)本专利技术可以通过构建植物电生理信号随时间的动态变化模型，判断植物内部生理信息日变化情况，其结果直观、可靠；(3)本专利技术可以通过模型的各参数值预测出不同时间段植物电生理值信号，避免了不同测量时间结果难以比较的缺陷，为植物电生理指标测量的标准化提供指导和科学依据；(4)本专利技术可以在线、快速、有效地监测出基于电生理信号的不同植物的昼夜节律，不同批次结果具有可比性。(5)本专利技术不仅可以比较不同植物在不同环境下的活化效率，同时也可以比较不同植物在不同环境下的健康状况，为优化植物生长环境提供科学依据。本专利技术的基本原理为：植物电生理信号是植物生长发育过程中的重要生理信号，是与植物生理过程及与体内传送信息相关的主要植物生理信号，它不仅能反映植物自身的生长状况，也能反映植物生长环境状况，当外界环境变化是，将激发植物细胞或组织的电位变化,从而引起植物电信号的波动。一天之中随着日变化的进程，植物随着时间的变化它的电生理信号也会发生相应的变化，植物内部生理信息也会发生相应改变，通过建立植物电生理信号与时间的变化关系，来快速获取基于电生理信号的植物昼夜节律。生物节律通常表现为正弦波或者余弦波，具备周期、相位、振幅等数学上的定义，因此我们用正弦函数方程来拟合植物电生理信号随时间的变化关系。用激发植物代谢的可变电容和可变电阻的做功效率可以表征植物的活化效率，耦合植物生理电容和生理电阻的活化效率来可以表征植物的健康活力。附图说明图1为本专利技术所述的基于电生理节律的植物健康活力的测试系统结构示意图；图中：1-塑料夹，2-泡沫板，3-电极板，4-导线。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，一种基于电生理节律的植物健康活力检测的测试系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，其特征在于，包括步骤：/nS1，选择待测环境下生长的待测植物叶片，将叶片表面清理干净；/nS2，将测定装置连接LCR测试仪，再将LCR测试仪与PC机连接形成测试系统，将待测叶片夹在测定装置的两电极板之间，连续在线监测植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据；/nS3，以正弦函数拟合植物生理电容随时间变化关系，构建植物叶片生理电容随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；/nS4，利用所述各参数值表征待测植物的基于生理电容的活化效率；/nS5，以正弦函数拟合植物生理电阻随时间变化关系，构建植物叶片生理电阻随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；/nS6，利用上述各参数值表征待测植物的基于生理电阻的活化效率；/nS7，耦合待测植物生理电容和生理电阻的活化效率，表征植物的健康活力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1，选择待测环境下生长的待测植物叶片，将叶片表面清理干净；
S2，将测定装置连接LCR测试仪，再将LCR测试仪与PC机连接形成测试系统，将待测叶片夹在测定装置的两电极板之间，连续在线监测植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据；
S3，以正弦函数拟合植物生理电容随时间变化关系，构建植物叶片生理电容随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；
S4，利用所述各参数值表征待测植物的基于生理电容的活化效率；
S5，以正弦函数拟合植物生理电阻随时间变化关系，构建植物叶片生理电阻随时间周期性变化动态模型，获得所述动态模型各参数值，包括正弦函数的波幅、周期、初相位和偏距；
S6，利用上述各参数值表征待测植物的基于生理电阻的活化效率；
S7，耦合待测植物生理电容和生理电阻的活化效率，表征植物的健康活力。


2.根据权利要求1所述的一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，其特征在于，所述连续在线监测植物生理电容和生理电阻随时间变化的数据的方法为：将待测叶片夹在测定装置的两电极板之间并保持不动，设置电压为1.5V，频率为3KHZ，从零点开始，每5min记录一次数据，连续监测24小时。


3.根据权利要求1所述的一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，其特征在于，所述生理电容随时间周期性变化动态模型为：



其中：C为电容，参数a1为正弦函数的波幅，t为时间，c1为t＝0时的初相位，C0为偏距，b1为周期。


4.根据权利要求3所述的一种基于电生理节律的植物健康活力的检测方法，其特征在于，所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沿友，谢津津，邢德科，苏跃，张承，童成英，周英，王世杰，刘丛强，
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