专利名称：一种植物水势原位监测仪的制作方法
1.技术领域 本发明属于植物水分测定仪器，涉及一种植物水势原位监测仪。
2.背景技术 现有的植物水势测定仪器主要有三种。一种是压力室水势仪，利用外加气压平衡原理测定植物离体叶或枝条的水势。另一种是热电偶水势仪，利用测定露点温度确定植物叶水势。还有一种是导管探针，将很细的探针插入植物木质部导管，直接测定导管液的负压确定水势。前两种主要用于测定植物离体枝条和叶水势，后一种测定要求极其精细的操作，应用受到限制，目前只有少数科学家在实验室应用。
本发明的目的是提供一种简单的仪器，能够对活体植物叶柄、枝条和茎干木质部导管水势进行原位监测。
3.
发明内容
本发明是这样实现的。
依据Poiseuille定律，通过植物木质部导管的水流通量J与水压差P成正比关系J＝ΔV/Δt＝-Pπr4/8η(1)式中ΔV为在时间间隔Δt通过导管的体积水流量，π为圆周率，r为导管半径，η为水的粘滞系数。
水流密度Jv的定义为单位时间内通过单位导管面积A的水流量，其数值等于导管平均水流速率υ，它与P的关系为Jv＝ΔV/(ΔtA)＝υ＝-Pr2/8η (2)P＝-υ8η/r2(3)因为导管横截面积A＝πr2r2＝A/π，代入(3)式，得P＝-8πηυ/A (4)根据导管水流通量J和平均水流速率υ定义A＝J/υ，代入(4)式，得P＝-8πηυ2/J(5)那么，测定导管的水流通量J及导管平均水流速率υ，就可利用(5)式计算求出水压差P。
由水压差P＝(P1-P0)/(d1-d0)，可求得导管d1点的水压P1。P0为导管d0点的水压，当d0点非常接近导管与体外水溶液连接点时，P0值近似为1个大气压，约为0.1MPa。
植物木质部导管水势(ψ)＝P1-∏+G式中∏为导管液渗透势，其值通常很小；G为导管液重力势，当两点间的垂直高度不大时，其值也很小，所以∏和G均可忽略不计。则ψ＝P1得到植物木质部导管水势。
植物叶柄、枝条或茎干木质部导管平均水流速率υ可用两种方法测定。第一种方法用电阻、电源和热脉冲信号注入针头组成热脉冲发生器，附加电流、电压及时间控制装置调节热脉冲信号强弱和长度，将热脉冲信号注入针头插入植物木质部给导管液注入一个小的热脉冲；用两种不同金属丝或合金丝焊接在一起制作热电偶温度探针，将两个温度探针间隔一定距离(d)插入木质部，记录热脉冲通过两点的时间差(t)，水流速率υ可用下面的公式求得υ＝d/t (6)第二种方法用同位素溶液注射器将微量放射性同位素溶液注入木质部导管产生脉冲信号，用同位素计数器测定脉冲信号(β和γ射线)通过间隔距离(d)的两点的时间差(t)，水流速率υ可用公式(6)求得。
使用第一种方法测导管水压差时需注意消除因加热导管液对水粘滞系数的影响和因水热胀对水流通量的影响，通过控制加热电阻的电流、电压和通电时间调节热脉冲信号温度和长度，可将其影响降低到最低限度。
植物叶柄或茎干木质部导管水流通量J用毛细管蒸腾仪和计时器测定。
采集的数据输入计算机，用编制的软件处理，屏幕直接显示被测定植物的木质部导管水势值。
本仪器可实现活体植物木质部导管水势原位测定，可用于实时原位监测植物木质部水势的日变化和季节变化。
4.
附图是本发明设计的植物水势原位监测仪模型图。它由脉冲信号发生器、脉冲信号监测系统和毛细管蒸腾仪三部分组成。脉冲信号监测系统由数据采集仪1、计算机2和两个脉冲信号探测头4组成，探测头用热电偶温度探针测热脉冲信号，或用同位素计数器测放射性同位素脉冲信号，它们可插入植物叶柄、枝条或茎干3木质部或放置在测定点植物体外。脉冲信号发生器由控制器10和注入针头9组成，热脉冲信号发生器包括电阻、电源、热脉冲信号注入针头以及电流、电压和时间控制装置，同位素脉冲信号发生器为同位素溶液注射器，将同位素溶液注入木质部导管产生脉冲信号。毛细管蒸腾仪由水容器6、密封胶赛5和毛细管7组成，观测毛细管液面8的移动可测定植物叶柄、枝条或茎干木质部导管水流通量。
5.具体实施方式
使用医用输液管检验用称重法和体积测量法测定通过输液管的水流通量，给输液管注入脉冲信号，测定脉冲信号在输液管里移动一定距离需要的时间，求水流速率，计算得到输液管水压差和水势，精确度可达到0.001MPa。
将葡萄叶柄3在水中剪断，剪口一端和毛细管蒸腾仪相连接，观测毛细管液面8移动，测定通过叶柄木质部导管水流通量J。在叶柄上间隔一定距离插入两个热电偶温度探针4，用热脉冲信号发生器10和注入针头9给叶柄木质部导管注入热脉冲信号，测定热脉冲信号通过木质部导管两点间的时间差，求得导管水流速率υ，计算得到导管水压差和水势，精确度达到0.01MPa。
权利要求
1.一种植物水势测定仪，其特征在于依据Poiseuille定律，得到导管水压差P与水流速率υ和水流通量J的关系式，据此，采用热电偶测定热脉冲发生器注入植物导管的热脉冲信号或用同位素计数器测定同位素脉冲发生器注入植物导管的同位素脉冲信号，确定植物导管水流速率；用毛细管蒸腾仪测定植物木质部导管水流通量，计算出活体植物木质部导管水压差和水势。
2.根据权利要求1所述的植物水势测定仪，其特征在于所用热电偶为两种不同金属丝或合金丝焊接在一起，能够用于测定温度的电热元件，将其插入植物木质部导管测定导管液温度。
3.根据权利要求1所述的植物水势测定仪，其特征在于所用热脉冲发生器为用电源、电阻丝和热脉冲信号注入针头制作的电加热元件，还包括电流和电压以及加热时间控制装置，用以调节热脉冲信号的强弱和长度。
4.根据权利要求1所述的植物水势测定仪，其特征在于所用同位素计数器为可以测定放射性同位素发射的β和γ射线的仪器。
5.根据权利要求1所述的植物水势测定仪，其特征在于所用同位素脉冲信号发生器为一种放射性同位素溶液注射器，可将微量放射性同位素溶液注入植物木质部导管。
6.根据权利要求1所述的植物水势测定仪，其特征在于所用毛细管蒸腾仪由水容器、密封胶塞和毛细管组成。
全文摘要
本发明是一种植物水势原位监测仪。依据Poiseuille定律，推导得到导管水压差与水流速率和水流通量的关系式，用热电偶或同位素计数器测定热脉冲或同位素脉冲信号移动速度，确定木质部导管水流速率，用毛细管蒸腾仪测定水流通量，根据关系式计算获得植物木质部导管水压差和水势。本仪器可用于原位监测活体植物叶柄、枝条和茎干木质部水势。
文档编号G01F1/00GK1611930SQ200310121708
公开日2005年5月4日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年12月19日
发明者邓西民, 王庆江, 张卿, 肖艺, 刘丽平 申请人:邓西民