专利名称：一种作物生长发育调控的监测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及作物生长发育环境和状况的检测技术，特别涉及一种作物生长发育调控的监测方法及其装置。
背景技术：
随着知识经济时代的到来和信息产业技术的发展，以及相伴而来不可避免的农业生产压力的急剧增大，发展节本增效的精细农作技术思想已引起人们高度重视。为使这一技术思想付诸实践，各种针对作物生长发育环境和状况的检测技术和检测手段得到了迅速的结合和推广，尤其是信息和电子工程技术得到了极大的集成和综合。目前在精细农作技术思想体系中主要使用了差分校正全球卫星定位技术系统(DGPS)、地理信息系统(GIS)和遥感系统(RS)。其中RS技术是这一技术体系获取农田信息的核心。虽然它也能获取和分析作物的生长状况，但它主要获取和分析的是影响作物生长的农田环境因素(如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等)的实际存在的空间和时间差异性信息。而且，测量持续的时间比较长，而外界的环境状态时刻在变，因此，测得的数据是一系列的随机数，不能够反映被测作物在当时的生长发育调控状况。在任意时间对作物自身的生长发育调控的实际状况的监测很容易受到干扰。这样在一些实际应用中它就受限较大，灵敏度不是很高。另外该系统价格比较昂贵，不利于在农业生产中的普及和推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点和不足，提供一种操作灵敏、快捷，可以对多种植物生长发育调控因子的生长发育调控作用进行监测，同时亦可对相同植物生长发育调控因子对不同植物以及相同植物不同生长周期的调控作用进行监控的作物生长发育调控的监测方法。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述作物生长发育调控的监测方法的装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现一种作物生长发育调控的监测方法，其特征在于检测在被调控条件下生长的植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光强度，然后与对照植株的光诱导延迟荧光强度相比较，得到该植株的生长发育在此调控条件下被调控的效果和被调控的程度，以及植物生长发育调控因子的调控效应。
所述植物生长发育调控因子指的是所有能引起植物新陈代谢过程发生变化的植物内源物质和外源物质(例如植物激素、植物生长调节剂、营养物质、化学分子、大气湿度、二氧化碳浓度等)。
本作物生长发育调控的监测方法更具体地包括下述步骤(1)将被调控条件下的生长着的活体植株的叶片置于样品暗室暗适应一段时间，此暗适应时间即是叶片表面温度建立时间，所述叶片表面温度可调。
(2)用可见光作为激发光源均匀辐照叶片，诱导植株叶片叶绿体产生光诱导延迟荧光。
(3)利用弱光探测组件接收来自测量植株叶片断光后的延迟荧光信号，并将其转换成电信号。
(4)将电信号通过模数转换器转换为数字信息并输入计算机。
(5)利用数据处理软件对数字信号进行数据处理，得到测量植株叶片的延迟荧光随时间的衰减。
(6)利用数据处理软件进行数据处理，得到测量植株叶片的延迟荧光在一定时间范围的积分强度。
(7)将被调控条件下的植株的绿色组织的叶绿体光诱导延迟荧光强度与同种对照植株的绿色组织的叶绿体光诱导延迟荧光强度相比，得到该植株的生长发育在此调控条件下被调控的效果和被调控的程度，以及植物生长发育调控因子的调控效应。
所述步骤(1)中暗适应时间为0～3h；叶片表面温度在0～45℃范围内可调。
所述步骤(2)中可见光的光照强度为0～3000μmolm-2s-1、波长为390～770nm；其中优选范围是540～700nm，此优选范围的可见光可较好地诱导植株叶片叶绿体产生延迟荧光，而且容易得到，实施比较简单、方便。
所述步骤(2)中可见光作为激发光源均匀辐照叶片时间为0～60min。
所述步骤(2)中可见光作为激发光源均匀辐照叶片后，关闭激发光源，延时0.02～40s，然后开始记录可见光诱导的叶绿体的延迟荧光。
所述步骤(6)中的时间范围为0～30min。
一种实现上述作物生长发育调控监测方法的装置，包括可伸缩样品暗室、温控组件、可见光激发组件、弱光探测组件、模数转换器、数据处理组件、计算机；可见光激发组件及弱光探测组件与可伸缩样品暗室相连接，弱光探测组件通过模数转换器与数据处理组件相连接，所述数据处理组件与计算机相连接。
所述可见光激发组件为LED光照件；所述弱光探测组件包括光纤、光电倍增管模块，光纤一端伸入暗室，另一端与光电倍增管模块相连接，所述数据处理组件为单片机处理系统，所述单片机处理系统一方面通过模数转换器与所述光电倍增管模块相连接，使光电倍增管模块在获取信号后输送至单片机处理系统进行处理，另一方面亦通过控制接口(如模拟开关、继电器)与光电倍增管模块相连接，以控制光电倍增管模块的启动或停止。
本发明的作用原理是本发明者经研究发现——对于相同健康状况和相同生长发育周期的同种植物叶片，若其被调控条件一样，其绿色组织光诱导延迟荧光强度具有一致性(延迟荧光强度在相同温度下测定)；具有相同光合速率的同种植物叶片在同等调控条件下的延迟荧光强度在误差允许范围内几乎相同；植物的光合速率与其生长发育调控效果和调控程度有很直接的关系，是生长发育调控状况的良好表征者。总的来说植物当其生长发育被调控的效果为正时，绿色组织的光合速率就比非调控的光合速率要高，相应的绿色组织的光诱导延迟荧光强度就大，这种情况下，调控程度大的绿色组织的延迟荧光强度要比调控程度小的绿色组织的延迟荧光强度要高；而植物当其生长发育被调控的效果为负时，绿色组织的光合速率就比非调控的光合速率要低，相应的绿色组织的光诱导延迟荧光强度就小，在这种情况下，调控程度大的绿色组织的延迟荧光强度要比调控程度小的绿色组织的延迟荧光强度要低。
延迟荧光强度公式方程为I(t)=∫0+∞i(t)dt,]]>I指延迟荧光衰减动力学曲线下的面积积分。它决定于植物的类型、生长发育周期、健康状况、被调控效果和被调控程度以及测量延迟荧光强度的条件叶片的暗适应时间、激发光波长、激发时间、延迟时间、样品测量时的温度。在测量条件统一(如暗适应时间，激发时间，延迟时间都相同，温度24℃)的情况下，选择相同生长发育周期健康的同种作物叶片，测量其延迟荧光强度，它能真实而灵敏的反应出作物被调控的效果和被调控的程度。
经过研究发现，植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光衰减动力学曲线下的面积积分强度值具有特异性，据此测量被调控条件下植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光强度，可以比较准确而灵敏的反应作物生长发育被调控的效果和被调控的程度，以及植物生长发育调控因子的调控效应。
本发明相对现有技术具有如下的优点及效果由于光合作用是植物生长发育的基础，是植物各种代谢过程中最为重要最为敏感的进程，植物的生长发育调控首先会表现为植物叶片光合作用代谢进程的调控。植物生长发育调控因子对作物的调控作用不仅跟作物生长发育期的不同而不同，而且还跟植物生长发育调控因子使用的量的不同而不同。由于植物的光合速率与其生长发育调控效果和调控程度有很直接的关系，是生长发育调控状况的良好表征者，植物生长发育调控因子的作用会引起光合速率的改变，从而引起叶绿体光诱导延迟荧光的变化，即使是微量植物生长发育调控因子很细微的作用；其次才是理化检测所能检测到的调控效果和调控程度；最后才是人肉眼能感觉得到或者是能看得见的植物生长发育被调控的调节效应。所以通过测量植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光来监测作物生长发育调控具有灵敏和快捷的特点。由于同种植物对不同植物生长发育调控因子的感应能力程度不同，因此通过测量植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光，可以对作物多种生长发育调控方式进行监测；能够对多种植物生长发育调控因子的生长发育调控效果和调控程度进行监测；能够对同种植物生长发育调控因子对不同植物以及相同植物不同生长周期的调控效果和调控程度进行侦别；能够对不同植物生长发育调控因子对相同植物相同生长周期的调控效果和调控程度进行侦别。
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是利用图1所示装置实现的大豆叶片在不同浓度亚硫酸氢钠(NaHSO3)调控下叶片叶绿体光诱导延迟荧光强度的变化。
图3是利用图1所示装置实现的玉米叶片在不同浓度生长素(IAA)调控下叶片叶绿体光诱导延迟荧光强度的变化。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1图1示出了本发明装置的具体结构，由图1可见，本作物生长发育调控监测装置包括可伸缩样品暗室1、暗室开关2、暗室手柄3、样品平槽4、温控组件5、滤波片6、可见光激发组件、弱光探测组件、模数转换器9、数据处理组件、输入键盘12、显示器13、USB接口14、计算机15；可见光激发组件及弱光探测组件与可伸缩样品暗室1相连接，弱光探测组件通过模数转换器9(在此选用A/D转换器)与数据处理组件相连接，所述数据处理组件通过USB接口14与计算机15相连接。所述可伸缩性暗室1便于活体伸入检测；所述温控组件5由半导体制冷器和热敏电阻构成，控温范围为0～45℃，控温精度为±0.1℃；所述可见光激发组件为LED光照件7，光照强度在0～3000μmolm-2s-1范围内可调；所述弱光探测组件包括光纤8、光电倍增管模块11，光纤8一端伸入暗室1，另一端与光电倍增管模块11相连接；所述数据处理组件为单片机处理系统10，所述单片机处理系统10一方面通过模数转换器9与所述光电倍增管模块11相连接，使光电倍增管模块11在获取信号后输送至单片机处理系统10进行处理，另一方面亦通过控制接口(如模拟开关、继电器)与光电倍增管模块11相连接，以控制光电倍增管模块的启动或停止。计算机15在此选用Intel公司的Pentium IV型微机；数据处理软件在此选用VB、EXCEL或ORIGIN软件。
测量时，将喷洒不同浓度NaHSO3的大豆叶片(结荚期，喷洒12个小时后)置于样品室中暗适应5分钟(叶片表面温度调节到24℃)，用LED灯激发0.6s(光强选用350μmolm-2s-1)，延迟0.25s，记录随后5s内的延迟荧光衰减信号。用VB软件统计数据，在ORIGIN软件中处理得到延迟荧光强度，如图2所示。进一步数据处理知0.5mM NaHSO3调控效果为显著正效应(*)，调控程度是对照的114.2％；1mM NaHSO3调控效果为极显著正效应(**)，调控程度是对照的125.9％；8mM NaHSO3调控效果为显著负效应(*)，调控程度是对照的78.5％；16mM NaHSO3调控效果为极显著负效应(**)，调控程度是对照的49.1％。另外可知NaHSO3在0.25～2mM低浓度范围内为正效应的调控作用，在4～16mM高浓度范围内为负效应的调控作用。
据此可知在大豆结荚期，叶面喷洒1mM NaHSO3能显著促进大豆植株的生长发育，生长发育被调控的程度是未喷洒NaHSO3植株的125.9％；4～16mM高浓度的NaHSO3对结荚期的大豆植株的生长发育有抑制作用。
实施例2本实施例采用的装置同实施例1。将上述装置和方法应用于玉米叶片(幼苗期，用不同浓度IAA进行调控(根部施用3小时后))置于样品室中暗适应30分钟(叶片表面温度调节到24℃)，用LED灯激发1s(光强选用1500μmolm-2s-1)，延迟0.25s，记录光诱导延迟荧光衰减信号，如图3所示，进一步数据处理知10-5μM IAA调控效果为显著正效应(*)，调控程度是对照的114.5％；10-4μM IAA调控效果为极显著正效应(**)，调控程度是对照的130.1％；10-1及1μM IAA调控效果为极显著负效应(**)，调控程度分别是对照的56.6％和46.4％。另外可知IAA在10-6～10-3μM低浓度范围内为正效应的调控作用，在10-2～1μM高浓度范围内为负效应的调控作用。
据此可知在玉米幼苗期，根部施用10-4μM IAA能显著促进玉米幼苗植株的生长发育，生长发育被调控的程度是未施用IAA植株的130.1％；10-2～1μM高浓度的IAA对幼苗期的玉米植株的生长发育有抑制作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种作物生长发育调控的监测方法，其特征在于检测在被调控条件下生长的植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光强度，然后与对照植株的光诱导延迟荧光强度相比较，得到该植物的生长发育在此调控条件下被调控的效果和被调控的程度，以及植物生长发育调控因子的调控效应。
2.根据权利要求1所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于包括下述步骤(1)将被调控条件下的生长着的活体植株的叶片置于样品暗室暗适应一段时间，此暗适应时间即是叶片表面温度建立时间，所述叶片表面温度可调；(2)用可见光作为激发光源均匀辐照叶片，诱导植株叶片叶绿体产生光诱导延迟荧光；(3)利用弱光探测组件接收来自测量植株叶片断光后的延迟荧光信号，并将其转换成电信号；(4)将电信号通过模数转换器转换为数字信息并输入计算机；(5)利用数据处理软件对数字信号进行数据处理，得到测量植株叶片的延迟荧光随时间的衰减；(6)利用数据处理软件进行数据处理，得到测量植株叶片的延迟荧光在一定时间范围的积分强度；(7)将被调控条件下的植株的绿色组织的叶绿体光诱导延迟荧光强度与同种对照植株的绿色组织的叶绿体光诱导延迟荧光强度相比，得到该植株的生长发育在此调控条件下被调控的效果和被调控的程度，以及植物生长发育调控因子的调控效应。
3.根据权利要求2所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述步骤(1)中暗适应时间为0～3h；叶片表面温度在0～45℃范围内可调。
4.根据权利要求2所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述步骤(2)中可见光的光照强度为0～3000μmolm-2s-1、波长为390～770nm，强度和波长均可调。
5.根据权利要求2所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述步骤(2)中可见光作为激发光源均匀辐照叶片时间为0～60min；所述步骤(2)中可见光作为激发光源均匀辐照叶片后，关闭激发光源，延时0.02～40s，然后开始记录可见光诱导的叶绿体的延迟荧光。
6.根据权利要求2所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述步骤(6)中的时间范围为0～30min。
7.根据权利要求4所述的作物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述可见光的光谱范围是540～700nm。
8.根据权利要求1所述的植物生长发育调控的监测方法，其特征在于所述植物生长发育调控因子是指所有能引起植物新陈代谢过程发生变化的植物内源物质和外源物质。
9.一种实现权利要求1～8任一项所述作物生长发育调控监测方法的装置，其特征在于包括可伸缩样品暗室、温控组件、可见光激发组件、弱光探测组件、模数转换器、数据处理组件、计算机；可见光激发组件及弱光探测组件与可伸缩样品暗室相连接，弱光探测组件通过模数转换器与数据处理组件相连接，所述数据处理组件与计算机相连接。
10.根据权利要求9所述作物生长发育调控监测方法的装置，其特征在于所述可见光激发组件为LED光照件；所述弱光探测组件包括光纤、光电倍增管模块，光纤一端伸入暗室，另一端与光电倍增管模块相连接；所述数据处理组件为单片机处理系统，所述单片机处理系统一方面通过模数转换器与所述光电倍增管模块相连接，另一方面亦通过控制接口与光电倍增管模块相连接。
全文摘要
本发明提供一种作物生长发育调控的监测方法，主要是检测在被调控条件下生长的植物绿色组织叶绿体光诱导延迟荧光强度，然后与对照植株的光诱导延迟荧光强度相比较，得到该植物的生长发育在此调控条件下被调控的效果和被调控的程度，以及调控因子的调控效应。一种实现前述方法的装置，包括可伸缩样品暗室、温控组件、可见光激发组件、弱光探测组件、模数转换器、数据处理组件、计算机。本发明操作性能灵敏、快捷，可以对多种植物生长发育调控因子的生长发育调控作用进行监测，同时亦可对相同植物生长发育调控因子对不同植物以及相同植物不同生长周期的调控作用进行监控。
文档编号G01N33/00GK1804590SQ200510120908
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者邢达, 张玲瑞 申请人:华南师范大学