專利名稱：一種作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作物生長發(fā)育環(huán)境和狀況的檢測技術(shù)，特別涉及一種作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
隨著知識經(jīng)濟時代的到來和信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以及相伴而來不可避免的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力的急劇增大，發(fā)展節(jié)本增效的精細農(nóng)作技術(shù)思想已引起人們高度重視。為使這一技術(shù)思想付諸實踐，各種針對作物生長發(fā)育環(huán)境和狀況的檢測技術(shù)和檢測手段得到了迅速的結(jié)合和推廣，尤其是信息和電子工程技術(shù)得到了極大的集成和綜合。目前在精細農(nóng)作技術(shù)思想體系中主要使用了差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù)系統(tǒng)(DGPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感系統(tǒng)(RS)。其中RS技術(shù)是這一技術(shù)體系獲取農(nóng)田信息的核心。雖然它也能獲取和分析作物的生長狀況，但它主要獲取和分析的是影響作物生長的農(nóng)田環(huán)境因素(如土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等)的實際存在的空間和時間差異性信息。而且，測量持續(xù)的時間比較長，而外界的環(huán)境狀態(tài)時刻在變，因此，測得的數(shù)據(jù)是一系列的隨機數(shù)，不能夠反映被測作物在當(dāng)時的生長發(fā)育調(diào)控狀況。在任意時間對作物自身的生長發(fā)育調(diào)控的實際狀況的監(jiān)測很容易受到干擾。這樣在一些實際應(yīng)用中它就受限較大，靈敏度不是很高。另外該系統(tǒng)價格比較昂貴，不利于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普及和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，提供一種操作靈敏、快捷，可以對多種植物生長發(fā)育調(diào)控因子的生長發(fā)育調(diào)控作用進行監(jiān)測，同時亦可對相同植物生長發(fā)育調(diào)控因子對不同植物以及相同植物不同生長周期的調(diào)控作用進行監(jiān)控的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)上述作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法的裝置。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于檢測在被調(diào)控條件下生長的植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度，然后與對照植株的光誘導(dǎo)延遲熒光強度相比較，得到該植株的生長發(fā)育在此調(diào)控條件下被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及植物生長發(fā)育調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。
所述植物生長發(fā)育調(diào)控因子指的是所有能引起植物新陳代謝過程發(fā)生變化的植物內(nèi)源物質(zhì)和外源物質(zhì)(例如植物激素、植物生長調(diào)節(jié)劑、營養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)分子、大氣濕度、二氧化碳濃度等)。
本作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法更具體地包括下述步驟(1)將被調(diào)控條件下的生長著的活體植株的葉片置于樣品暗室暗適應(yīng)一段時間，此暗適應(yīng)時間即是葉片表面溫度建立時間，所述葉片表面溫度可調(diào)。
(2)用可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片，誘導(dǎo)植株葉片葉綠體產(chǎn)生光誘導(dǎo)延遲熒光。
(3)利用弱光探測組件接收來自測量植株葉片斷光后的延遲熒光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。
(4)將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息并輸入計算機。
(5)利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，得到測量植株葉片的延遲熒光隨時間的衰減。
(6)利用數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到測量植株葉片的延遲熒光在一定時間范圍的積分強度。
(7)將被調(diào)控條件下的植株的綠色組織的葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度與同種對照植株的綠色組織的葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度相比，得到該植株的生長發(fā)育在此調(diào)控條件下被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及植物生長發(fā)育調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。
所述步驟(1)中暗適應(yīng)時間為0～3h；葉片表面溫度在0～45℃范圍內(nèi)可調(diào)。
所述步驟(2)中可見光的光照強度為0～3000μmolm-2s-1、波長為390～770nm；其中優(yōu)選范圍是540～700nm，此優(yōu)選范圍的可見光可較好地誘導(dǎo)植株葉片葉綠體產(chǎn)生延遲熒光，而且容易得到，實施比較簡單、方便。
所述步驟(2)中可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片時間為0～60min。
所述步驟(2)中可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片后，關(guān)閉激發(fā)光源，延時0.02～40s，然后開始記錄可見光誘導(dǎo)的葉綠體的延遲熒光。
所述步驟(6)中的時間范圍為0～30min。
一種實現(xiàn)上述作物生長發(fā)育調(diào)控監(jiān)測方法的裝置，包括可伸縮樣品暗室、溫控組件、可見光激發(fā)組件、弱光探測組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理組件、計算機；可見光激發(fā)組件及弱光探測組件與可伸縮樣品暗室相連接，弱光探測組件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理組件相連接，所述數(shù)據(jù)處理組件與計算機相連接。
所述可見光激發(fā)組件為LED光照件；所述弱光探測組件包括光纖、光電倍增管模塊，光纖一端伸入暗室，另一端與光電倍增管模塊相連接，所述數(shù)據(jù)處理組件為單片機處理系統(tǒng)，所述單片機處理系統(tǒng)一方面通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述光電倍增管模塊相連接，使光電倍增管模塊在獲取信號后輸送至單片機處理系統(tǒng)進行處理，另一方面亦通過控制接口(如模擬開關(guān)、繼電器)與光電倍增管模塊相連接，以控制光電倍增管模塊的啟動或停止。
本發(fā)明的作用原理是本發(fā)明者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)——對于相同健康狀況和相同生長發(fā)育周期的同種植物葉片，若其被調(diào)控條件一樣，其綠色組織光誘導(dǎo)延遲熒光強度具有一致性(延遲熒光強度在相同溫度下測定)；具有相同光合速率的同種植物葉片在同等調(diào)控條件下的延遲熒光強度在誤差允許范圍內(nèi)幾乎相同；植物的光合速率與其生長發(fā)育調(diào)控效果和調(diào)控程度有很直接的關(guān)系，是生長發(fā)育調(diào)控狀況的良好表征者。總的來說植物當(dāng)其生長發(fā)育被調(diào)控的效果為正時，綠色組織的光合速率就比非調(diào)控的光合速率要高，相應(yīng)的綠色組織的光誘導(dǎo)延遲熒光強度就大，這種情況下，調(diào)控程度大的綠色組織的延遲熒光強度要比調(diào)控程度小的綠色組織的延遲熒光強度要高；而植物當(dāng)其生長發(fā)育被調(diào)控的效果為負時，綠色組織的光合速率就比非調(diào)控的光合速率要低，相應(yīng)的綠色組織的光誘導(dǎo)延遲熒光強度就小，在這種情況下，調(diào)控程度大的綠色組織的延遲熒光強度要比調(diào)控程度小的綠色組織的延遲熒光強度要低。
延遲熒光強度公式方程為I(t)=∫0+∞i(t)dt,]]>I指延遲熒光衰減動力學(xué)曲線下的面積積分。它決定于植物的類型、生長發(fā)育周期、健康狀況、被調(diào)控效果和被調(diào)控程度以及測量延遲熒光強度的條件葉片的暗適應(yīng)時間、激發(fā)光波長、激發(fā)時間、延遲時間、樣品測量時的溫度。在測量條件統(tǒng)一(如暗適應(yīng)時間，激發(fā)時間，延遲時間都相同，溫度24℃)的情況下，選擇相同生長發(fā)育周期健康的同種作物葉片，測量其延遲熒光強度，它能真實而靈敏的反應(yīng)出作物被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度。
經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光衰減動力學(xué)曲線下的面積積分強度值具有特異性，據(jù)此測量被調(diào)控條件下植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度，可以比較準(zhǔn)確而靈敏的反應(yīng)作物生長發(fā)育被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及植物生長發(fā)育調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。
本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果由于光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，是植物各種代謝過程中最為重要最為敏感的進程，植物的生長發(fā)育調(diào)控首先會表現(xiàn)為植物葉片光合作用代謝進程的調(diào)控。植物生長發(fā)育調(diào)控因子對作物的調(diào)控作用不僅跟作物生長發(fā)育期的不同而不同，而且還跟植物生長發(fā)育調(diào)控因子使用的量的不同而不同。由于植物的光合速率與其生長發(fā)育調(diào)控效果和調(diào)控程度有很直接的關(guān)系，是生長發(fā)育調(diào)控狀況的良好表征者，植物生長發(fā)育調(diào)控因子的作用會引起光合速率的改變，從而引起葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光的變化，即使是微量植物生長發(fā)育調(diào)控因子很細微的作用；其次才是理化檢測所能檢測到的調(diào)控效果和調(diào)控程度；最后才是人肉眼能感覺得到或者是能看得見的植物生長發(fā)育被調(diào)控的調(diào)節(jié)效應(yīng)。所以通過測量植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光來監(jiān)測作物生長發(fā)育調(diào)控具有靈敏和快捷的特點。由于同種植物對不同植物生長發(fā)育調(diào)控因子的感應(yīng)能力程度不同，因此通過測量植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光，可以對作物多種生長發(fā)育調(diào)控方式進行監(jiān)測；能夠?qū)Χ喾N植物生長發(fā)育調(diào)控因子的生長發(fā)育調(diào)控效果和調(diào)控程度進行監(jiān)測；能夠?qū)νN植物生長發(fā)育調(diào)控因子對不同植物以及相同植物不同生長周期的調(diào)控效果和調(diào)控程度進行偵別；能夠?qū)Σ煌参锷L發(fā)育調(diào)控因子對相同植物相同生長周期的調(diào)控效果和調(diào)控程度進行偵別。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是利用圖1所示裝置實現(xiàn)的大豆葉片在不同濃度亞硫酸氫鈉(NaHSO3)調(diào)控下葉片葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度的變化。
圖3是利用圖1所示裝置實現(xiàn)的玉米葉片在不同濃度生長素(IAA)調(diào)控下葉片葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度的變化。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1圖1示出了本發(fā)明裝置的具體結(jié)構(gòu)，由圖1可見，本作物生長發(fā)育調(diào)控監(jiān)測裝置包括可伸縮樣品暗室1、暗室開關(guān)2、暗室手柄3、樣品平槽4、溫控組件5、濾波片6、可見光激發(fā)組件、弱光探測組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器9、數(shù)據(jù)處理組件、輸入鍵盤12、顯示器13、USB接口14、計算機15；可見光激發(fā)組件及弱光探測組件與可伸縮樣品暗室1相連接，弱光探測組件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器9(在此選用A/D轉(zhuǎn)換器)與數(shù)據(jù)處理組件相連接，所述數(shù)據(jù)處理組件通過USB接口14與計算機15相連接。所述可伸縮性暗室1便于活體伸入檢測；所述溫控組件5由半導(dǎo)體制冷器和熱敏電阻構(gòu)成，控溫范圍為0～45℃，控溫精度為±0.1℃；所述可見光激發(fā)組件為LED光照件7，光照強度在0～3000μmolm-2s-1范圍內(nèi)可調(diào)；所述弱光探測組件包括光纖8、光電倍增管模塊11，光纖8一端伸入暗室1，另一端與光電倍增管模塊11相連接；所述數(shù)據(jù)處理組件為單片機處理系統(tǒng)10，所述單片機處理系統(tǒng)10一方面通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器9與所述光電倍增管模塊11相連接，使光電倍增管模塊11在獲取信號后輸送至單片機處理系統(tǒng)10進行處理，另一方面亦通過控制接口(如模擬開關(guān)、繼電器)與光電倍增管模塊11相連接，以控制光電倍增管模塊的啟動或停止。計算機15在此選用Intel公司的Pentium IV型微機；數(shù)據(jù)處理軟件在此選用VB、EXCEL或ORIGIN軟件。
測量時，將噴灑不同濃度NaHSO3的大豆葉片(結(jié)莢期，噴灑12個小時后)置于樣品室中暗適應(yīng)5分鐘(葉片表面溫度調(diào)節(jié)到24℃)，用LED燈激發(fā)0.6s(光強選用350μmolm-2s-1)，延遲0.25s，記錄隨后5s內(nèi)的延遲熒光衰減信號。用VB軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在ORIGIN軟件中處理得到延遲熒光強度，如圖2所示。進一步數(shù)據(jù)處理知0.5mM NaHSO3調(diào)控效果為顯著正效應(yīng)(*)，調(diào)控程度是對照的114.2％；1mM NaHSO3調(diào)控效果為極顯著正效應(yīng)(**)，調(diào)控程度是對照的125.9％；8mM NaHSO3調(diào)控效果為顯著負效應(yīng)(*)，調(diào)控程度是對照的78.5％；16mM NaHSO3調(diào)控效果為極顯著負效應(yīng)(**)，調(diào)控程度是對照的49.1％。另外可知NaHSO3在0.25～2mM低濃度范圍內(nèi)為正效應(yīng)的調(diào)控作用，在4～16mM高濃度范圍內(nèi)為負效應(yīng)的調(diào)控作用。
據(jù)此可知在大豆結(jié)莢期，葉面噴灑1mM NaHSO3能顯著促進大豆植株的生長發(fā)育，生長發(fā)育被調(diào)控的程度是未噴灑NaHSO3植株的125.9％；4～16mM高濃度的NaHSO3對結(jié)莢期的大豆植株的生長發(fā)育有抑制作用。
實施例2本實施例采用的裝置同實施例1。將上述裝置和方法應(yīng)用于玉米葉片(幼苗期，用不同濃度IAA進行調(diào)控(根部施用3小時后))置于樣品室中暗適應(yīng)30分鐘(葉片表面溫度調(diào)節(jié)到24℃)，用LED燈激發(fā)1s(光強選用1500μmolm-2s-1)，延遲0.25s，記錄光誘導(dǎo)延遲熒光衰減信號，如圖3所示，進一步數(shù)據(jù)處理知10-5μM IAA調(diào)控效果為顯著正效應(yīng)(*)，調(diào)控程度是對照的114.5％；10-4μM IAA調(diào)控效果為極顯著正效應(yīng)(**)，調(diào)控程度是對照的130.1％；10-1及1μM IAA調(diào)控效果為極顯著負效應(yīng)(**)，調(diào)控程度分別是對照的56.6％和46.4％。另外可知IAA在10-6～10-3μM低濃度范圍內(nèi)為正效應(yīng)的調(diào)控作用，在10-2～1μM高濃度范圍內(nèi)為負效應(yīng)的調(diào)控作用。
據(jù)此可知在玉米幼苗期，根部施用10-4μM IAA能顯著促進玉米幼苗植株的生長發(fā)育，生長發(fā)育被調(diào)控的程度是未施用IAA植株的130.1％；10-2～1μM高濃度的IAA對幼苗期的玉米植株的生長發(fā)育有抑制作用。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于檢測在被調(diào)控條件下生長的植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度，然后與對照植株的光誘導(dǎo)延遲熒光強度相比較，得到該植物的生長發(fā)育在此調(diào)控條件下被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及植物生長發(fā)育調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于包括下述步驟(1)將被調(diào)控條件下的生長著的活體植株的葉片置于樣品暗室暗適應(yīng)一段時間，此暗適應(yīng)時間即是葉片表面溫度建立時間，所述葉片表面溫度可調(diào)；(2)用可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片，誘導(dǎo)植株葉片葉綠體產(chǎn)生光誘導(dǎo)延遲熒光；(3)利用弱光探測組件接收來自測量植株葉片斷光后的延遲熒光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；(4)將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息并輸入計算機；(5)利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，得到測量植株葉片的延遲熒光隨時間的衰減；(6)利用數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到測量植株葉片的延遲熒光在一定時間范圍的積分強度；(7)將被調(diào)控條件下的植株的綠色組織的葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度與同種對照植株的綠色組織的葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度相比，得到該植株的生長發(fā)育在此調(diào)控條件下被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及植物生長發(fā)育調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟(1)中暗適應(yīng)時間為0～3h；葉片表面溫度在0～45℃范圍內(nèi)可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟(2)中可見光的光照強度為0～3000μmolm-2s-1、波長為390～770nm，強度和波長均可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟(2)中可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片時間為0～60min；所述步驟(2)中可見光作為激發(fā)光源均勻輻照葉片后，關(guān)閉激發(fā)光源，延時0.02～40s，然后開始記錄可見光誘導(dǎo)的葉綠體的延遲熒光。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟(6)中的時間范圍為0～30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述可見光的光譜范圍是540～700nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，其特征在于所述植物生長發(fā)育調(diào)控因子是指所有能引起植物新陳代謝過程發(fā)生變化的植物內(nèi)源物質(zhì)和外源物質(zhì)。
9.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1～8任一項所述作物生長發(fā)育調(diào)控監(jiān)測方法的裝置，其特征在于包括可伸縮樣品暗室、溫控組件、可見光激發(fā)組件、弱光探測組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理組件、計算機；可見光激發(fā)組件及弱光探測組件與可伸縮樣品暗室相連接，弱光探測組件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理組件相連接，所述數(shù)據(jù)處理組件與計算機相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述作物生長發(fā)育調(diào)控監(jiān)測方法的裝置，其特征在于所述可見光激發(fā)組件為LED光照件；所述弱光探測組件包括光纖、光電倍增管模塊，光纖一端伸入暗室，另一端與光電倍增管模塊相連接；所述數(shù)據(jù)處理組件為單片機處理系統(tǒng)，所述單片機處理系統(tǒng)一方面通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述光電倍增管模塊相連接，另一方面亦通過控制接口與光電倍增管模塊相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種作物生長發(fā)育調(diào)控的監(jiān)測方法，主要是檢測在被調(diào)控條件下生長的植物綠色組織葉綠體光誘導(dǎo)延遲熒光強度，然后與對照植株的光誘導(dǎo)延遲熒光強度相比較，得到該植物的生長發(fā)育在此調(diào)控條件下被調(diào)控的效果和被調(diào)控的程度，以及調(diào)控因子的調(diào)控效應(yīng)。一種實現(xiàn)前述方法的裝置，包括可伸縮樣品暗室、溫控組件、可見光激發(fā)組件、弱光探測組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理組件、計算機。本發(fā)明操作性能靈敏、快捷，可以對多種植物生長發(fā)育調(diào)控因子的生長發(fā)育調(diào)控作用進行監(jiān)測，同時亦可對相同植物生長發(fā)育調(diào)控因子對不同植物以及相同植物不同生長周期的調(diào)控作用進行監(jiān)控。
文檔編號G01N33/00GK1804590SQ200510120908
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者邢達, 張玲瑞 申請人:華南師范大學(xué)