一种植物电阻抗图谱的测量装置及方法

1.本说明书涉及电阻抗图谱技术领域，尤其涉及一种植物电阻抗图谱的测量装置及方法。


背景技术：

2.通过测定植物组织或器官的电阻抗值能够获得植物在胁迫状态下的基本生理学信息，比如电阻抗图谱分析作为测量植物抗寒性的一种方法，在农业、林业和园艺领域的应用正在不断扩大。同时，植物的电阻抗是一个十分微弱的电信号，在对植物的电阻抗值进行测量时易受外界环境中各种因素的干扰。
3.因此有必要提供一种能够方便快捷地对植物的电阻抗值进行测量，同时保证测量精度的测量方法。


技术实现要素：

4.本说明书实施例提供一种植物电阻抗图谱的测量装置及方法，能够快捷且较高精度地对植物的电阻抗值图谱进行测量。
5.为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：
6.本说明书实施例提供的一种植物电阻抗图谱的测量装置，包括：
7.由阻抗仪和软件分析系统组成的阻抗仪测量系统，其中，所述阻抗仪采集的信号数据通过数据采集卡gpib传输至所述软件分析系统，所述软件分析系统用于对所述阻抗仪采集的信号数据进行数据分析；
8.夹具，用于夹持预先切取的待测植物；
9.测量室，用于放置所述夹具以及屏蔽外部环境的干扰信号；
10.第一电极和第二电极，所述第一电极用于插入所述切取的待测植物的一个端面，所述第二电极用于插入所述切取的待测植物的另一个端面；所述第一电极通过导线与所述阻抗仪的第一端口电性连接，所述第二电极通过导线与所述阻抗仪的第二端口电性连接。
11.优选的，所述测量室内设置有电磁屏蔽网。
12.优选的，所述夹具为第一夹具，所述第一夹具包括l型支撑板，所述l型支撑板包括竖直支撑板和水平支撑板，所述水平支撑板一体设置在离所述竖直支撑板的底端预设长度处；所述水平支撑板远离所述竖直支撑板的底端面处固定设置有若干立柱；
13.所述竖直支撑板的一端面固定设置有第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板位于所述第二支撑板的正上方且所述第一支撑板的长度大于所述第二支撑板的长度；
14.所述第一支撑板的一端固定设置有第一环体，所述第二支撑板的一端固定设置有第二环体，所述第一环体的内径小于所述第二环体的内径；所述第一环体的开口和所述第二环体的圆心竖直对中；所述第一环体的外周面固定设置有微调旋钮；
15.所述第二环体的上端面均匀设置有若干斜l型支撑架；所述斜l型支撑架的斜型部分设置有槽口，所述槽口用于放置针状电极。
16.优选的，所述斜l型支撑架的数量为三至十二个。
17.优选的，所述斜l型支撑架的数量为六个，其中，每个所述斜l型支撑架用于放置一个针状电极；
18.将连续排列的三个针状电极划分为第一组电极，将与所述第一组电极中的每个针状电极的导线末端组合为第一电极接头，将所述第一电极接头与所述阻抗仪的第一端口电性连接；
19.将其余连续排列的三个针状电极划分为第二组电极，将与所述第二组电极中的每个针状电极的导线末端组合为第二电极接头，将所述第二电极接头与所述阻抗仪的第二端口电性连接。
20.同时，本发明还提供一种植物电阻抗图谱的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
21.步骤s1、切取待测植物的待测量样本，将所述待测量样本用蒸馏水洗净然后晾干；
22.步骤s2、用所述夹具固定所述待测量样本，在所述待测量样本的第一端面插入所述第一电极，在所述待测量样本的第二端面插入所述第二电极；
23.步骤s3、打开阻抗仪，设定所述阻抗仪的激励电压或激励电流，在预设频率点下测量所述待测量部分的电阻抗值。
24.优选的，所述工作电压为80～120mv，所述预设频率点为80hz～10mhz内的42个频率点
25.本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
26.本发明提供了一种植物电阻抗图谱的测量装置，本测量装置能够有效地屏蔽外部环境电磁信号的干扰，从而保证对待测量植物的电阻抗值图谱的各特征参数的精确测量，最终通过本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置，能够在特定频率的电压或电流激励下捕捉胁迫状态下(生物胁迫或非生物胁迫)植物样品内部阻抗值变化，得到能够反映植物的生理状态的电阻抗图谱特征参数的精确数值。
附图说明
27.图1为本说明书实施例所提供的植物电阻抗图谱的测量装置中的各单元连接关系示意图；
28.图2为本说明书实施例所提供的植物电阻抗图谱的测量装置中第一种夹持工具的结构示意图；
29.图3为本说明书实施例所提供的植物电阻抗图谱的测量装置中第二种夹持工具的结构示意图；
30.图4为图3中的第二种夹持工具的另一角度的视图；
31.图5为本说明书实施例所提供的植物电阻抗图谱的测量装置中使用图4提供的第二种夹持工具测量植物的电阻抗的实物图；
32.图6为本说明书实施例提供的植物电阻抗图谱的测量方法的流程示意图；
33.图7表示在本说明书实施例所提供的植物的电阻抗测量装置中的软件分析系统显示屏幕上对测量得到的数据进行展示的效果示意图。
34.其中，1表示测量室，2表示夹具，3表示第一电极，4表示第二电极，5表示l型支撑
板，51表示竖直支撑板，52表示水平支撑板，53表示立柱，6表示第一支撑板，7表示螺口，8表示第一环体，9表示微调旋钮，10表示第二环体，11表示斜l型支撑架，12表示第二支撑板，13表示支撑底座，14表示支撑架，15表示立柱，16表示数据采集卡。
具体实施方式
35.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.本发明首先提供一种植物电阻抗图谱的测量装置，如图1所示，此测量装置包括：由阻抗仪和软件分析系统组成的阻抗仪测量系统，其中，所述阻抗仪采集的信号数据通过数据采集卡gpib(在图1中标号为16)传输至所述软件分析系统，所述软件分析系统用于对所述阻抗仪采集的信号数据进行数据分析。
37.如图1所示，本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置还包括测量室1，测量室1为一个长方体式的透明的中空结构，在使用时为封闭环境，在图1中为了对其内部结构进行说明，未对此长方体式的测量室1的盖子进行示意(打开此盖子后，便于实验人员放置待测植物)。在测量室1内放置有用于夹持预先切取的待测植物的夹具2。
38.本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置还包括第一电极3和第二电极4，第一电极3用于插入预先切取的待测植物的一个端面，第二电极4用于插入此切取的待测植物的另一个端面；第一电极3通过导线与所述阻抗仪的第一端口电性连接，第二电极4通过导线与所述阻抗仪的第二端口电性连接。通过这样的设置，在放置完毕待测植物并通过导线连接好电极后，测量室1提供了一个封闭环境，能够屏蔽外部环境的干扰信号。
39.本发明提供了一种植物电阻抗图谱的测量装置，本测量装置能够有效地屏蔽外部环境电磁信号的干扰，从而保证对待测量植物的电阻抗值图谱的各特征参数的精确测量，最终通过本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置，能够在特定频率的电压或电流激励下捕捉胁迫状态下(生物胁迫或非生物胁迫)植物样品内部阻抗值变化，得到能够反映植物的生理状态的电阻抗图谱特征参数的精确数值。
40.进一步优化方案，所述测量室1内设置有电磁屏蔽网。通过放置电磁屏蔽网能够进一步屏蔽外部环境的干扰信号，保证最终测量结果的准确性。
41.进一步优化方案，如图2所示，夹具2为第一夹具，第一夹具包括l型支撑板5，l型支撑板5包括竖直支撑板51和水平支撑板52，水平支撑板52一体设置在离竖直支撑板51的底端预设长度处；水平支撑板52远离竖直支撑板51的底端面处固定设置有若干立柱53。竖直支撑板51的一端面固定设置有第一支撑板6和第二支撑板12，第一支撑板6位于第二支撑板12的正上方且第一支撑板6的长度大于第二支撑板12的长度，第一支撑板6的一端固定设置有第一环体8，第二支撑板12的一端固定设置有第二环体10，第一环体8的内径小于第二环体10的内径；第一环体8的开口和第二环体10的圆心竖直对中；第一环体8的外周面固定设置有微调旋钮9，第二环体10的上端面均匀设置有若干斜l型支撑架11；斜l型支撑架11的斜型部分设置有槽口，槽口用于放置针状电极。
42.在使用图2所示的第一夹具时，将切取的待测植物从第一环体8的开口处放入，待
测植物的下端穿过第二环体10的开口，然后对微调旋钮9进行微调，可以精确设定待测植物的位置，然后将每个斜l型支撑架11处设置的针状电极都插入待测植物内。然后将第一夹具整体放入测量室1内，连接好相应的导线，再将测量室1的盖子落下，构成一个封闭环境，然后进行相关测量。
43.进一步优化方案，斜l型支撑架11的数量为四至十个。在可选的实施例技术方案中，斜l型支撑架11的数量为六个，相邻两个斜l型支撑架11间的夹角为60度。其中，每个斜l型支撑架11用于放置一个针状电极；将连续排列的三个针状电极划分为第一组电极，将与第一组电极中的每个针状电极的导线末端组合为第一电极接头，将第一电极接头与阻抗仪的第一端口电性连接；将其余连续排列的三个针状电极划分为第二组电极，将与第二组电极中的每个针状电极的导线末端组合为第二电极接头，将第二电极接头与阻抗仪的第二端口电性连接。
44.本发明还提供一种应用于图1所示的植物的电阻抗测量装置中的第二种夹持工具，如图3至图5所示，图3为本说明书实施例所提供的植物的电阻抗测量装置中第二种夹持工具的结构示意图，如图3所示，此第二种夹持工具包括一长方体形状的支撑底座13，在支撑底座13上设置有半口状的支撑架14，在支撑架14的一个端面上固定设置有立柱15。
45.需要说明的是，在试验过程中为了有效地对待立柱状的待测量样本进行夹持，需要两个第二种夹持工具配对使用，通过相对设置的两个立柱15对待测量样本进行夹持。
46.为了对第二种夹持工具的结构进行清晰展示，本说明书还提供的图4，图4为图3中的第二种夹持工具的另一视角的试图。
47.基于前文提供的植物电阻抗图谱的测量装置，本发明还提供一种植物电阻抗图谱的测量方法，如图7所示，此方法包括：
48.步骤s602：切取待测植物的待测量样本，将所述待测量样本用蒸馏水洗净然后晾干。
49.具体的，在选取待测植物时，应选取当年生生长健壮、无病虫害的枝条，阔叶树种选取薄厚均匀一致、无病虫害的叶片、针叶树种选取生长健壮、无病虫害的针叶，样品采集后置于0～4℃容器内保存与运输。
50.在试验过程中，切取得到待测植物的待测量样本，待测量样本的切面及切口应光滑。然后用蒸馏水洗去除待测量样本表面的污染物，再用去离子水清洗3次，洗后用吸水纸吸干水分，分别装入塑料密封袋内，放入0～4℃环境中，待用。
51.步骤s604：用所述夹具固定所述待测量样本，在所述待测量样本的第一端面插入所述第一电极，在所述待测量样本的第二端面插入所述第二电极。
52.本步骤中既可以选择如图2所示的第一夹具，也可以选择如图3所示的第二夹具，需要说明的是，在使用后者时，应在立柱15的端面涂抹凝胶，使待测量样本的切面与凝胶充分接触。
53.步骤s606：打开阻抗仪，设定所述阻抗仪的激励电压或激励电流，在预设频率点下测量所述待测量部分的电阻抗值。
54.进一步优化方案，所述工作电压为80～120mv，所述预设频率点为80hz～10mhz内的42个频率点。
55.需要说明的是，在实际试验过程中，测试人员应全程采取防污染措施，比如测试人
员需戴乳胶手套，以防对实验装置及试验样品造成污染。
56.本发明的技术原理：利用本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置，向待测植物的待测量样本施加特定频率的激励电压或激励电流，并检测相应的阻抗等电特性参数及其变化，从而捕捉胁迫状态下(生物胁迫或非生物胁迫状态)植物样品内部阻抗值的变化，得到能够反映植物的生理状态的电阻抗图谱特征参数的精确数值。
57.应用本发明提供的装置，能够对待测植物的生理学参数进行进一步测量。
58.举例说明，病虫害是病害和虫害的并称，利用本发明提供的植物电阻抗图谱的测量装置和方法，可对病虫害这种生物胁迫状态下植物的电阻抗图谱各特征参数进行测量，从而获取这种生物胁迫状态下相关的生理和病理信息。具体实践过程中，由于植物组织之间存在明显差异，不同组织的细胞大小不同，而且形态各异，通常用分布电路元素构成分布模型，单-dce模型共涉及若干个参数，即，样品失活温度、失活维持温度、胞外电阻率re、胞内电阻率ri、高频电阻率r1、低频电阻率r2、弛豫时间τ、弛豫时间分布系数ψ、半致死温度等。
59.其中，胞外电阻率re可以指电流流经植物组织时，在细胞与细胞之间产生的电阻为胞外电阻。胞外电阻乘以样品的横截面积，再除以样品的长度为胞外电阻率，单位ωm。胞内电阻率ri可以指电流流经植物组织时，在细胞之内产生的电阻为胞内电阻。胞内电阻乘以样品的横截面积，再除以样品的长度为胞内电阻率，单位ωm。高频电阻率r1可以指根据样品在高频段所测的电阻值得到相应的高频电阻率。低频电阻率r2可以指根据样品在低频段所测的电阻值得到相应的低频电阻率。弛豫时间τ可以指，一般意义上而言，处于非平衡态的系统经过一定时间趋于平衡，从不平衡态到平衡态所需要经历的时间间隔，称为弛豫时间。弛豫时间分布系数ψ可以指，根据公式τ＝r
11/ψ
c1(式中c1为电容)得出。半致死温度可以指样本50％死亡的温度，应用这些数据，比如可以对植物的抗寒性进行测定。
60.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。