论文部分内容阅读
植物电信号是植物细胞在生命活动中发出的电磁信号,其在生命过程中的信息传导和生理调控中具有重要作用,广泛和深入开展植物电信号的研究在揭示生命本质、精准农业和环境保护等方面具有十分重要的理论意义和应用价值,并有可能导致一门新的学科——植物电子学的产生。然而,目前对植物电信号的相关研究很少。本文在分析植物电信号研究历史和现状的基础上,对几种植物的电信号进行了较为系统的研究,主要内容如下: 1、依据植物电信号的高阻抗源特性以及植物电信号采集的技术特点,选择贴片式电极作为测量植物电信号的传感电极,设计了采集电路并搭建了植物电信号采集系统,获得了较为理想的植物电信号。 2、采用小波阈值降噪技术,对采集到的植物电信号进行降噪处理,有效消除了植物电信号中的工频干扰和噪声。在此基础上,通过分析消噪后植物电信号的时域和频域特征,确定了植物电信号是一种幅值为μ(V)级、频率分布在1Hz以下的低频信号,并提出了描述植物电信号功率谱分布的边缘频率、重心频率、功率谱熵和功率谱指数等参数评价指标体系,给出了具体算法。 3、利用上述评价体系,分析了几种环境胁迫下植物电信号的功率谱特征以及小波熵和Renyi熵的变化规律,发现植物电信号的功率谱特征参数以及小波熵和Renyi熵的变化可以作为评价植物受到环境胁迫及其胁迫程度的灵敏信号,通过对植物电信号的测量和分析有望实现对环境胁迫下植物抗逆能力的实时、在位和无损监测。 4、基于上述对植物电信号特征的研究结果,提出了根据植物电信号的低频特征,通过外加极低频脉冲电场与植物本征电位耦合共振,对植物萌发与生长进行干预和调控的思路。在此基础上,建立了脉冲电场作用下细胞膜电位的计算模型,通过理论分析与仿真,得出了基于植物电信号和细胞膜电位特征的脉冲电场作用参数,根据这些参数设计了基于植物电信号的极低频脉冲电场发生系统。 5、为了无损、快速、灵敏检测和评价基于植物电信号的脉冲电场生物学效应,设计了将激发光源和光探测器整合为一体,用于检测生物超微弱发光的测量系统,通过电子快门精确控制光探测器的采集时间,实现了对生物超弱光子辐射中延迟发光测量时间的精确控制,有效提高了延迟发光测量的准确性,为利用生物超弱发光的检测实现电场生物学效应的评判创造了条件。 6、采用100kV/m、0.2Hz、80ms脉宽的极低频高压脉冲电场处理萌发绿豆和玉米,发现极低频高压脉冲电场明显促进了萌发绿豆和萌发玉米的芽长和根长生长。超弱光子辐射的研究表明,脉冲电场作用使萌发种子中自发发光和延迟发光积分强度都有明显提高,证明了基于植物电信号的极低频高压脉冲电场具有显著的生物学效应,得到了理想的结果。 通过上述对植物电信号采集、分析和应用的系统研究,拓广和深化了目前对植物电信号的认识,促进了相关技术和应用研究的发展,为植物电子学的建立、环境科学的发展,以及现代农业提供了新的理论基础和技术支持。