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2005年8月16日 作者:ctnyzn [返回]
植物电信号监测系统

    1 引言
植物电信号是与植物生理过程及体内传送信息相关的主要植物生理信号,它是植物对环境变化刺激引起的反应。电信号激发植物产生运动、生长代谢及物质运输等生理变化,从而调节植物与外部环境的关系。近期研究表明。植物局部电位(LEP)信号变化反映了温度、湿度、光变化对植物的影响,并从电波中解析出与光、温、湿变化的有关特征。另外, 还探讨了气孔行为与植物LEP的关系,认为植物LEP 在环境变化时参与气孔行为; 日本KeoIntabon et al (1996)测量番茄叶片表面电位,在光照时叶片表面电位比黑暗时高,认为光合活动可从叶片表面电位反映出来。目前研究亦表明: 高等植物具有敏感性, 当环境因子改变或植物受到刺激时, 产生相应反应-----植物电波的改变。
    上述植物电生理研究成果为生产实践提供了理论基础。如果能将植物电波信号作为温室生产调控环境因子的一个参考依据, 将可以为人、植物对话提供一个有效手段.使植物成为“会说话的植物”,以植物自身的变化作为改变其生长环境的依据。本次研究旨在分析植物在不同生理变化时尤其是不同光照下植物电位的变化,找出光照因子与植物电位之间的关系。
    2 实验材料和实验方法
    2.1 实验材料
(1) 待测植物的选择。选择适宜北方种植的新津一号黄瓜, 室温20℃ 左右, 光照充足,湿度合适.供水充足。
(2) 电极材料的选择。考虑到电极与植物体接触时,在植物体表面会有极化电位产生,若此极化电位过大,将会影响植物体表面本身电位, 因而对电极材料的选择应有如下要求:选择极化电位较小的金属(如铂金、银或铜),但考虑到性价比,选择铜、银作为电极材料。
(3) 电极形状的选择。选取尖端直径为0.1-0.2mm, 若太小, 则记录的电位幅度小不敏感。尖端也不能太细,否则噪声过大,信噪比过小。
(4) 电极与植物体接触的位置为植物的茎部或
叶部。
    2.2 实验方法与设备
把待测植物放在水分充足,温度适宜的实验室中,对照分为两组:一组植物阳光充足。另一组植物放在阴面,用植物电信号监测系统(见图1所示)记录植物表面电位的变化。


    2.3 实验中噪声和干扰的形成及排除
植物电信号属于微弱信号。若干扰信号太大,将会湮没被测信号,从而使测量失去意义。为消除电磁干扰,将植物体放入一个铜网做的屏蔽罩中,将屏蔽罩接地, 并将电路及其调理单元放置于金属盒中, 这种方法用来防止电磁场对受扰电路的影响。在设计电路时,将数字电路的地与模拟电路部分的地分开,将数字电路部分的电源与模拟电路的电源分开,并将模拟和数字两部分电路刚光电耦合器件隔离, 以减小干扰。为了滤除其他频率信号对植物电信号的干扰,在电路的设计时加入有源二阶低通滤波电路进行硬件滤波;在编写软件时进行软件滤波。

    3 植物电信号监测系统的组成 
在整个测量过程中,设计放大电路对于不同的输入信号采用不同的放大倍数及滤波截止频率。信号经过放大电路, 然后经A/D转换和光耦隔离后进入单片机, 由MAX232 与单片机串口通讯, 将数据送上位机,对奇异数据进行分析和处理,建立其与植物生理因子之间的关系.
系统软件采用在Windows98操作系统环境下的Vi sual BasiC 6.0设计,包括信号的采集与存储、信号的处理算法和信号的分析。
    4 结果与讨论
    晴天和阴天植物表面电位对照曲线图2所示。通过曲线图对比分析其趋势可知,植物在晴天电位高, 而在阴天电位低。这反映出植物在晴天时光合作用比阴天时强, 从而可以将植物电信号与植物的光合作用结合起来,为温室生产调控提供依据 .


    5 结束语
    针对目前植物电信号的测量方法中所遇到的的实际问题做了一些有益的尝试, 设计并制作了植物电信号监测系统,另外,对抗干扰的问题也做了一定的研究, 但囚本文所涉及内容为植物学与电子技术交叉领域的新学科,植物各个生理囚子与电信号之间的作用机制具有复杂性,单从某个方面研究还远远不够。为此, 只是对植物电信号的测量方法和测量手段做一个初步探索, 以期对以后的工作提供一个参考依据。


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