[发明专利]确定细胞膜电位的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，特别涉及一种确定细胞膜电位的方法和 装置。

背景技术

当植物受到环境变化刺激后会产生相应的胞外信号传递，例如：化学信 号、水信号和电信号，而其中电信号的发生和传递可能是植物体对外部刺激 的最初反应，这种反应可以触发生理变化，从而协调植物体内各器官、各组 织之间以及植物体自身和外部环境之间的关系。植物电信号的变化归纳为三 种：局部电位、动作电位和变异电位；其中，局部电位指植物中由环境变化 刺激引起的非传导性电位变化，局部电位将环境变化刺激转换为细胞膜电位 的变化，当细胞膜电位的变化超过某个阈值时，会引发动作电位；动作电位 是暂时的、可再生的细胞膜电位的变化，是由于短时的强电流产生的去极化 作用；变异电位是由伤害刺激引起的电位变化，变异电位的持续时间长、不 遵循“全或无”定律，可以从受刺激部位向外传导，在其前沿常有一个可能 是动作电位的峰值电位。

与动物和人的生物电信号不同，在正常生长条件下高等植物的电信号往 往是以局部电位的形式而缓慢波动的，是对环境变化的响应，随环境因子温 度、湿度和光照变化而改变。但是，长期以来由于信息采集仪器、数据存储 及处理手段等条件的限制，现有技术的研究主要集中在如何诱导(例如：胁 迫锻炼、短时高温热刺激)植物产生动作电位、变异电位以及探讨电信号在 植物体内可能的传递途径上。

发明人在实现本发明过程中发现，植物细胞受到外界条件刺激时的生理 变化与多方面因素有关，现有技术通过离子通道特性分析植物细胞受到外界 刺激时的生理变化，其理论分析结果与实际情况存在较大的差距；而现有技 术通过植物细胞的细胞膜电位分析植物细胞受到外界刺激时的生理变化，其 分析结果是基于有限检测值的定性分析结果，缺少有效的模型对植物细胞的 细胞膜电位进行定量分析，从而不能准确反映植物细胞受到外界刺激时的生 理变化趋势。

发明内容

本发明提供一种确定细胞膜电位的方法和装置，用于获得植物细胞受到 外界刺激时细胞膜电位的定量分析结果，从而为准确反映植物细胞受到外 界刺激时的生理变化趋势提供技术支撑。

本发明提供了一种确定细胞膜电位的方法，包括：

检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位；

当所述植物细胞受到外界刺激时，对所述植物细胞进行检测，获得所述 植物细胞的刺激电流的检测值、所述植物细胞中各离子通道的最大电导和逆 转电位、以及所述植物细胞的漏电导和漏电压；

根据所述植物细胞的刺激电流的检测值确定所述刺激电流的统计值；根 据所述植物细胞中各离子通道的最大电导确定所述各离子通道的电导，并根 据所述各离子通道的电导、逆转电位和所述初始细胞膜电位确定所述各离子 通道的电流；根据所述植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压确定所 述植物细胞的漏电流；根据所述植物细胞的初始细胞膜电位确定所述植物细 胞的质子泵电流；

根据所述刺激电流的统计值、所述各离子通道的电流、所述植物细胞的 漏电流和所述植物细胞的质子泵电流，确定所述植物细胞当前的细胞膜电位。

本发明还提供一种确定细胞膜电位的装置，包括：

检测模块，用于检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位，当 所述植物细胞受到外界刺激时，对所述植物细胞进行检测，获得所述植物细 胞的刺激电流的检测值、所述植物细胞中各离子通道的最大电导和逆转电位、 以及所述植物细胞的漏电导和漏电压；

电流确定模块，用于根据所述检测模块检测的植物细胞的刺激电流的检 测值确定所述刺激电流的统计值；根据所述植物细胞中各离子通道的最大电 导确定所述各离子通道的电导，并根据所述各离子通道的电导、逆转电位和 所述初始细胞膜电位确定所述各离子通道的电流；根据所述植物细胞的初始 细胞膜电位、漏电导和漏电压确定所述植物细胞的漏电流；根据所述植物细 胞的初始细胞膜电位确定所述植物细胞的质子泵电流；

电位确定模块，用于根据所述电流确定模块确定的刺激电流的统计值、 所述各离子通道的电流、所述植物细胞的漏电流和所述植物细胞的质子泵电 流，确定所述植物细胞当前的细胞膜电位。