[发明专利]一种定量植物胞内水分利用效率和相对持水时间的方法

说明书

本发明公开了一种定量植物胞内水分利用效率和相对持水时间的方法，属于农业工程和农作物信息检测技术领域，测定不同夹持力下植物叶片生理阻抗和生理电容，进一步计算植物叶片生理容抗；构建植物叶片的生理电容随夹持力变化、植物叶片的生理阻抗随夹持力变化、植物叶片的生理容抗随夹持力变化模型，利用上述三个模型的参数计算植物叶片的比有效厚度、固有生理阻抗、固有生理容抗，进而计算叶片相对持水量、叶片胞内水分利用效率、相对持水时间和叶片导水速率。本发明不仅可以快速、在线定量检测不同环境下不同植物对水分的持有能力和供需能力，测定的结果具有可比性，而且还可以用生物物理指标表征不同环境下不同植物对环境的适应特征。

技术领域

本发明属于农业工程和农作物信息检测技术领域，具体涉及一种定量植物胞内水分利用效率和相对持水时间的方法，不仅可以快速、在线定量检测不同环境下不同植物对水分的持有能力和供需能力，测定的结果具有可比性，而且还可以用生物物理指标表征不同环境下不同植物对环境的适应特征，为作物精确灌溉和水分管理提供科学依据。

背景技术

水是原生质的主要成分，是物质吸收、运输的良好介质，它直接参与体内重要的代谢过程。植物的一切正常生命活动，都必须在水分相当饱和的情况下才能协调地进行，否则，正常生命活动就会受到破坏，甚至停止。由于绿色植物是自养型的，要维持正常的生命活动，就必须高效率地进行光合作用。为此，它必须发展大量的叶面积，充分地接受阳光，并且与周围环境不断地进行气体交换(吸收二氧化碳和释放氧气)。但由于大气的水势比植物体的水势低得多，所以，这接受阳光的表面必然成了水分蒸发的表面，气体交换的通道也是水蒸气散失的通道。因此，植物一方面通过根系不断地从环境中吸收水分，经过根、茎的运输分配到植物体的各部分，以满足正常生命活动的需要；另一方面植物体又不可避免地要丢失大量水分到环境中去，故植物体实际上是处于不断吸水和不断丢水的动态平衡之中。当植物吸水量补偿不了失水量时，常发生萎蔫现象，严重时可引起叶、花、果的脱落，甚至死亡。

叶片是叶最重要的组成部分，多为薄的绿色扁平体，这种薄而扁平的形态，具有较大的表面积，能缩短叶肉细胞与叶表面的距离，起支持和输导作用的叶脉也处于网络状态。这些特征，有利于气体交换和光能的吸收，有利于水分、养料的输入以及光合产物的输出，是对光合作用和蒸腾作用的完善适应。叶片是对包括水分代谢在内的各种代谢最敏感的器官。叶片的水分状况对植物的生长发育起着至关重要的作用。因此叶片的持水时间、持水量以及叶片中的持水的利用效率对植物的水分代谢具有重要的意义。

由于幼嫩的叶片占比小，因此成熟叶片在水分代谢中起着决定的作用。完全展开叶的叶片均是成熟的叶片，它们的细胞均具有中心液泡，在叶肉细胞里，液泡和细胞质占据了细胞内绝大部分空间，它们的吸水方式主要是渗透性吸水。无论是细胞还是细胞器，它们的外部均有细胞膜包被。细胞膜主要由脂质(主要为磷脂)(约占细胞膜总量的50％)、蛋白质(约占细胞膜总量的40％)和糖类(约占细胞膜总量的2％-10％)等物质组成；其中以蛋白质和脂质为主。磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。在电镜下可分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5nm的电子致密带(亲水部分)，中间夹有一条厚2.5nm的透明带(疏水部分)。因此，细胞(器)可以看成是一个同心球的电容器，只不过这种电容器因膜上的外周蛋白质和内在蛋白质变得具有兼有电感器和电阻器作用的复杂电容器罢了。

在植物细胞中有大小不同的液泡。成熟的植物细胞有一个很大的中央液泡，其一般占据细胞体积的30％，多者可达90％。而成熟的叶片细胞的液泡的体积一般在50％至90％。由于液泡是由一层单位膜围成，其中主要成分是水，而原生质的成分也主要是水，因此，叶片细胞的体积基本上可以代表叶片的持水量。

LCR可以测定叶片的生理电容、生理阻抗，而电容与细胞的体积存在明显的关系，所以可以通过电容来表征细胞体积，而细胞(器)尤其是展开叶叶片的细胞(器)，体积与持水量成正比，因此可以获得细胞的持水量。持水量支撑着植物细胞生长，代表着胞内水分利用效率(有别于通常意义上的植物水分利用效率，这里不考虑蒸腾作用与水分吸收同时的蒸腾作用)。随后，通过阻抗的测定可以获得持水时间和导水速率。

发明内容