[發(fā)明專利]高等植物活體原位電活動的光電同步記錄系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102879367A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃嵐;趙東杰;王忠義;劉安
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高等植物活體原位電活動的光電同步記錄系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

植物電信號是植物體對外界刺激的最初反應(yīng)，植物受到刺激后也會出現(xiàn)動作電位（稱之為鋒電位）或動作電位的發(fā)放序列。只有對其進行定量分析才能很好地解釋高等植物電信號的產(chǎn)生機理、調(diào)控機制。如同“腦電”、“心電”能夠預(yù)示人體器官的生理狀態(tài)一樣，植物電信號可以反映高等植物的生長發(fā)育及營養(yǎng)狀況，并希望最終將其應(yīng)用在交互式溫室環(huán)境調(diào)控、植物生長發(fā)育及營養(yǎng)健康狀況的診斷和調(diào)節(jié)、節(jié)水灌溉的智能化控制等方面。植物電信號所呈現(xiàn)的是一個復(fù)雜的非線性動態(tài)過程，植物細胞之間電信號傳輸模式及信息處理的機理，以及植物細胞網(wǎng)絡(luò)電信號仿真中數(shù)據(jù)表達和并行處理方法等仍是值得繼續(xù)深入研究的科學(xué)問題。解決這些問題需要具有時空分辨率并能同時記錄多個植物細胞電活動的技術(shù)手段。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的胞外記錄技術(shù)能記錄多個細胞的疊加的電活動，但不具備空間分辨率，不區(qū)分細胞的電活動。微電極胞內(nèi)記錄技術(shù)只能記錄一個細胞的電活動，記錄兩個以上時基本無法實現(xiàn)，而且植物有細胞壁，電極連接固定和耦合是一個大問題，當接觸不良，則完全不能獲得真實信號，且無法獲得植物電信號多個細胞同步傳導(dǎo)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何實現(xiàn)高等植物活體原位電活動的非接觸式、高分辨率光學(xué)記錄，并提出光記錄信號的校準方法。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高等植物活體原位電活動的光電同步記錄系統(tǒng)，包括熒光激發(fā)裝置、熒光圖像采集裝置以及PC機，所述熒光激發(fā)裝置用于向用電壓敏感染料侵染的、待測的高等植物活體樣本發(fā)出熒光，所述熒光圖像采集裝置用于對所述高等植物活體樣本漫反射出的熒光進行圖像采集，并將采集的圖像發(fā)送給PC機，所述PC機用于從所述圖像中提取電信號。

優(yōu)選地，所述熒光激發(fā)裝置包括泵燈和第一濾光片，所述熒光圖像采集裝置位于所述熒光激發(fā)裝置與高等植物活體樣本之間，有兩套，第一套包括第一電荷耦合元件和第二濾光片，第二套包括第二電荷耦合元件和第三濾光片。

優(yōu)選地，在兩套熒光圖像采集裝置之間設(shè)有可移動的分束鏡，在所述分束鏡與高等植物活體樣本之間設(shè)有透鏡組。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括微電極、高阻抗放大器和數(shù)據(jù)采集器，所述微電極用于在所述熒光圖像采集裝置采集圖像的同時，通過刺入高等植物活體樣本來獲取所述高等植物活體樣本在所述熒光激發(fā)裝置發(fā)出的熒光照射下產(chǎn)生的電信號，所述高阻抗放大器用于指示所述微電極是否已刺入高等植物活體樣本中，所述數(shù)據(jù)采集器用于在高阻抗放大器指示所述微電極已刺入高等植物活體樣本中之后，采集所述高等植物活體樣本在所述熒光激發(fā)裝置發(fā)出的熒光照射下產(chǎn)生的電信號，并發(fā)送給所述PC機，所述PC機還用于對來自所述數(shù)據(jù)采集器的電信號進行校正。

優(yōu)選地，所述微電極是由1mm玻璃電極拉制而成的尖端為不大于1微米的電極。

本發(fā)明還提供了一種利用所述的系統(tǒng)對高等植物活體原位電活動進行光電同步記錄的方法，包括以下步驟：

S1、用電壓敏感燃料侵染待測的高等植物活體樣本，利用所述熒光激發(fā)裝置發(fā)出的熒光照射高等植物活體樣本；

S2、利用任一套所述熒光圖像采集裝置獲取高等植物活體樣本漫反射出的熒光的圖像以及高等植物活體樣本無熒光照射區(qū)域的圖像，讀取漫反射出的熒光的圖像中的熒光光強值和無熒光照射區(qū)域的圖像中的光強值，若兩者之比大于預(yù)設(shè)閾值，則兩套所述熒光圖像采集裝置獲取的漫反射出的熒光的圖像分別發(fā)送給PC機，否則將所述可移動的分束鏡移開，第二套熒光圖像采集裝置接收的漫反射出的熒光的圖像發(fā)送給PC機，PC機對獲取的圖像進行校正后得到電信號變化趨勢曲線；

S3、將所述微電極用KCl和羅丹明染料進行灌沖后將微電極尖端刺入高等植物活體樣本中，當高阻抗放大器指示電壓下降一定值時，利用數(shù)據(jù)采集器采集高等植物活體樣本在所述熒光激發(fā)裝置發(fā)出的熒光照射下產(chǎn)生的電信號，并發(fā)送給所述PC機；

S4、所述PC機利用來自數(shù)據(jù)采集器的電信號建立回歸模型，并利用回歸模型對來自數(shù)據(jù)采集器的電信號進行自校正。

優(yōu)選地，步驟S2中，對于兩套所述熒光圖像采集裝置獲取的漫反射出的熒光的圖像和PC機校正因光漂白引起的光衰減的公式為：其中j=1，2，i為圖像序號，k、α為常數(shù)，得到電信號變化趨勢曲線