[發(fā)明專利]一種研究植物光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310079394.X
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN103125295A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李許可;周泓;姚洪渭;黃華宏
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州漢徽光電科技有限公司
• 主分類號(hào): A01G9/02
• 分類號(hào): A01G9/02;A01G7/04;A01G7/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物光生物學(xué)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種研究植物光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置和方法。

背景技術(shù)

光合作用被譽(yù)為是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)，沒有光合作用就不可能有人類社會(huì)的產(chǎn)生和發(fā)展。光合作用是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，如何充分利用太陽能進(jìn)行光合作用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)根本性問題。光合作用對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率及增加能源生產(chǎn)具有重要意義，同時(shí)對研究生命起源、進(jìn)化及光能轉(zhuǎn)化等基本理論問題也是很重要的。光合作用是綠色植物通過葉子的氣孔從空氣中吸收CO₂，并通過根部吸收水分，在葉綠體的作用下，利用光能把CO₂-轉(zhuǎn)化成碳水化合物和化學(xué)潛能的過程。根據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)植物的干物質(zhì)中約90%是以碳水化合物為主的碳化物，而由根吸收的無機(jī)鹽類只占干物質(zhì)的10%。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中研究植物的光合作用與不同的光譜、光照強(qiáng)度之間的關(guān)系時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置和方法精度較低，導(dǎo)致研究結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種研究植物光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中研究植物的光合作用與不同的光譜、光照強(qiáng)度之間的關(guān)系時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置和方法精度較低的問題，提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

一種研究植物光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

植物種植裝置，所述植物種植裝置包括：相互嵌套且兩端平齊的不透光內(nèi)殼和不透光外殼、完全覆蓋所述內(nèi)殼和外殼兩端的不透光頂蓋和不透光底蓋、以及將所述內(nèi)殼、外殼、頂蓋和底蓋所構(gòu)成的環(huán)形空間等分成多個(gè)生長室的不透光隔離板，其中，所述隔離板與頂蓋之間具有第一通孔；

設(shè)置在各個(gè)生長室內(nèi)波長、光照時(shí)間和光照強(qiáng)度可調(diào)的半導(dǎo)體光源；

控制所述半導(dǎo)體光源的波長、光照時(shí)間和/或光照強(qiáng)度的第一處理器；

設(shè)置在各個(gè)生長室內(nèi)的氣體檢測裝置；

設(shè)置在各個(gè)生長室內(nèi)的溫度傳感器；

設(shè)置在第一通孔處用于采集植物生長狀態(tài)視頻圖像的視頻采集模塊。

優(yōu)選的，還包括：與所述視頻采集模塊相連，從所述視頻實(shí)時(shí)采集模塊采集的植物生長狀況視頻圖像中，提取植物生長狀況的視頻圖像序列，以及根據(jù)所述植物生長狀況的視頻圖像序列和預(yù)先獲得的描述植物生長狀況的狀態(tài)參數(shù)，提取葉片的不變矩、傅里葉描繪子和分形維數(shù)，作為網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，并采用誤差回傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對所述網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本進(jìn)行分類識(shí)別，獲得待研究植物生長狀態(tài)序列的第二處理器。

優(yōu)選的，還包括：與所述第二處理器相連，記錄植物生長狀態(tài)序列的存儲(chǔ)器。

優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)器包括：記錄植物正常生長狀態(tài)序列的第一存儲(chǔ)器；記錄待研究植物生長狀態(tài)序列與所述第一存儲(chǔ)器中植物正常生長狀態(tài)序列的比較結(jié)果的第二存儲(chǔ)器。

優(yōu)選的，還包括：與所述視頻采集模塊相連，將所述視頻采集模塊采集的植物生長狀況視頻圖像上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸裝置。

一種研究植物光合作用的方法，應(yīng)用于上述實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

預(yù)設(shè)各個(gè)生長室內(nèi)半導(dǎo)體光源的光照強(qiáng)度和波長；

將待研究的植物放置于各個(gè)生長室中；

控制所述半導(dǎo)體光源的光照強(qiáng)度，使得各個(gè)生長室內(nèi)待測點(diǎn)的光照強(qiáng)度與預(yù)設(shè)的光照強(qiáng)度相一致；

開啟視頻采集模塊，以使所述視頻采集模塊采集在各個(gè)生長室中的植物生長狀況的視頻圖像；

開啟氣體檢測裝置，對各個(gè)生長室內(nèi)的氣體含量進(jìn)行檢測；

開啟溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)生長室內(nèi)的溫度變化情況。

優(yōu)選的，還包括：

從所述視頻采集模塊實(shí)時(shí)采集的植物生長狀況視頻圖像中，提取植物生長狀況的視頻圖像序列；

根據(jù)所述植物生長狀況的視頻圖像序列和預(yù)先獲得的描述植物生長狀況的狀態(tài)參數(shù)，提取葉片的不變矩、傅里葉描繪子和分形維數(shù)，作為網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本；

采用誤差回傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對所述網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本進(jìn)行分類識(shí)別，獲得待研究植物的生長狀態(tài)序列。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)的描述植物生長狀況的狀態(tài)參數(shù)根據(jù)植物生長狀況的特征參數(shù)計(jì)算得到。

優(yōu)選的，還包括：預(yù)先存儲(chǔ)植物正常生長的狀態(tài)序列；記錄待研究植物生長的狀態(tài)序列與所述植物正常生長的狀態(tài)序列的比較結(jié)果。

優(yōu)選的，還包括：將所述視頻采集模塊采集的植物生長狀況視頻圖像上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行分析。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：