CN101592625A - 确定细胞膜电位的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定细胞膜电位的方法和装置，该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；当植物细胞受到外界刺激时，对植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、该植物细胞中各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压；根据上述检测结果确定刺激电流的统计值、各离子通道的电流、漏电流和质子泵电流；根据刺激电流的统计值、各离子通道的电流、植物细胞的漏电流和所述植物细胞的质子泵电流，确定植物细胞当前的细胞膜电位。从而实现了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，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了技术支撑。

Description

确定细胞膜电位的方法和装置

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。

本发明对植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位进行检测，当该植物细胞受到外界刺激时，对该植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压；然后根据植物细胞的刺激电流的检测值确定刺激电流的统计值；根据植物细胞中各离子通道的最大电导确定各离子通道的电导，并根据各离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定各离子通道的电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压确定植物细胞的漏电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位确定该植物细胞的质子泵电流；最后根据刺激电流的统计值、各离子通道的电流、漏电流和质子泵电流，确定植物细胞当前的细胞膜电位。从而实现了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，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了技术支撑。本发明提供的技术方案是植物电生理研究的一个有力手段，促进了植物电生理研究，同时为实施农业中植物电信号的监测与分析提供了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明确定细胞膜电位的方法一个实施例的流程图；

图2为本发明确定细胞膜电位的方法另一个实施例的流程图；

图3为外界刺激为光强变化时，通过本发明实施例提供的方法确定的叶肉细胞的细胞膜电位随时间的变化曲线示意图；

图4为外界刺激为光强变化时，实际采集到的叶肉细胞的细胞膜电位随时间的变化曲线示意图；

图5为本发明确定细胞膜电位的装置一个实施例的结构示意图；

图6为本发明确定细胞膜电位的装置另一个实施例的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种确定细胞膜电位的方法，图1为本发明确定细胞膜电位的方法一个实施例的流程图，如图1所示，该实施例包括：

步骤101，检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位。本实施例中的外界刺激包括光强变化和/或温度变化。

步骤102，当该植物细胞受到外界刺激时，对该植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、该植物细胞中各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压。

其中，在对植物细胞进行检测时，可以采用膜片钳和非损伤振动微电极对该植物细胞进行检测，当然本发明并不局限于此，任何可以对植物细胞进行检测，并获得上述检测值的方式均应落入本发明的保护范围。

步骤103，根据该植物细胞的刺激电流的检测值确定该刺激电流的统计值；根据该植物细胞中各离子通道的最大电导确定各离子通道的电导，并根据各离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定各离子通道的电流；根据该植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压确定该植物细胞的漏电流；根据该植物细胞的初始细胞膜电位确定该植物细胞的质子泵电流。

步骤104，根据刺激电流的统计值、各离子通道的电流、植物细胞的漏电流和该植物细胞的质子泵电流，确定该植物细胞当前的细胞膜电位。

本实施例中，当外界刺激为光强变化时，上述刺激电流的统计值为光强变化刺激电流的统计值；当外界刺激为温度变化时，上述刺激电流的统计值为温度变化刺激电流的统计值；当外界刺激为光强变化和温度变化时，上述刺激电流的统计值为光强变化刺激电流的统计值与温度变化刺激电流的统计值之和。

优选地，在确定植物细胞当前的细胞膜电位之后，根据该植物细胞当前的细胞膜电位，可以确定该植物细胞受到外界刺激时的生理变化状态。

上述实施例实现了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，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了技术支撑。并且本实施例提供的方法是植物电生理研究的一个有力手段，促进了植物电生理研究，同时为实施农业中植物电信号的监测与分析提供了基础。

图2为本发明确定细胞膜电位的方法另一个实施例的流程图，该实施例具体描述在“检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位”，以及“当该植物细胞受到外界刺激时，对该植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、该植物细胞中各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压”之后，确定植物细胞当前的细胞膜电位的过程。如图2所示，该实施例包括：

步骤201，当外界刺激为光强变化时，根据植物细胞的光强变化刺激电流的检测值确定光强变化刺激电流的统计值。其中，植物细胞包括保卫细胞和叶肉细胞。

对于保卫细胞，光强变化能够引起保卫细胞的细胞膜电位的变化，从而使保卫细胞的膨压发生改变，导致气孔的开闭。光线由暗到明所致的光强变化，即光打开，能够使保卫细胞的细胞膜超极化；光线由明到暗所致的光强变化，即光关闭，能够使保卫细胞的细胞膜去极化。当光强变化为光线由暗到明所致的光强变化时，根据保卫细胞的光强变化刺激电流的检测值，可以确定保卫细胞中光强变化刺激电流的统计值I_Light1与时间t的关系为：

I_Light1＝a₁·exp(-t/b₁)                         (1)

式(1)中，t的单位为秒(s)，I_Light1的单位为皮安每平方微米(pA/μm²)，a₁、b₁为自由参数，a₁＝71±5，b₁＝56±2，优选地，可以取a₁＝71，b₁＝56。

当光强变化为光线由明到暗所致的光强变化时，根据保卫细胞的光强变化刺激电流的检测值，可以确定保卫细胞中的光强变化刺激电流的统计值I_Light2与时间t的关系为：

$I_{\mathrm{Light}2}=a_2\·{(1-\exp (-t/b_2))}^{c_1}---\left(2\right)$

式(2)中，t的单位为秒，I_Light2的单位为pA/μm²，a₂、b₂、c₁为自由参数，a₂＝71±4，b₂＝82±2，c₁＝3±1，优选地，可以取a₂＝71，b₂＝82，c₁＝3。

对于叶肉细胞，光线由暗到明所致的光强变化能够使叶肉细胞的细胞膜去极化，光线由明到暗所致的光强变化能够使叶肉细胞的细胞膜复极化至静息状态。根据叶肉细胞的光强变化刺激电流的检测值，可以确定叶肉细胞的光强变化刺激电流的统计值I_Light2与时间t的关系为：

$I_{\mathrm{Light}3}=a_3\·{(1-\exp (-t/b_3))}^{c_2}\·\exp {(-t/d)}^e---\left(3\right)$

式(3)中，t的单位为秒，I_Light3的单位为pA/μm²，a₃、b₃、c₂、d、e均为自由参数，a₃＝1120±10.5，b₃＝63±1.2，c₂＝4±0.2，d＝28±2.2，e＝1±0.1，优选地，可以取a₃＝1120，b₃＝63，c₂＝4，d＝28，e＝1。

步骤202，当外界刺激为温度变化时，根据植物细胞的温度变化刺激电流的检测值确定温度变化刺激电流的统计值。具体地，检测植物细胞未受到外界刺激时的内向钙离子流，以及受到外界刺激时的最大内向钙离子流、最大外向钙离子流和细胞质内钙离子的浓度，在进行检测时，可以采用非损伤振动微电极的方式；根据该植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流和最大内向钙离子流确定该植物细胞的内向钙离子流的统计值；根据最大外向钙离子流和该细胞质内钙离子的浓度确定该植物细胞的外向钙离子流的统计值；根据该植物细胞的内向钙离子流的统计值和该植物细胞的外向钙离子流的统计值确定温度变化刺激电流的统计值。其中，保卫细胞和叶肉细胞的温度变化刺激电流可以由相同的表达式表示。

下面介绍内向钙离子流的统计值的确定过程。

植物细胞上的非选择性钙渗透性通道的活性依赖于温度的变化速率

与温度(T)无关，即在任意温度下，只要温度的变化速率

达到一定程度，非选择性钙渗透性通道就会激活使钙离子内流。当温度变化为温度由低到高变化时，根据该植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流和最大内向钙离子流确定该植物细胞的内向钙离子流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{IN}1}=I_{\mathrm{IN}0}+\frac{I_{\mathrm{IN}\max }\·{\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}^{n1}}{{K_1}^{n1}+{\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}^{n1}}---\left(4\right)$

式(4)中，I_IN1是温度由低到高变化时的内向钙离子流的统计值，单位为微摩尔每秒(μM/s)；I_IN0是植物细胞未受到外界刺激时的内向钙离子流，单位为μM/s；I_INmax是最大内向钙离子流，单位为μM/s；

是温度变化速率，单位为摄氏度每秒(℃/s)；K₁和n1为自由参数，K₁＝1±0.5，n1＝3±0.5；优选地，可以取K₁＝1，n1＝3。

当温度变化为温度由高到低变化时，根据该植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流和最大内向钙离子流确定该植物细胞的内向钙离子流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{IN}2}=I_{\mathrm{IN}0}+\frac{I_{\mathrm{IN}\max }\·{(-\frac{(\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)-|\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\left|\right)}{2})}^{n1}}{{K_1}^{n1}+{(-\frac{(\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)-|\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\left|\right)}{2})}^{n1}}---\left(5\right)$

式(5)中，I_IN2是温度由高到低变化时内向钙离子流的统计值，单位为μM/s；I_IN0是植物细胞未受到外界刺激时的内向钙离子流，单位为μM/s；I_INmax是最大内向钙离子流，单位为μM/s；

是温度变化速率，单位为℃/s；

为温度变化速率的绝对值；K₁和n1为自由参数，K₁＝1±0.5，n1＝3±0.5；优选地，可以取K₁＝1，n1＝3。

下面介绍外向钙离子流的统计值的确定过程。

钙泵的活性依赖于摄氏温度(T)，随温度升高而增加。本实施例中，根据最大外向钙离子流和该细胞质内钙离子的浓度可以确定由钙泵调节的该植物细胞的外向钙离子流的统计值为：

$I_{\mathrm{EX}}=I_{\mathrm{EX}\max }\·\exp (\frac{\ln Q}{10}\·(T-T_0))\·\frac{{{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}^{n2}}{{K_m}^{n2}+{{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}^{n2}}---\left(6\right)$

式(6)中，I_EX是该植物细胞的外向钙离子流的统计值，单位为μM/s；T是摄氏温度，单位为摄氏度(℃)；T₀为初始摄氏温度；[Ca²⁺]_c是细胞质内钙离子的浓度，单位为微摩尔(μM)；K_m和n2为自由参数，Q为与温度有关的常数，K_m＝0.5±0.5，n2＝2±0.5，Q＝10±0.5；优选地，可以取K_m＝0.5，n2＝2，Q＝10。

式(6)中，I_EXmax是最大外向钙离子流，根据植物细胞的细胞质内钙离子的浓度和该植物细胞的细胞质内钙离子的初始浓度可以确定该植物细胞的最大外向钙离子流I_EXmax，具体如下所示，

$\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{EX}\max }}{\mathrm{dt}}=P_0\·\mathrm{sign}({\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c-{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_{c0})\·\frac{{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}{K_P+{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}---\left(7\right)$

式(7)中，

是I_EXmax的变化速率，单位为微摩尔每平方秒(μM/s²)；[Ca²⁺]_c0是植物细胞的细胞质内钙离子的初始浓度，单位为μM；P₀是一个自由参数，取值范围为0.005～0.01μM/s²，优选地，可以取P₀＝0.005。

由于内向钙离子流和外向钙离子流均为钙离子流，因此根据植物细胞的内向钙离子流的统计值和植物细胞的外向钙离子流的统计值，可以确定钙离子流的统计值，即温度变化刺激电流的统计值，如式(8)所示。

I_Ca＝-V_C·z_Ca·F·(I_IN-I_EX)/A_Cap                   (8)

式(8)中，I_Ca为流过植物细胞的细胞膜的钙离子电流的统计值，单位为pA/μm²；A_Cap为植物细胞的细胞膜面积；V_C为植物细胞的体积；z_Ca为钙离子的化合价；F为法拉第常数；I_EX为植物细胞的外向钙离子流的统计值，I_IN为植物细胞的内向钙离子流的统计值，当温度变化为温度由低到高变化时，I_IN＝I_IN1；当温度变化为温度由高到低变化时，I_IN＝I_IN2。

温度变化刺激电流的统计值I_temp＝I_Ca，单位为pA/μm²。

步骤203，根据植物细胞中钾离子通道的最大电导确定该钾离子通道的电导，并根据该钾离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定该钾离子通道的电流。

具体地，根据该植物细胞中钾离子通道的最大电导确定该钾离子通道的电导可以为：

G_K＝G_{K_Max}·n                          (9)

式(9)中，G_K为钾离子通道的电导，单位为皮西门子每平方微米(pS/μm²)；G_{K_Max}为钾离子通道的最大电导，单位为pS/μm²；n为激活因子，是无量纲的变量，取值范围为0～1，可以将n的初始值设为0，n随时间的变化量为：

Δn＝(α_n(1-n)-β_nn)·Δt              (10)

式(10)中，Δn为n随时间的变化量；α_n、β_n分别为植物细胞受到外界刺激时激活过程中钾离子通道的开关速率，与细胞膜电位有关，与时间无关，单位为秒的负一次方(s^-1)。

其中，

${\mathrm{\α}}_n=\frac{0.01812V+2.598}{1+0.5954\exp (-V/10.8)}---\left(11\right)$

β_n＝1.56exp(-V/23.4)                  (12)

根据钾离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定钾离子通道的电流具体可以为：

I_Kout＝G_K(V-E_r_K)                        (13)

式(13)中，I_Kout是钾离子通道的电流，单位为pA/μm²；G_K是钾离子通道的电导，单位为pS/μm²；其中，V是初始细胞膜电位，单位为毫伏(mV)；E_r_K是钾离子通道的逆转电位，即该钾离子通道的电流发生逆转时的细胞膜电位，单位为mV。

步骤204，根据植物细胞中氯离子通道的最大电导确定该氯离子通道的电导，并根据该氯离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定该氯离子通道的电流。

具体地，根据该植物细胞中氯离子通道的最大电导确定该氯离子通道的电导可以为：

G_Anion＝G_{Anion_Max}·m                   (14)

式(14)中，G_Anion为氯离子通道的电导，单位为pS/μm²；G_{Anion_Max}为氯离子通道的最大电导，单位为pS/μm²；m为激活该氯离子通道的控制因子，是无量纲的变量，取值范围为0～1，可以将m的初始值设为0，m随时间的变化量为：

Δm＝(α_m(1-m)-β_mm)·Δt               (15)

式(15)中，Δm为m随时间的变化量；α_m、β_m分别为植物细胞受到外界刺激时激活过程中氯离子通道的开关速率，与细胞膜电位有关，与时间无关，单位为s^-1，其中，

α_m＝0.015exp[(V+150)/35.6]             (16)

β_m＝0.83exp[-(V+24)/25.3]              (17)

根据氯离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定该氯离子通道的电流具体为：

I_Anion＝G_Anion(V-E_r_Anion)。            (18)

式(18)中，I_Anion是氯离子通道的电流，单位为pA/μm²；G_Anion是氯离子通道的电导，单位为pS/μm²；其中，V是初始细胞膜电位，单位为mV；E_r_Anion是氯离子通道的逆转电位，即该氯离子通道的电流发生逆转时的细胞膜电位，单位为mV。

步骤205，根据植物细胞中非选择性阳离子通道的最大电导确定非选择性阳离子通道的电导，并根据非选择性阳离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定非选择性阳离子通道的电流。

具体地，根据该植物细胞中非选择性阳离子通道的最大电导确定非选择性阳离子通道的电导可以为：

G_X＝G_{X_Max}·x²                              (19)

式(19)中，G_X为非选择性阳离子通道的电导，单位为pS/μm²；G_{X_Max}为非选择性阳离子通道的最大电导，单位为pS/μm²；x为激活因子，是无量纲的变量，取值范围为0～1，可以将x的初始值设为0，x随时间的变化量为，

Δx＝(α_x(1-x)-β_xx)·Δt                   (20)

式(20)中，Δx为x随时间的变化量；α_x、β_x分别为植物细胞受到外界刺激时激活过程中非选择性阳离子通道的开关速率，与细胞膜电位有关，与时间无关，单位为s^-1，其中，

${\mathrm{\α}}_x=\frac{0.0076(V+112.5)}{1-\exp [-(V+112.5)/9.2]}---\left(21\right)$

β_x＝0.96exp(-V/78.4)                       (22)

根据非选择性阳离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定非选择性阳离子通道的电流具体可以为：

I_X＝G_X(V-E_r_X)                              (23)

式(23)中，I_X是非选择性阳离子通道的电流，单位为pA/μm²；G_X是氯离子通道的电导，单位为pS/μm²；V是初始细胞膜电位，单位为mV；E_r_X是该非选择性阳离子通道的逆转电位，即该非选择性阳离子通道的电流发生逆转时的细胞膜电位，单位为mV。

步骤206，根据植物细胞的初始细胞膜电位确定植物细胞的质子泵电流。

质子泵在植物电信号活动的整个过程中都是有活性的，质子泵电流只与细胞膜电位有关，随细胞膜电位的升高而增加，植物细胞受到外界刺激时产生的质子泵电流为：

$I_H=\frac{0.28(V+231.8)}{1+\exp [(V+65.53)/112.2]}---\left(24\right)$

式(24)中，I_H为质子泵电流，单位为pA/μm²；V为初始细胞膜电位，单位为mV。

步骤207，根据植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压，确定该植物细胞的漏电流。

具体地，漏电流是离子流经固定电导时所产生的电流，植物细胞受到外界刺激时产生的漏电流为：

I_L＝g_L(V-E_L)                   (25)

式(25)中，I_L是漏电流，单位为pA/μm²；V为初始细胞膜电位，单位为mV；g_L是漏电导，单位为pS/μm²；E_L是漏电压，单位为mV。

本实施例中，步骤201～步骤207的执行顺序并不限于本实施例所示的顺序，上述步骤的执行顺序没有时间先后的限制，可以任意排列，不影响本实施例的实现。

步骤208，根据刺激电流的统计值、钾离子通道的电流、氯离子通道的电流、非选择性阳离子通道的电流、质子泵电流和漏电流，确定该植物细胞当前的细胞膜电位。

具体地，植物细胞受到外界刺激时，根据刺激电流的统计值、钾离子通道的电流、氯离子通道的电流、非选择性阳离子通道的电流、质子泵电流和漏电流可以确定细胞膜电位的变化量为：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{1}{C_m}=[I_{\mathrm{Stim}}+I_{\mathrm{Kout}}+I_{\mathrm{Anion}}+I_X+I_H+I_L)]\·\mathrm{\Δt}---\left(26\right)$

式(26)中，ΔV为细胞膜电位的变化量，单位为mV；C_m为细胞膜电容，单位为皮法每平方微米(pF/μm²)；I_Stim为刺激电流的统计值，单位为pA/μm²；I_Kout、I_Anion、I_X、I_H和I_L的含义如前所述，在此不再赘述。

对于保卫细胞，当外界刺激为光强变化，且光强变化为光线由暗到明所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light1；当外界刺激为光强变化，且光强变化为光线由明到暗所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light2；当外界刺激为温度变化时，I_Stim＝I_temp；当外界刺激为温度变化和光强变化，且光强变化为光线由暗到明所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light1+I_temp；当外界刺激为温度变化和光强变化，且光强变化为光线由明到暗所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light2+I_temp。

对于叶肉细胞，当外界刺激为光强变化时，I_Stim＝I_Light3；当外界刺激为温度变化时，I_Stim＝I_temp；当外界刺激为温度变化和光强变化时，I_Stim＝I_Light3+I_temp。

于是，植物细胞当前的细胞膜电位为：V+ΔV，V为初始细胞膜电位，单位为mV。

上述实施例中，如果外界刺激只为光强变化，则可以不执行步骤202；如果外界刺激只为温度变化，则可以不执行步骤201。

下面通过一个具体的实例，说明采用本发明实施例提供的方法通过计算机仿真确定植物细胞的细胞膜电位的过程。

首先，检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位的值，本实施例以蚕豆保卫细胞为例进行说明，对于蚕豆保卫细胞，V＝-102mV；设定外界刺激的类型，例如光强变化或温度变化，下面以外界刺激为温度变化为例进行说明，这时刺激电流I_Stim＝I_temp，假设温度变化速率为 $\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=-0.47\·e^{-\frac{t}{100}},$ 其中T为温度，T的初始值为18℃，降温到4℃，e＝2.7183，t为时间变量，单位为秒，t的初始值为0。ΔT为温度变化量，Δt为时间变化量， $\mathrm{\ΔT}=(-0.47\·e^{-\frac{t}{100}})\·\mathrm{\Δt},$ Δt＝0.001秒。设定仿真时间为TL。

计算过程中用到的其他参数的取值如表1所示，其中，表1中的[Ca²⁺]_c、I_IN0、I_INmax和I_EXmax可以利用非损伤振动微电极的方式检测获得。

表1

参数	[Ca2+]c	IIN0	IINmax	K1	n1	IEXmax	Km	n2	Q	P0	KP
												单位	μM	μM/s	μM/s	μM	无	μM/s	μM	无	无	μM/s2	μM/s
取值	0.1	0.005	3	1	3	1	0.5	2	10	0.005	0.5

其次，根据初始细胞膜电位的值V，利用式(11)、(12)、(16)、(17)、(21)和(22)计算α_n、β_n、α_m、β_m、α_x、β_x，再将计算出的α_n、β_n、α_m、β_m、α_x、β_x分别代入式(10)、(15)和(20)计算Δn、Δm和Δx。根据 $\mathrm{\ΔT}=(-0.47\·e^{-\frac{t}{100}})\·\mathrm{\Δt}$ 计算ΔT，其中t的初始值为0，Δt＝0.001秒。

然后，计算变化后的m、n、x、t和T。其中，m＝m₀+Δm；n＝n₀+Δn；x＝x₀+Δx；t＝t₀+Δt；T＝T₀+ΔT；其中m₀、n₀、x₀和t₀是m、n、x和t的初始值，均为0；T₀是T的初始值，T₀＝18℃。

接下来，将n代入式(9)计算G_K，将获得的G_K代入式(13)计算I_Kout；将m代入式(14)计算G_Anion，将获得的G_Anion代入式(8)计算I_Anion；将x代入式(19)计算G_X，将获得的G_X代入式(23)计算I_X。其中，G_{Anion_Max}为32pS/μm²，G_{K_Max}为24pS/μm²，G_{X_Max}为48pS/μm²。

然后，将初始细胞膜电位的值V分别代入式(24)和式(25)计算I_H和I_L。

接下来，根据式(4)～式(8)计算温度变化刺激电流的统计值I_temp。在实际计算时，也可以在计算各离子通道的电流之前计算I_temp，不影响本发明实施例的实现。

最后，根据式(26)计算ΔV，其中取C_m为1pF/μm²，则植物细胞当前的细胞膜电位为：V+ΔV。

之后，判断仿真时间是否达到TL，如果已经达到TL，则结束本次仿真，保存结果；如果还未达到TL，则以本次仿真获得的细胞膜电位的值作为下一次仿真时的初始细胞膜电位的值，重复上述过程，直到仿真时间达到TL。

上述实施例介绍了外界刺激为温度变化时，确定植物细胞的细胞膜电位的方法，外界刺激为光强变化时，确定植物细胞的细胞膜电位的方法与之类似，在此不再赘述。图3为外界刺激为光强变化时，通过本发明实施例提供的方法确定的叶肉细胞的细胞膜电位随时间的变化曲线示意图，计算时各参数的取值如表2所示；图4为外界刺激为光强变化时，实际采集到的叶肉细胞的细胞膜电位随时间的变化曲线示意图，图4中，t₀为光打开时刻。

表2

由图3和图4可以看出，本发明提供的确定细胞膜电位的方法可以比较准确地反映植物细胞受到外界刺激时，植物细胞的细胞膜电位的变化情况，本发明提供的方法是植物电生理研究的一个有力手段，促进了植物电生理研究，同时为实施农业中植物电信号的监测与分析提供了基础。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图5为本发明确定细胞膜电位的装置一个实施例的结构示意图，本实施例中确定细胞膜电位的装置可以实现如本发明图1或图2所示实施例的流程。如图5所示，该装置包括：检测模块51、电流确定模块52和电位确定模块53。

其中，检测模块51可以检测植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位，当植物细胞受到外界刺激时，对该植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、该植物细胞中各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压。上述外界刺激包括光强变化和/或温度变化在检测模块51对植物细胞进行检测时，可以采用非损伤振动微电极对该植物细胞进行检测，当然本发明并不局限于此，任何可以对植物细胞进行检测，并获得上述检测值的方式均应落入本发明的保护范围。

电流确定模块52可以根据检测模块51检测的植物细胞的刺激电流的检测值确定该刺激电流的统计值；根据植物细胞中各离子通道的最大电导确定各离子通道的电导，并根据各离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定各离子通道的电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压确定植物细胞的漏电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位确定植物细胞的质子泵电流。

电位确定模块53可以根据电流确定模块52确定的刺激电流的统计值、各离子通道的电流、植物细胞的漏电流和植物细胞的质子泵电流确定该植物细胞当前的细胞膜电位。其中，当外界刺激为光强变化时，上述刺激电流的统计值为光强变化刺激电流的统计值；当外界刺激为温度变化时，上述刺激电流的统计值为温度变化刺激电流的统计值；当外界刺激为光强变化和温度变化时，上述刺激电流的统计值为光强变化刺激电流的统计值与温度变化刺激电流的统计值之和。

图6为本发明确定细胞膜电位的装置另一个实施例的结构示意图，本实施例中确定细胞膜电位的装置可以实现如本发明图1或图2所示实施例的流程。与图5所示确定细胞膜电位的装置相比，图6所示确定细胞膜电位的装置进一步包括：生理变化状态确定模块54。

生理变化状态确定模块54可以根据电位确定模块63确定的植物细胞当前的细胞膜电位，确定该植物细胞受到外界刺激时的生理变化状态。

上述实施例中，检测模块51对植物细胞未受到外界刺激时的初始细胞膜电位进行检测，当该植物细胞受到外界刺激时，对该植物细胞进行检测，获得该植物细胞的刺激电流的检测值、各离子通道的最大电导和逆转电位、以及该植物细胞的漏电导和漏电压；然后电流确定模块52根据植物细胞的刺激电流的检测值确定刺激电流的统计值；根据植物细胞中各离子通道的最大电导确定各离子通道的电导，并根据各离子通道的电导、逆转电位和初始细胞膜电位确定各离子通道的电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位、漏电导和漏电压确定植物细胞的漏电流；根据植物细胞的初始细胞膜电位确定该植物细胞的质子泵电流；最后电位确定模块53根据刺激电流的统计值、各离子通道的电流、漏电流和质子泵电流，确定植物细胞当前的细胞膜电位。从而实现了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，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了技术支撑。本发明提供的技术方案是植物电生理研究的一个有力手段，促进了植物电生理研究，同时为实施农业中植物电信号的监测与分析提供了基础。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种确定细胞膜电位的方法，其特征在于，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。

2、根据权利要求1所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，在所述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之后，还包括：

根据所述植物细胞当前的细胞膜电位，确定所述植物细胞受到所述外界刺激时的生理变化状态。

3、根据权利要求1所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，

当所述外界刺激为光线由暗到明所致的光强变化，所述植物细胞为保卫细胞时，所述植物细胞的刺激电流为第一光强变化刺激电流，所述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包括：根据所述植物细胞的第一光强变化刺激电流的检测值确定所述第一光强变化刺激电流的统计值，所述第一光强变化刺激电流的统计值具体为：

I_Light1＝a₁·exp(-t/b₁)，

其中，I_Light1为所述第一光强变化刺激电流的统计值，a₁＝71±5，b₁＝56±2；

当所述外界刺激为光线由明到暗所致的光强变化，所述植物细胞为保卫细胞时，所述植物细胞的刺激电流为第二光强变化刺激电流，所述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包括：根据所述植物细胞的第二光强变化刺激电流的检测值确定所述第二光强变化刺激电流的统计值，所述第二光强变化刺激电流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{Light}2}=a_2\·{(1-\exp (-t/b_2))}^{c_1},$

其中，I_Light2为所述第二光强变化刺激电流的统计值，a₂＝71±4，b₂＝82±2，c₁＝3±1；

当所述外界刺激为光强变化，所述植物细胞为叶肉细胞时，所述植物细胞的刺激电流为第三光强变化刺激电流，所述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包括：根据所述植物细胞的第三光强变化刺激电流的检测值确定所述第三光强变化刺激电流的统计值，所述第三光强变化刺激电流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{Light}3}=a_3\·{(1-\exp (-t/b_3))}^{c_2}\·\exp {(-t/d)}^e,$

其中，I_Light3为所述第三光强变化刺激电流的统计值，a₃＝1120±10.5，b₃＝63±1.2，c₂＝4±0.2，d＝28±2.2，e＝1±0.1。

4、根据权利要求1所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，所述外界刺激为温度变化，所述刺激电流为温度变化刺激电流，所述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包括：

检测所述植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流，以及受到所述外界刺激时的最大内向钙离子流、最大外向钙离子流和细胞质内钙离子的浓度；

根据所述植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流和所述最大内向钙离子流确定所述植物细胞的内向钙离子流的统计值和参数；

根据所述最大外向钙离子流和所述细胞质内钙离子的浓度确定所述植物细胞的外向钙离子流的统计值；

根据所述植物细胞的内向钙离子流的统计值和所述植物细胞的外向钙离子流的统计值确定所述温度变化刺激电流的统计值。

5、根据权利要求4所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，

当所述温度变化为温度由低到高变化时，所述植物细胞的内向钙离子流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{IN}1}=I_{\mathrm{IN}0}+\frac{I_{\mathrm{IN}\max }\·{\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}^{n1}}{{K_1}^{n1}+{\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}^{n1}},$

其中，I_IN1为温度由低到高变化时所述植物细胞的内向钙离子流的统计值，I_IN0为所述植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流，I_IN max为所述最大内向钙离子流，

为温度变化速率，K₁＝1±0.5，n1＝3±0.5；

当所述温度变化为温度由高到低变化时，所述植物细胞的内向钙离子流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{IN}2}=I_{\mathrm{IN}0}+\frac{I_{\mathrm{IN}\max }\·{(-\frac{(\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)-|\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\left|\right)}{2})}^{n1}}{{K_1}^{n1}+{(-\frac{(\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)-|\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\left|\right)}{2})}^{n1}},$

其中，I_IN2为温度由高到低变化时所述植物细胞的内向钙离子流的统计值，I_IN 0为所述植物细胞未受到所述外界刺激时的内向钙离子流，I_IN max为所述最大内向钙离子流，

为温度变化速率，K₁＝1±0.5，n1＝3±0.5；

所述植物细胞的外向钙离子流的统计值具体为：

$I_{\mathrm{EX}}=I_{\mathrm{EX}\max }\·\exp (\frac{\ln Q}{10}\·(T-T_0))\·\frac{{{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}^{n2}}{{K_m}^{n2}+{{\left[{\mathrm{Ca}}^{2+}\right]}_c}^{n2}},$

其中，I_EX为所述植物细胞的外向钙离子流的统计值，I_EX max为所述最大外向钙离子流，T为摄氏温度，T₀为初始摄氏温度，[Ca²⁺]_c为所述细胞质内钙离子的浓度，K_m＝0.5±0.5，n2＝2±0.5，Q＝10±0.5；

所述温度变化刺激电流的统计值具体为：

I_temp＝-V_C·z_Ca·F·(I_IN-I_EX)/A_Cap，

其中，I_temp为所述温度变化刺激电流的统计值，I_EX为所述植物细胞的外向钙离子流的统计值，I_IN为所述植物细胞的内向钙离子流的统计值，当温度变化为温度由低到高变化时，I_IN＝I_IN1；当温度变化为温度由高到低变化时，I_IN＝I_IN2；A_Cap为所述植物细胞的细胞膜面积，V_C为所述植物细胞的体积，z_Ca为钙离子的化合价，F为法拉第常数。

6、根据权利要求1所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，

所述离子通道包括钾离子通道，所述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包括：根据所述植物细胞中钾离子通道的最大电导确定所述钾离子通道的电导；所述钾离子通道的电导具体为：

G_K＝G_{K_Max}·n，

其中，G_K为所述钾离子通道的电导，G_{K_Max}为所述钾离子通道的最大电导，n为激活因子，取值范围为0～1，n的变化量为：

Δn＝(α_n(1-n)-β_nn)·Δt，

其中，Δn为n的变化量；α_n、β_n为所述植物细胞受到外界刺激时激活过程中所述钾离子通道的开关速率，

${\mathrm{\α}}_n=\frac{0.01812V+2.598}{1+0.5954\exp (-V/10.8)},$ β_n＝1.56exp(-V/23.4)，

其中，V为所述初始细胞膜电位；则，

所述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包括：根据所述钾离子通道的电导、逆转电位和所述初始细胞膜电位确定所述钾离子通道的电流；所述钾离子通道的电流具体为：

I_Kout＝G_K(V-E_{r_}K)

其中，I_Kout为所述钾离子通道的电流，G_K为所述钾离子通道的电导，E_{r_}K为所述钾离子通道的逆转电位，V为所述初始细胞膜电位；

所述离子通道包括氯离子通道，所述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包括：根据所述植物细胞中氯离子通道的最大电导确定所述氯离子通道的电导；所述氯离子通道的电导具体为：

G_Anion＝G_{Anion_Max}·m，

其中，G_Anion为所述氯离子通道的电导，G_{Anion_Max}为所述氯离子通道的最大电导，m为激活因子，取值范围为0～1，m的变化量为：

Δm＝(α_m(1-m)-β_mm)·Δt，

其中，Δm为m的变化量；α_m、β_m为所述植物细胞受到外界刺激时激活过程中所述氯离子通道的开关速率，

α_m＝0.015exp[(V+150)/35.6]、β_m＝0.83exp[-(V+24)/25.3]，

其中，V为所述初始细胞膜电位；则，

所述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包括：根据所述氯离子通道的电导、逆转电位和所述初始细胞膜电位确定所述氯离子通道的电流；所述氯离子通道的电流具体为：

I_Anion＝G_Anion(V-E_{r_}Anion)，

其中，I_Anion为所述氯离子通道的电流，G_Anion为所述氯离子通道的电导，E_{r_}Anion为所述氯离子通道的逆转电位，V为所述初始细胞膜电位；

所述离子通道包括非选择性阳离子通道，所述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包括：根据所述植物细胞中非选择性阳离子通道的最大电导确定所述非选择性阳离子通道的电导；所述非选择性阳离子通道的电导具体为：

G_X＝G_{X_Max}·x²，

其中，G_X为所述非选择性阳离子通道的电导，G_{X_Max}为所述非选择性阳离子通道的最大电导，x为激活因子，取值范围为0～1，x的变化量为：

Δx＝(α_x(1-x)-β_xx)·Δt，

其中，Δx为x的变化量；α_x、β_x分别为所述植物细胞受到外界刺激时激活过程中所述非选择性阳离子通道的开关速率，

${\mathrm{\α}}_x=\frac{0.0076(V+112.5)}{1-\exp [-(V+112.5)/9.2]},$ β_x＝0.96exp(-V/78.4)，

其中，V为所述初始细胞膜电位；则，

所述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包括：根据所述非选择性阳离子通道的电导、逆转电位和所述初始细胞膜电位确定所述非选择性阳离子通道的电流；所述非选择性阳离子通道的电流具体为：

I_X＝G_X(V-E_{r_}X)，

其中，I_X为所述非选择性阳离子通道的电流，G_X为所述非选择性阳离子通道的电导，E_{r_}X为所述非选择性阳离子通道的逆转电位，V为所述初始细胞膜电位。

7、根据权利要求1所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，所述植物细胞的漏电流具体为：

I_L＝g_L(V-E_L)，

其中，I_L为所述植物细胞的漏电流，V为所述初始细胞膜电位，g_L为所述植物细胞的漏电导，E_L为所述植物细胞的漏电压；

所述植物细胞的质子泵电流具体为：

$I_H=\frac{0.28(V+231.8)}{1+\exp [(V+65.53)/112.2]},$

其中，I_H为质子泵电流，V为所述初始细胞膜电位。

8、根据权利要求1、3、4、5、6或7所述确定细胞膜电位的方法，其特征在于，所述植物细胞当前的细胞膜电位具体为：

$V+\mathrm{\ΔV}=V+\frac{1}{C_m}[I_{\mathrm{Stim}}+I_{\mathrm{Kout}}+I_{\mathrm{Anion}}+I_X+I_H+I_L)]\·\mathrm{\Δt},$

其中，V为所述初始细胞膜电位，V+ΔV为所述植物细胞当前的细胞膜电位，I_Stim为所述刺激电流的统计值，I_Kout为所述钾离子通道的电流，I_Anion为所述氯离子通道的电流，I_X为所述非选择性阳离子通道的电流，I_L为所述植物细胞的漏电流，I_H为所述植物细胞的质子泵电流，C_m为所述植物细胞的细胞膜电容；

所述植物细胞为保卫细胞时，当所述外界刺激为光线由暗到明所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light1；当所述外界刺激为光线由明到暗所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light2；当所述外界刺激为温度变化时，I_Stim＝I_temp；当所述外界刺激为温度变化和光强变化，且光强变化为光线由暗到明所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light1+I_temp；当外界刺激为温度变化和光强变化，且光强变化为光线由明到暗所致的光强变化时，I_Stim＝I_Light2+I_temp；

所述植物细胞为叶肉细胞时，当所述外界刺激为光强变化时，I_Stim＝I_Light3；当所述外界刺激为温度变化时，I_Stim＝I_temp；当所述外界刺激为温度变化和光强变化时，I_Stim＝I_Light3+I_temp。

9、一种确定细胞膜电位的装置，其特征在于，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。

10、根据权利要求9所述确定细胞膜电位的装置，其特征在于，还包括：

生理变化状态确定模块，用于根据所述电位确定模块确定的植物细胞当前的细胞膜电位，确定所述植物细胞受到所述外界刺激时的生理变化状态。

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