CN109655496B - 一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置，测定装置包括支架、泡沫板、电极板、导线、铁块、塑料棒，镶嵌有电极板的泡沫板分别粘在支架底端和塑料棒上，塑料棒上添加不同质量的铁块改变装置的压力来调节夹持力，使用时极板通过导线与LCR测试仪连接，两电极板将待测量植物叶片夹持住，设定不同的夹持力，测定植物叶片生理电参数，建立植物叶片生理电参数的模型，对该模型求导，获得基于生理电参数的植物叶片输导及保水力。本发明可以便捷、快速、定量检测植物叶片水力输导及保水力，可以定量判断植物叶片物质输导效率，测定的结果具有可比性。

Description

一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的 测定方法及装置

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，具体涉及一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置。

背景技术

目前测定植物的生理电参数时通常出现重复性差，不同人不同时间不同地点，或者同一个人不同时间不同地点、甚至同一个人、同一地点不同时间测定同一状态的叶片结果差异较大，严重地影响测定结果的准确性，使测定结果难以分析，更不具备可比性。究其原因是由于每次测定施加不同的夹持力，造成结果的偏差，为了准确地比较植物生理电参数，使不同次的测定结果具有可比性，固定电极板的夹持力，获得特定夹持力下的植物生理电容是当前植物电生理研究的当务之急！本发明通过调节夹持力，测定在不同夹持力下植物叶片的生理电参数，构建夹持力与植物叶片的生理电参数方程，并由此判定。植物叶片保水能力及输导能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定方法及装置，以克服现有技术中无法在线测定植物叶片保水能力及输导能力，以及测定结果重复性差，不具备可比性的缺陷。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种植物叶片生理电参数的测定方法，包括以下步骤：

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在不同环境下带有叶片的待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部；

步骤三，清理新鲜枝条上叶片，并采摘长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置所需的特定夹持力，并测定在不同夹持力下的植物生理电参数；

步骤五，构建植物叶片生理电参数的模型，获得模型的各个参数；

步骤六，将模型的夹持力代入步骤五模型，计算出不同夹持力下的生理电参数，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；

步骤七，在适用范围内选取被考察的夹持力，代入步骤五模型中，可计算获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电参数。

一种植物叶片保水能力和输导能力的测定方法，将上述步骤六-七替换为：将步骤五中的生理电参数模型对夹持力进行求导，获得基于生理电参数的植物叶片输导能力或保水能力。

进一步，所述步骤四中特定夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(M+m)g计算出夹持力F，式中M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度，为9.8N/kg。

进一步，所述植物叶片生理电参数的模型包括生理电容随夹持力变化模型、生理电阻的耦合模型以及生理阻抗的耦合模型。

进一步，所述生理电容随夹持力变化模型为

是基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的，吉布斯自由能方程表达为ΔG＝ΔH+PV，电容器的能量公式表达为

W为电容器的能量，等于吉布斯自由能ΔG转化的功，即W＝ΔG；ΔH为植物叶片系统的内能，P为植物细胞受到的压强，V为植物细胞体积，U为测试电压；植物细胞受到的压强P，由压强公式

求出，其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。

更进一步，令

植物叶片的生理电容随夹持力变化方程变形为C＝y₀+kF，这里y₀和k为方程的参数；将方程C＝y₀+kF对夹持力F进行求导，得出C′＝k，k就是单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值，进一步获取基于生理电容的植物叶片的固有导水度，通过植物叶片的固有导水度判断植物水分输导的经济性；所述植物叶片固有导水度IWC_PC的表达式为：IWC_PC＝0.5kf/1000，其中IWC_PC为基于生理电容的植物叶片固有导水度，单位为nF N^-1s^-1，f为测试装置的测试频率；比较基于生理电容的植物叶片固有导水度，固有导水度越小，植物水分输导越经济。

进一步，依据生理电容随夹持力变化模型中的参数计算植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，判断植物的耐干旱能力；植物叶片的固有蓄水势IRP的计算公式为：IRP＝-ΔH＝-0.5y₀U²，植物叶片的固有蓄水力IRF为植物叶片电容为0时的夹持力，计算公式为：IRF＝-y₀k^-1；比较植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，固有蓄水势和固有蓄水力越大，植物的耐干旱能力越强。

进一步，所述生理电阻的耦合模型为

R为电阻，f₀是细胞膜内浓度C_i与电阻之间转化的比例系数，膜内外通透离子总量C＝C_i+C_o，耦合模型是基于能斯特方程

推导出的，其中E为电动势，E⁰为标准电动势，R₀是理想气体常数，T是温度，C_i为细胞膜内浓度，C_o为细胞膜外浓度，F₀是法拉第常数，Z是通透离子转移数；E可用来做功，与PV成正比PV＝a E，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积，P是植物细胞受到的压强，压强P由压强公式

求出，F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。

更进一步，所述植物叶片的生理电阻的耦合模型可变形为R＝y₀+ke^-bF，其中y₀、k和b为模型的参数，将生理电阻的耦合模型R＝y₀+ke^-bF对夹持力F进行求导，得到单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化方程：R′＝-kbe^-bF；把F＝h代入R′＝-kbe^-bF中，得到夹持力为h时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RV_h，RV_h＝-kbe^-bh，由夹持力为h时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值，获取基于生理电阻的植物叶片导水度WC_PR的公式为：WC_PR＝-fRV_h＝kfbe^-bh，f为测试频率；把F＝0代入R′＝-kbe^-bF中，得到夹持力为0时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RV₀，RV₀＝-kb，由夹持力为0时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值，获取基于生理电阻的植物叶片固有导水度IWC_PR的公式为：IWC_PR＝-fRV₀＝kfb；比较基于生理电阻的植物叶片导水度和固有导水度，导水度和固有导水度越小，植物水分输导越经济。

进一步，所述生理阻抗的耦合模型为

Z为生理阻抗，f是细胞膜内浓度C_i与阻抗之间转化的比例系数，膜内外通透离子总量C＝C_i+C_o，耦合模型是基于能斯特方程

推导出的，其中E为电动势，E⁰为标准电动势，R是理想气体常数，T是温度，C_i为细胞膜内浓度，C_o为细胞膜外浓度，F₀是法拉第常数，n是通透离子转移数；电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积，P是植物细胞受到的压强，压强P由压强公式

求出，F为夹持力，S为极板作用下的有效面积。

更进一步，所述植物叶片的生理阻抗的耦合模型可变形为Z＝y₀+ke^-bF，其中y₀、k和b为模型的参数，将不同夹持力变化下的植物叶片的生理阻抗的耦合模型Z＝y₀+ke^-bF对夹持力F求导获得的，得到基于生理阻抗的植物叶片输导阻力方程表达式为：Z′＝-bke^-bF；将夹持力F代入Z′＝-bke^-bF中，得到Z′_F，则被考察植物叶片输导阻力C_R＝-Z′_F；将夹持力F＝0代入Z′＝-bke^-bF中，得到Z′_F＝0＝-bk，则被考察植物叶片固有输导阻力C_R0＝-Z′_F＝0＝bk；比较被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，植物叶片输导阻力和固有输导阻力越大则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越小，植物叶片输导阻力和固有输导阻力越小则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越大。

进一步，依据欧姆定律可知：生理电流I_Z＝U/Z，可得不同夹持力变化下的植物叶片生理电流的耦合模型

方程，I_Z为测定电压为1.5伏的生理电流；对夹持力F求导，获得基于生理电流的植物叶片输导力模型方程表达式为：

将夹持力F＝0代入

中，得到

则被考察植物叶片的输导力

比较被考察植物叶片固有输导力，植物叶片固有输导力越大，植物叶片水力输导能力越强，输导效率越高，输水量越多，植物叶片固有输导力越小，植物叶片水力输导能力越弱，输导效率越低，输水量越少。

一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定装置，包括支架、泡沫板、电极板、导线、铁块、塑料棒及固定夹，支架为矩形框架结构、且一侧开放，支架上端开有通孔，供塑料棒伸入，支架下端朝内一侧及塑料棒底端分别粘有两个泡沫板，泡沫板内镶嵌电极板，两个电极板各自引出一根导线，塑料棒的泡沫板上可放置不同质量的铁块，塑料棒位于支架内部的一端由固定夹进行固定；所述电极板为圆形极板，所述电极板的材质为铜。

本发明具有有益效果：

1.本发明通过在塑料棒的上下移动，使得两极板之间的距离能实现灵活调整，从而可以测量不同厚度的植物叶片；通过两个泡沫板分别粘在支架底端和塑料棒上，在塑料棒上添加一定质量的铁块来改变装置的压力，使得测量时不会损坏植物叶片，可以无损地在线检测不同厚度的植物叶片的生理电参数，简化了结构；考虑到经济性和实用性，并且由于圆形电极可减少电极的边缘效应，所以本发明选择铜材料的圆形电极板。

2.本发明可以通过构建的夹持力与植物叶片的生理电容模型计算任一夹持力下的植物生理电容，因此，减少了工作量，适用于夹持力微小变化下的植物生理电容的测定

3.本发明不仅测定特定夹持力下植物叶片的生理电流，而且还可以测定单位压力下生理电流的变化，最终获取植物叶片输导力。

4.本发明不仅可以间接测量出单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的多少，而且还可以定量基于生理电容的植物叶片固有导水度、定量基于生理电阻的植物叶片导水度和固有导水度。

5.本发明不仅可以测定任一夹持力下的叶片生理阻抗，还可以测定单位压力下生理阻抗的变化，最终测定出植物叶片的输导阻力；本发明不仅可以测定夹持力增加对输导阻力的影响，而且还可以测定夹持力减小对输导阻力的影响，为以叶片夹角判断水分状况提供技术数据。

6.本发明不仅可以定量测定出静息状态的生理电容矢量值，而且还可以定量植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力。

7.本发明可以便捷定量出植物叶片水力输导能力，可以定量判断植物叶片物质输导效率。

8.本发明简便、准确、精度高，测定结果不受测定条件的影响，具有可比性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1.支架；2.泡沫板；3.电极板；4.导线；5.铁块；6.塑料棒；7.固定夹。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种植物叶片生理电参数和植物叶片保水能力及输导能力的测定装置，如图1所示，由支架1、泡沫板2、电极板3、电导线4、铁块5、塑料棒6、固定夹7组成；支架1为矩形框架结构、且一侧开放，支架1上端开有通孔，供塑料棒6伸入，支架1下端朝内一侧及塑料棒6底端分别粘有两个泡沫板2，泡沫板2内镶嵌电极板3，两个电极板3各自引出一根导线4，用于与LCR测试仪(HIOKI 3532-50型，日本日置)连接，塑料棒6的泡沫板2上可放置不同质量的铁块5，从而改变装置的压力，测定在不同夹持力下植物叶片的生理电参数；塑料棒6位于支架内部的一端由固定夹7进行固定，当塑料棒下端与支架端合在一起时，两个电极板3就完全对应在一起；电极板3为材质为铜的圆形极板，以减少电极的边缘效应。

本发明的使用步骤如下：使用时先将本发明装置的两根导线4与LCR测试仪的9140四端子测试探头相连，再抬起塑料棒6，使两电极板3将待测量的植物叶片夹持住，电极板的直径为10mm，设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，塑料棒与电极片的质量为0.017kg，通过添加已知质量为0.1kg的铁块数目来改变铁块5的质量，从而改变装置的压力，测定在不同夹持力下植物叶片的生理电参数。

本发明的基本原理为：

由重力学公式：

F＝(M+m)g (1)

式中F为重力(夹持力)，N；M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度为9.8，N/kg。

实施例1

以叶片中细胞液溶质作为电介质，将叶片夹在平行板电容器的两平行极板之间，构成平行板电容传感器。通过增加一定质量的铁块得到不同特定夹持力下植物叶片的生理电容，而特定的压力必定会导致叶片中细胞液溶质浓度的变化，从而改变叶片细胞的弹性及可塑性，引起两电容器极板间叶片组织细胞液溶质介电常数与有效厚度的变化，从而影响植物生理电容。

植物细胞水分的多少关系着植物叶片细胞弹性的强弱，在特定夹持力下，不同植物生理电容是不同的。

吉布斯自由能方程为ΔG＝ΔH+PV，电容器的能量公式为

其中W为电容器的能量，等于吉布斯自由能ΔG转化的功，即W＝ΔG；ΔH为植物叶片系统(由细胞组成的植物叶片系统)的内能，P为植物细胞受到的压强，V为植物细胞体积，U为测试电压，C为植物叶片的生理电容；

植物细胞受到的压强P可由压强公式

求出，其中F为夹持力，S为平行板电容传感器极板作用下的有效面积；

植物叶片的生理电容C随夹持力F变化方程为：

令

(2)式可变形为：

C＝y₀+kF (3)

式(3)是一个线性方程，其中的y₀和k为方程的参数。

将需要的被考察的夹持力，代入上述线性模型中，来获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电容。

对方程C＝y₀+kF求导得到的新方程C′＝k的生物学意义是：参数k为单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值。

植物叶片的生理电容可以反映细胞的膨胀度或收缩度，细胞的这种膨胀度或收缩度又反映出植物叶片的水分状况，单位压力下细胞水分输出量的变化也因此紧密地与植物叶片细胞的储水量的变化相关，最终导致单位压力下植物叶片的生理电容的变化等效于单位压力下植物细胞的储水量变化，也等效于单位压力下植物细胞的水分输出量的变化。单位时间和单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的变化值，即为植物叶片导水度。由于细胞的水分输出量等效于生理电容的变化，那么，单位时间和单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的变化值就等效于单位时间和单位压力下植物叶片生理电容的变化值，而生理电容的变化与测试频率相关联，频率的大小影响电容的充电和放电周期大小，电容的放电过程与植物叶片细胞的水分输出相等效，所以，植物叶片的导水度(WC，Water Conductivity)的公式为：WC＝0.5kf/1000，WC为植物叶片导水度，单位为nF N^-1s^-1，f为测试频率。又由于C′＝k，k为定值，与夹持力大小无关，因此，植物叶片导水度即植物叶片固有导水度(IWC，Intrinsic Water Conductivity)，也即IWC＝0.5kf/1000，IWC为植物叶片固有导水度，单位为nF N^-1s^-1，由于本发明是依据生理电容的变化的植物叶片固有导水度，因此称之为基于生理电容的植物叶片固有导水度IWC_PC，也即IWC_PC＝0.5kf/1000。

同样的蓄水状况下，单位时间、单位压力下植物叶片细胞的水分输出量较小，水分供应时间越长，植物用水越节约。因此可以用基于生理电容的植物叶片固有导水度来判断植物水分输导的经济性。

以构树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的构树新鲜枝条来进行测定，检测构树在特定夹持力下的植物生理电容。

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在土里和水边带有叶片的构树新鲜枝条，并用湿棉花包住枝条基部，以减缓水分散发；

步骤三，迅速返回实验室，清理所述新鲜枝条上叶片表面灰尘后，采摘所述新鲜枝条上长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在平行板之间，通过增加不同质量的铁块来设置所需的特定夹持力，设置测定电压为1.5伏，迅速测定在不同夹持力下的构树叶片生理电容(如表1)；

步骤五，利用SigmPlot软件将不同夹持力及其对应的生理电容数据拟合成基于吉布斯自由能方程与电容器的能量的构树叶片生理电容随夹持力变化方程，即公式(3)，获得方程的各个参数，如表2；其中R²为决定系数的平方，n为样本数，P为显著性指标；

步骤六，将构建模型的夹持力代入上述模型，计算出不同夹持力下的生理电容，如表3，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；

步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力4.54N、5.81N以及6.52N，代入模型(3)中，计算出构树叶片在适用范围内的特定夹持力下的生理电容，如表4。

检测构树基于生理电容的植物叶片固有导水度的过程为：步骤一-五同上，

步骤六，将构树叶片的生理电容随夹持力变化方程对夹持力进行求导，获得单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值；

步骤七，依据单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值获取构树基于生理电容的叶片固有导水度，如表9；

步骤八，依据构树基于生理电容的叶片固有导水度判断构树水分输导的经济性。

表1不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

表2不同环境下生长的构树生理电容C与夹持力F之间的关系方程及参数

表3依据模型计算的不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

表4在不同环境下生长的构树叶片不同的被考察的夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

以桑树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的桑树新鲜枝条来进行测定，检测桑树在特定夹持力下的植物生理电容、检测桑树基于生理电容的植物叶片固有导水度。所有步骤同构树。

设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，测得的在不同夹持力下的桑树叶片生理电容，如表5所示。基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的桑树叶片的生理电容随夹持力变化模型以及模型的参数如表6；将构建模型的夹持力代入上述模型，计算出不同夹持力下的生理电容如表7，桑树叶片在适用范围内的3.32N、4.54N以及5.81N夹持力下的生理电容如表8。依据方程的参数计算出的桑树基于生理电容的叶片固有导水度，如表9。比较不同环境生长的桑树水分输导的经济性。

表5不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

表6不同环境下生长的桑树的生理电容(C)与夹持力(F)之间的关系方程及参数

表7依据模型计算的不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

表8在不同环境下生长的桑树叶片不同的被考察的夹持力F(单位N)下的生理电容C(单位pF)

本实施例的实施效果如下：

从表2和表6可以看出，基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的植物生理电容随夹持力变化模型可以很好地表征植物生理电容与夹持力的关系(P<0.0001)。对比表3与表1、表7与表5，可以发现，较低的夹持力如1.17-2.17N，测定有较大的误差，这可能是因为夹持力过小，电极板密封性不够，LCR测定的植物生理电容时未能真实地反映实际值。在适用范围方面，两种植物明显不同，构树的适用测定夹持力在4.17-7.17N之间，最适应的测定夹持力在4.17-6.17N之间，此时的平均误差仅为5.30％，而桑树的适用测定夹持力在3.17-6.17N之间(7.17N的夹持力导致液体渗出)，此时的平均误差仅为4.86％。实施例的夹持力必须满足适用的测定夹持力范围。

被考察的夹持力3.32N、4.54N、5.81N以及6.52N难以找到合适的铁块来实现，在我们的实验中，只能方便地获得1.17N、2.17N、3.17N、4.17N、5.17N、6.17N及7.17N等夹持力的铁块(塑料棒与电极片的质量为0.017Kg)，因此只能用本实施例通过已构建的模型间接计算出在3.32N、4.54N、5.81N以及6.52N夹持力下的生理电容。从表4和表8的结果可以看出，计算结果与实际相符。也就是说本实施例能够实现夹持力在适用的测定夹持力范围内微小变化下的植物生理电容的测定。

表9表示的是不同环境下生长的构树和桑树基于生理电容的叶片固有导水度，表9中所得到的固有导水度明显地与夹持力的大小无关，只和叶片的状态有关。

表9不同环境下生长的构树和桑树基于生理电容的叶片固有导水度(单位：nF N^{- 1}s^-1)(测定频率：3000Hz)

从表9中可以看出，在同一环境下构树基于生理电容的叶片固有导水度小于桑树的。无论是构树还是桑树，水边生长的植物基于生理电容的叶片固有导水度都明显大于土里的，这与实际是极为相符的。也即是，构树水分输导的经济性大于桑树，抗旱能力也是构树强于桑树。水边生长的植物因有充足的水分供应，它们具有较大的基于生理电容的叶片固有导水度，这是植物与环境相适应的结果。

实施例2

由于ΔH为系统的内能，而植物叶片的固有蓄水势(IRP，Intrinsic ReservoirPotential)则是表示叶片将系统的内能转化成蓄水能力，所以可用-ΔH表示；也就是说植物叶片的固有蓄水势IRP的计算公式可表达为：IRP＝-ΔH＝-0.5y₀U²，将y₀和测试电压U代入该公式，即可计算出植物叶片的固有蓄水势IRP。

由于y₀为负值，它可表征为植物叶片未受到激励后，细胞内部的储水产生的向外膨压，蓄水力则是对抗这种因细胞内部的储水产生的向外膨压的反作用力，内外压力抵消时，电容值应为0。因此，固有蓄水力(IRF，Intrinsic Reservoir Force)计算公式为：IRF＝-y₀k^-1，将y₀和k代入该公式，即可计算出植物叶片的固有蓄水力IRF。

由上可知，植物叶片固有蓄水势和固有蓄水力表征植物固有的蓄水状态和耐失水能力，植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力越大，植物的耐干旱能力越强，因此可以通过比较植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力来判断植物耐干旱能力。

以构树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的构树新鲜枝条来进行测定，检测构树叶片固有蓄水势和固有蓄水力。

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在土里和水边带有叶片的构树新鲜枝条，并用湿棉花包住枝条基部，以减缓水分散发；

步骤三，迅速返回实验室，清理所述新鲜枝条上叶片表面灰尘后，采摘所述新鲜枝条上长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在平行板之间，设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，通过增加不同质量的铁块来设置所需的特定夹持力，迅速测定在不同夹持力下的构树叶片生理电容(如表1)；

步骤五，利用SigmPlot软件将不同夹持力及其对应的生理电容数据拟合成基于吉布斯自由能方程与电容器的能量的构树叶片生理电容随夹持力变化方程，即公式(3)，获得方程的各个参数，如表2；其中R²为决定系数的平方，n为样本数，P为显著性指标；

步骤六，依据模型的参数计算构树叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，如表10；

步骤七，依据构树叶片的固有蓄水势和固有蓄水力判断构树的耐干旱能力。

以桑树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的桑树新鲜枝条来进行测定，快速检测桑树叶片固有蓄水势和固有蓄水力。所有步骤同构树。

设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，测得的在不同夹持力下的桑树叶片生理电容，如表5所示。基于吉布斯自由能方程与电容器的能量公式推导出的桑树叶片的生理电容随夹持力变化模型以及模型的参数如表6。依据模型的参数计算出的桑树叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，如表10。比较不同环境生长的植物的耐干旱能力。

本实施例的实施效果如下：

表10表示的是不同环境下生长的构树和桑树叶片固有蓄水势和固有蓄水力。表10中所得到的固有蓄水势和固有蓄水力明显地与夹持力的大小无关，只和叶片的状态有关。

表10不同环境下生长的构树和桑树叶片固有蓄水势和固有蓄水力

从表10中可以看出，在同一环境下构树的固有蓄水势和固有蓄水力大于桑树的。无论是构树还是桑树，水边生长的植物叶片固有蓄水势和固有蓄水力都明显大于土里的，这与实际是极为相符的。也即是，构树蓄水能力大于桑树，抗旱能力也是构树强于桑树。水边生长的植物有着更长时间的耐干旱能力。

实施例3

由于电阻性电流是由离子传递引起的，所以它是由膜对各种离子通透性的大小和通透离子是否大量存在等因素决定的。外界激励改变离子的通透性，影响了内外离子的浓度，而内外离子浓度差服从Nernst方程，而生理电阻与电导率成反比，而电导率与细胞内离子浓度成正比，由此可推导出，细胞的生理电阻与外界激励的关系。

植物细胞水分的多少关系着植物叶片细胞弹性的强弱，在特定夹持力下，不同植物细胞膜的通透性发生不同的改变，因此其生理电阻是不同的。

能斯特方程的表达式如(4)式：

其中，E为电动势；E⁰为标准电动势；R₀是理想气体常数，等于8.314570J.K^-1.mol^-1，T是温度，单位K；Ci为细胞膜内浓度；Co为细胞膜外浓度；F₀是法拉第常数，等于96485C.mol^-1；Z是通透离子转移数，单位mol。

电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，即：

其中：P为植物细胞受到的压强，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积；

植物细胞受到的压强P可由压强公式求出，压强公式：

其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积；

在叶肉细胞里，液泡和细胞质占据了细胞内绝大部分空间。对叶肉细胞而言，C_o与C_i之和是一定的，等于膜内外通透离子总量C，C_i则与电导率成正比，而电导率为电阻R的倒数，因此，

可表达成

其中R为电阻，f₀是C_i与电阻之间转化的比例系数，因此，(5)可变成：

(6)式变形，得

(8)式两边取指数，可变成：

进一步变形，可得：

式(10)中R为生理电阻，对于同一个待测叶片在同一环境下，V、S、a、E⁰、R₀、T、Z、F₀、C、f₀都为定值，令

因此(10)式可变形为：

R＝y₀+ke^-bF (11)

(11)式y₀、k和b为模型的参数。

本发明就是将需要的被考察的夹持力，代入模型(11)中，来获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理电阻；其中在没有夹持力(F＝0)的情况下，得到的植物叶片的静息电阻R₀，计算公式为：R₀＝y₀+k。

对方程R＝y₀+ke^-bF求导得到的导数方程R′＝-kbe^-bF，R′则表示单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值。

植物叶片的生理电阻可以反映膜内外离子浓度差，膜内离子总量一定，浓度差的最重要的改变方式就是离子的膜通透性改变，通透性的改变导致膜内外离子浓度差的改变，最终导致膜内外水势的改变，水势是影响水分运输的最本质要素，水势高处输送到水势低处，单位压力下细胞水分输出量的变化也因此紧密地与植物叶片细胞的膜内外水势的变化相关，从而与膜内外离子浓度差的变化相关，最终导致单位压力下植物叶片的生理电阻的变化等效于单位压力下植物细胞的储水量变化，也等效于单位压力下植物细胞的水分输出量的变化。

单位压力下植物细胞的水分输出量的变化，反映地是植物叶片水力传输特性，单位时间和单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的变化值，可定义为植物叶片导水度。单位时间和单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的变化值，即为植物叶片导水度。在没有外来激励的刺激下，植物叶片导水度即为植物叶片固有导水度。由于细胞的水分输出量等效于生理电阻的变化，那么，单位时间和单位压力下植物叶片细胞的水分输出量的变化值就等效于单位时间和单位压力下植物叶片生理电阻的变化值。由于单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化方程为R′＝-kbe^-bF，当F＝h(h指的是被考察的夹持力)时单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RV_h，RV_h＝-kbe^-bh；当夹持力为0时，单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值RV₀，RV₀＝-kb；由于，生理电阻的变化与测试频率相关联，因此，植物叶片导水度和固有导水度也与时间相关联。因此，基于生理电阻的植物叶片导水度WC_PR的公式为：WC_PR＝-fRV_h＝kfbe^-bh，其中f为测试频率；基于植物生理电阻的植物固有叶片的导水度IWC_PR的公式为：IWC_PR＝-fRV₀＝kfb。

同样的蓄水状况下，单位时间、单位压力下植物叶片细胞的水分输出量较小，水分供应时间越长，植物用水越节约。因此可以用基于生理电阻的植物叶片导水度和固有导水度来判断植物水分输导的经济性。

以构树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的构树新鲜枝条来进行测定，快速检测构树在特定夹持力下的植物生理电阻。

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在水边和土里带有叶片的构树新鲜枝条，并用湿棉花包住枝条基部，以减缓水分散发；

步骤三，迅速返回实验室，清理所述新鲜枝条上叶片表面灰尘后，采摘所述新鲜枝条上长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在平行板之间，设置测定电压1.5伏特，测定频率为3kHz，通过增加不同质量的铁块来设置所需的特定夹持力，迅速测定在不同夹持力下的构树叶片生理电阻，如表11；

步骤五，利用SigmPlot软件将不同夹持力及其对应的生理电阻数据拟合成基于能斯特方程的构树叶片生理电阻与夹持力变化的耦合模型R＝y₀+ke^-bF，获得模型的各个参数，如表12；其中R²为决定系数的平方，n为样本数，P为显著性指标；

步骤六，将构建模型的夹持力代入上述耦合模型，计算出不同夹持力下的生理电阻如表13，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；

步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力1.43N、2.63N以及3.81N，代入上述耦合模型中，计算出构树叶片在1.43N、2.63N和3.81N夹持力下的生理电阻，如表14；

步骤八，将夹持力等于0，代入上述模型中，可计算获得构树叶片的静息电阻，如表15。

检测构树叶片固有导水度以及在叶片与地面夹角为30°时的叶片导水度，步骤一-五同上。

步骤六，将不同夹持力变化下的构树叶片生理电阻的耦合模型方程对夹持力进行求导，获得单位夹持力变化下的构树叶片生理电阻的变化方程；

步骤七，将叶片与地面夹角为30°时的夹持力F值(在本实验中等于-1.07N)代入单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化方程中，可计算获得构树在被考察的夹持力下的叶片生理电阻的变化值；

步骤八，依据单位夹持力变化下的构树叶片生理电阻的变化方程获得夹持力为0时的单位夹持力变化下的构树叶片生理电阻的变化值；

步骤九，依据叶片与地面夹角为30°时的夹持力为-1.07N时的单位夹持力变化下的叶片生理电阻的变化值获取基于生理电阻的植物叶片导水度，如表25；

步骤十，依据夹持力为0时的单位夹持力变化下的构树叶片生理电阻的变化值获取构树基于生理电阻的叶片固有导水度，如表25；

步骤十一，依据构树基于生理电阻的叶片导水度和固有导水度判断植物水分输导的经济性。

表11不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位：N)下的生理电阻R(单位:MΩ)

表12不同环境下生长的构树叶片生理电阻R与夹持力F变化的耦合模型及参数

表13依据耦合模型计算的不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位N)下的生理电阻R(单位:MΩ)

表14在不同环境下生长的构树叶片在不同的被考察的夹持力下的生理电阻R(单位:MΩ)

表15在不同环境下生长的构树叶片的静息电阻R(单位:MΩ)

以桑树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的桑树新鲜枝条来进行测定，快速检测桑树在特定夹持力下的植物生理电阻、桑树叶片固有导水度以及在叶片与地面夹角为30°时的叶片导水度。所有步骤同构树。

设置测定电压1.5伏特，测定频率为3000Hz，测得的在不同夹持力下的桑树叶片生理电阻，如表16所示。基于能斯特方程推导出的桑树叶片生理电阻与夹持力变化的耦合模型以及各个参数如表17；将构建模型的夹持力代入上述模型，计算出不同夹持力下的生理电阻，如表18，桑树叶片在1.43N、2.63N和3.81N夹持力下的生理电阻如表19，桑树叶片的静息电阻如表20。依据方程的参数计算出的桑树基于生理电阻的叶片导水度和固有导水度，如表21，比较不同环境生长的桑树水分输导的经济性。

表16不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位：N)下的生理电阻R(单位:MΩ)

表17不同环境下生长的桑树叶片生理电阻R与夹持力F变化的耦合模型及参数

表18依据耦合模型计算的不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位：N)下的生理电阻R(单位:MΩ)

表19在不同环境下生长的桑树叶片在不同的被考察的夹持力F(单位：N)下的生理电阻R(单位:MΩ)

表20在不同环境下生长的桑树叶片的静息电阻R(单位:MΩ)

表21不同环境下生长的基于生理电阻的构树和桑树叶片导水度和固有导水度(单位：MΩN^-1S^-1)(测定频率为3000Hz)

本发明的实施效果如下：

从表12和表17可以看出，构建的叶片生理电阻与夹持力变化的耦合模型能够很好地表征叶片生理电阻与夹持力变化关系(P<0.0001)。对比表13与表11、表18与表16，可以发现，在较低的夹持力范围内测定的误差较小，两种植物的适用测定夹持力均为1.17-4.17N，对于构树来说，在测定夹持力为1.17-4.17N范围内的测定平均误差仅为5.64％，对于桑树来说，在测定夹持力为1.17-4.17N范围内的测定平均误差为7.16％。实施例的夹持力均在这个范围。

实施例中，被考察的夹持力1.43N、2.63N以及3.81N难以找到合适的铁块来实现，在实验中，只能方便地获得1.17N、2.17N、3.17N、4.17N等夹持力的铁块(塑料棒与电极片的质量为17g)，因此只能用本实施例通过已构建的耦合模型计算出在1.43N、2.63N以及3.81N夹持力下的生理电阻。从表14和表19的结果可以看出，计算结果与实际相符。也就是说本实施例能够实现夹持力在合适的夹持力范围内微小变化下的植物生理电阻的测定。

另外，从表15和表20中可以看出，构树叶片的静息电阻明显小于桑树，但不同环境中生长的构树叶片的静息电阻无明显差异。进一步说明本发明测得的结果具有可靠性

表21表示的是不同环境下生长的构树和桑树基于生理电阻的叶片导水度和固有导水度，从表21中可以看出，在同一环境下构树基于生理电阻的叶片导水度和固有导水度小于桑树的。无论是构树还是桑树，水边生长的植物基于生理电阻的叶片固有导水度都明显大于土里的，这与实际是极为相符的。也即是，构树水分输导的经济性大于桑树，抗旱能力也是构树强于桑树。水边生长的植物因有充足的水分供应，它们具有较大的基于生理电阻的叶片固有导水度，这是植物与环境相适应的结果。

从表21中还可以看出，当叶片与地面夹角为30°时，两种植物的叶片导水度都增加。另外，构树和桑树叶片导水度和固有导水度在不同环境下表现不同，这可能与它们对环境的适应机制是不同的。由此可知，本发明可为植物的环境适应性的研究提供技术支撑。

实施例4

同一对象在同一环境下的阻抗测定中，阻抗大小主要取决于膜内外离子浓度及其梯度比值，所以膜对各种离子的通透性大小以及含水量决定了细胞阻抗大小，而对于叶片来说，阻抗则更是取决于膜内外离子的浓度。外界激励改变离子的膜通透性，影响了膜内外离子的浓度，而膜内外离子浓度差服从能斯特(Nernst)方程，在膜外离子浓度一定时，生理阻抗则与细胞内离子浓度成反比，由此可推导出，细胞的生理阻抗与外界激励的关系。

植物细胞水分的多少关系着植物叶片细胞弹性的强弱，在特定夹持力下，不同植物细胞膜的通透性发生不同的改变，因此其生理阻抗是不同的。

能斯特方程的表达式如(12)式：

其中，E为电动势；E⁰为标准电动势；R是理想气体常数，等于8.314570J.K^-1.mol^-1；T是温度，单位K；Ci为细胞膜内浓度；Co为细胞膜外浓度；F₀是法拉第常数，等于96485C.mol^-1；Z是通透离子转移数，单位mol。

电动势E的内能可转化成压力做功，与PV成正比PV＝aE，即：

其中：P为植物细胞受到的压强，a是电动势转换能量系数，V为植物细胞体积；

植物细胞受到的压强P可由压强公式求出，压强公式：

其中F为夹持力，S为极板作用下的有效面积；

在叶肉细胞里，液泡和细胞质占据了细胞内绝大部分空间。对叶肉细胞而言，C_o与C_i之和是一定的，等于膜内外通透离子总量C，C_i则与电导率成正比，而电导率为阻抗Z的倒数，因此，

可表达成

Z为阻抗，f是C_i与阻抗之间转化的比例系数，因此，(13)可变成：

(14)式变形，得

(15)可变成：

(16)式两边取指数，可变成：

进一步变形，可得：

式(18)中Z为生理阻抗，对于同一个待测叶片在同一环境下，V、S、a、E⁰、R、T、n、F₀、C、f都为定值，令

因此(18)式可变形为：

Z＝y₀+ke^-bF (19)

(19)式y₀、k和b为模型的参数。

本发明就是将需要的被考察的夹持力，代入上述模型(19)中，来获得被考察植物叶片在特定夹持力下的生理阻抗；其中在没有夹持力的情况下，得到的植物叶片的静息阻抗Z₀，计算公式为：Z₀＝y₀+k。

对(19)式求导得：

Z′＝-bke^-bF (20)

植物叶片的生理阻抗反映的是对生理电流的对抗能力，而生理电流则是叶片中包括无机、有机离子等介电物质运移产生的，阻抗越大，则介电物质的运输越慢，因此，植物叶片生理阻抗可以从反方面来反映叶片中极性物质的输导性能，也即植物叶片水力输导能力。(20)式的生物学意义可表征为单位压力下生理阻抗的变化，可代表植物叶片的输导阻力；比较被考察植物叶片输导阻力和固有输导阻力，输导阻力越大则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越小，输导阻力越小则基于生理阻抗的植物叶片水力输导能力越大。

以构树为例。在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的构树新鲜枝条来进行测定，快速检测构树在特定夹持力下的植物生理阻抗。

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在水边和土里带有叶片的构树新鲜枝条，并用湿棉花包住枝条基部，以减缓水分散发；

步骤三，迅速返回实验室，清理所述新鲜枝条上叶片表面灰尘后，采摘所述新鲜枝条上长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在平行板之间，设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，通过增加不同质量的铁块来设置所需的特定夹持力，迅速测定在不同夹持力下的构树叶片生理阻抗，如表22；

步骤五，利用SigmPlot软件将不同夹持力及其对应的生理阻抗数据拟合成构建基于能斯特方程的植物叶片的生理阻抗与夹持力变化的耦合模型，获得模型的各个参数，如表23；其中R²为决定系数的平方，n为样本数，P为显著性指标；

步骤六，将构建模型的夹持力代入上述耦合模型，计算出不同夹持力下的生理阻抗如表24，比对实测值与计算值，找出模型的适用范围；

步骤七，将需要的在适用范围内的被考察的夹持力1.43N、2.63N以及3.81N，代入上述耦合模型中，计算出构树叶片在1.43N、2.63N和3.81N夹持力下的生理阻抗，如表25。

步骤八，将夹持力等于0，代入上述模型中，可计算获得构树叶片的静息阻抗如表26。

检测构树叶片固有输导阻力以及在叶片与地面夹角为30°时的叶片输导阻力，步骤一-五同上；

步骤六，将不同夹持力变化下的构树叶片生理阻抗的耦合模型方程对夹持力进行求导，获得基于生理阻抗的构树叶片输导阻力方程，如表27；

步骤七，将叶片与地面夹角为30°时的夹持力F值(在本实验中等于-1.07N)代入基于生理阻抗的构树叶片输导阻力方程中，可计算获得构树在叶片与地面夹角为30°时的叶片输导阻力，如表28；

步骤八、令夹持力等于0，代入基于生理阻抗的构树叶片输导阻力方程中，可计算获得构树叶片固有输导阻力，如表28；

步骤九，依据构树叶片输导阻力和固有输导阻力，获取基于生理阻抗的构树叶片水力输导能力，定量判断构树叶片物质输导性能。

表22不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位N)下的生理阻抗Z(单位:MΩ)

表23不同环境下生长的构树叶片生理阻抗Z与夹持力F变化的耦合模型及参数

表24依据耦合模型计算的不同环境下生长的构树在不同夹持力F(单位N)下的生理阻抗Z(单位MΩ)

表25在不同环境下生长的构树叶片在不同的被考察的夹持力F(单位N)下的生理阻抗Z(单位MΩ)

表26在不同环境下生长的构树叶片的静息阻抗Z(单位MΩ)

表27不同环境下生长的构树基于生理阻抗的叶片输导阻力模型

表28在不同环境下生长的构树叶片输导阻力和固有输导阻力

以桑树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的桑树新鲜枝条来进行测定，快速检测桑树叶片在特定夹持力下的植物生理阻抗、固有输导阻力以及在叶片与地面夹角为30°时的叶片输导阻力。所有步骤同构树。

设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，测得的在不同夹持力下的桑树叶片生理阻抗，如表29所示。基于能斯特方程推导出的植物叶片生理阻抗与夹持力变化的耦合模型以及各个参数如表30；将构建模型的夹持力代入上述模型，计算出不同夹持力下的生理阻抗如表31，桑树叶片在1.43N、2.63N和3.81N夹持力下的生理阻抗如表32，桑树叶片的静息阻抗如表33。将不同夹持力变化下的桑树叶片生理阻抗的耦合模型方程对夹持力进行求导，获得基于生理阻抗的桑树叶片输导阻力方程如表34；将叶片与地面夹角为30°时的夹持力F值(在本实验中等于-1.07N)代入基于生理阻抗的桑树叶片输导阻力方程中，可计算获得桑树在叶片与地面夹角为30°时的叶片输导阻力如表35；将夹持力等于0，代入基于生理阻抗的构树叶片输导阻力方程中，计算获得桑树叶片固有输导阻力如表35；依据桑树叶片输导阻力和固有输导阻力，获取基于生理阻抗的桑树叶片水力输导能力，定量判断构树叶片物质输导性能。

表29不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位：N)下的生理阻抗Z(单位:MΩ)

表30不同环境下生长的桑树叶片生理阻抗Z与夹持力F变化的耦合模型及参数

表31依据耦合模型计算的不同环境下生长的桑树在不同夹持力F(单位N)下的生理阻抗Z(单位MΩ)

表32在不同环境下生长的桑树叶片在不同的被考察的夹持力F(单位N)下的生理阻抗Z(单位MΩ)

表33在不同环境下生长的桑树叶片的静息阻抗Z(单位MΩ)

表34不同环境下生长的桑树基于生理阻抗的叶片输导阻力模型

表35在不同环境下生长的桑树叶片输导阻力和固有输导阻力

本实施例的实施效果如下：

从表23和表30可以看出，构建的叶片生理阻抗与夹持力变化的耦合模型能够很好地表征叶片生理阻抗与夹持力变化关系(P<0.0001)。对比表24与表22、表31与表29，可以发现，在较低的夹持力范围内测定的误差较小，两种植物的适用测定夹持力均为1.17-4.17N，对于构树来说，在测定夹持力为1.17-4.17N范围内的测定总体偏差(偏正与偏负误差抵消)仅为4.48％，对于桑树来说，在测定夹持力为1.17-4.17N范围内的测定总体偏差(偏正与偏负误差抵消)为3.90％。实施例的夹持力均在这个范围。而从平均误差来看，两种植物的测定夹持力最适用范围在1.17-3.17N范围内，建议测定在此范围内进行。

实施例中，被考察的夹持力1.43N、2.63N以及3.81N难以找到合适的铁块来实现，在实验中，只能方便地获得1.17N、2.17N、3.17N、4.17N等夹持力的铁块(塑料棒与电极片的质量为17g)，因此只能用本发明通过已构建的耦合模型计算出在1.43N、2.63N以及3.81N夹持力下的生理阻抗。从表25和表31的结果可以看出，计算结果与实际相符。也就是说本实施例能够实现夹持力在合适的夹持力范围内微小变化下的植物生理阻抗的测定。

另外，从表26和表33中可以看出，构树叶片的静息阻抗明显小于桑树，说明构树的离子的进出受到的阻力较小，运输耗费的能量也小，这说明构树比桑树更具有适应性，这也与实际相符的。

从表28和表35中可以看出，构树的输导阻力显著地小于桑树，表明构树具有高效的输导性能，输送物质阻力小，消耗的能力小，水分利用效率高；这是实际是相符的。

从表28和表35中还可以看出，当叶片与地面夹角为30°时，两种植物的叶片输导阻力都增加。这是因为，当叶片与地面夹角为30°时，植物的蒸腾作用增强，此时，植物为了阻止水分的失去，增加了输导阻力；这也符合实际情况。

另外，构树和桑树叶片输导阻力在不同环境下表现不同，这可能与它们对环境的适应机制是不同的。由此可知，本发明可为植物的环境适应性的研究提供技术支撑。

实施例5

依据欧姆定律可知：生理电流I_Z＝U/Z，这里U为测定电压，1.5伏，I_Z为生理电流；因此(15)式可变形为：

其中I_Z为测定电压为1.5伏的生理电流。

对(21)求导得：

生理电流是叶片中包括无机、有机离子等介电物质移动产生的，无机、有机离子等介电物质移动得越多越快，则介电物质输导得越快，效率越高；因此，植物叶片的生理电流可以反映叶片中极性物质的输导性能，也即植物叶片水力输导能力；(22)式的生物学意义可表征为单位压力下生理电流的变化，代表了植物叶片的输导力；比较被考察植物叶片输导力，输导力越小则基于生理电流的植物叶片水力输导能力越小，输导力越大则基于生理电流的植物叶片水力输导能力越大，输导效率越高，输水量越多。

以构树为例。在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的构树新鲜枝条来进行测定，快速检测构树叶片固有输导力。

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在水边和土里带有叶片的构树新鲜枝条，并用湿棉花包住枝条基部，以减缓水分散发；

步骤三，迅速返回实验室，清理所述新鲜枝条上叶片表面灰尘后，采摘所述新鲜枝条上长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在平行板之间，设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，通过增加不同质量的铁块来设置所需的特定夹持力，迅速测定在不同夹持力下的构树叶片生理阻抗，如表22；

步骤五，利用SigmPlot软件将不同夹持力及其对应的生理阻抗数据拟合成构建基于能斯特方程的植物叶片生理阻抗与夹持力变化的耦合模型，获得模型的各个参数，如表36；其中R²为决定系数的平方，n为样本数，P为显著性指标；

步骤六，依据不同夹持力变化下的构树叶片生理阻抗的耦合模型方程获得不同夹持力变化下的构树叶片生理电流的耦合模型方程，如表36；

步骤七，将不同夹持力变化下的构树叶片生理电流的耦合模型方程对夹持力进行求导，获得基于生理电流的构树叶片输导力模型方程，如表377；

步骤八、令夹持力等于0，代入基于生理电流的构树叶片输导力模型方程中，可计算获得构树叶片固有输导力，如表38；

步骤九，依据构树叶片固有输导力，获取基于生理电流的构树叶片水力输导能力，判断构树叶片物质输导效率。

表36不同环境下生长的构树叶片生理阻抗Z、生理电流I_Z与夹持力F变化的耦合模型及参数

表37不同环境下生长的构树基于生理电流的叶片输导力模型

表38在不同环境下生长的构树叶片固有输导力

以桑树为例，在江苏大学校园内采摘长势较为一致的不同生长环境下带有叶片的桑树新鲜枝条来进行测定，快速检测桑树叶片固有输导力。所有步骤同构树。

设置测定电压1.5伏，测定频率为3000Hz，测得的在不同夹持力下的桑树叶片生理阻抗，如表29所示。基于能斯特方程推导出的植物叶片生理阻抗、生理电流与夹持力变化的耦合模型以及各个参数如表39；将不同夹持力变化下的桑树叶片生理电流的耦合模型方程对夹持力进行求导，获得基于生理电流的桑树叶片输导力模型方程如表40；令夹持力等于0，代入基于生理电流的桑树叶片输导力模型方程中，计算获得桑树叶片固有输导力如表41；依据桑树叶片固有输导力，判断桑树叶片物质输导效率。

表39不同环境下生长的桑树叶片生理阻抗Z、生理电流I_Z与夹持力F变化的耦合模型及参数

表40不同环境下生长的桑树基于生理电流的叶片输导力模型

表41在不同环境下生长的桑树叶片固有输导力

本发明的实施效果如下：

从表38和表41可以看出，构树叶片固有输导力显著小于桑树，在水边生长的植物叶片固有输导力大于土里生长的植物，这是因为，水边环境水分充足，水分不受限制，植物依靠大量失水(蒸腾)，扩大气孔开度，进行光合作用，是水分利用率较低的生存方式。构树具有较低的叶片固有输导力，表明它的叶片水力输导能力弱，输导效率低，输出的水量小，是水分利用率较高的植物，这与实际是相符的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；

步骤二，选取生长在不同环境下带有叶片的待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部；

步骤三，清理新鲜枝条上叶片，并采摘长势较为一致的叶片；

步骤四，将叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置所需的特定夹持力，并测定在不同夹持力下的植物生理电参数；

步骤五，构建植物叶片生理电参数的模型，获得模型的各个参数；

所述植物叶片生理电参数的模型为植物叶片的生理电容C随夹持力F变化方程，所述变化方程具体为：

令

植物叶片的生理电容随夹持力变化方程变形为C＝y₀+kF，其中y₀和k为方程的参数，ΔH为植物叶片系统，U为测试电压，V为植物细胞体积，F为夹持力，S为平行板电容传感器极板作用下的有效面积；对方程C＝y₀+kF求导得到的新方程C′＝k，参数k为单位夹持力变化下的叶片生理电容的变化值，根据所述参数k，获取基于生理电容的植物叶片的固有导水度，所述植物叶片固有导水度IWC_PC的表达式为：IWC_PC＝0.5kf/1000，其中IWC_PC为基于生理电容的植物叶片固有导水度，单位为nF N^-1s^-1，f为测试装置的测试频率；比较基于生理电容的植物叶片固有导水度，固有导水度越小，植物水分输导越经济。

2.根据权利要求1所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于：所述步骤四中特定夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(m+m)g计算出夹持力F，式中M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度，为9.8N/kg。

3.根据权利要求1所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，依据生理电容随夹持力变化方程中的参数计算植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，判断植物的耐干旱能力。

4.根据权利要求3所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，植物叶片的固有蓄水势IRP的计算公式为：IRP＝-ΔH＝-0.5y₀U²，植物叶片的固有蓄水力IRF为植物叶片电容为0时的夹持力，计算公式为：IRF＝-y₀ k^-1；比较植物叶片的固有蓄水势和固有蓄水力，固有蓄水势和固有蓄水力越大，植物的耐干旱能力越强。

5.根据权利要求1所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于，所述测定方法基于如下测定装置实现，所述测定装置包括支架(1)、泡沫板(2)、电极板(3)、导线(4)、铁块(5)、塑料棒(6)及固定夹(7)，支架(1)为矩形框架结构、且一侧开放，支架(1)上端开有通孔，供塑料棒(6)伸入，支架(1)下端朝内一侧及塑料棒(6)底端分别粘有两个泡沫板(2)，泡沫板(2)内镶嵌电极板(3)，两个电极板(3)各自引出一根导线(4)，塑料棒(6)的泡沫板(2)上可放置不同质量的铁块(5)，塑料棒(6)位于支架内部的一端由固定夹(7)进行固定。

6.根据权利要求5所述的一种基于生理电参数的植物叶片保水及输导能力的测定方法，其特征在于：所述电极板(3)为圆形极板，所述电极板(3)的材质为铜。

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