面向植物电生理多源数据的在线分析方法研究

正植物电信号是植物受到环境或者外界刺激后产生的直接响应,具有重要的生理意义。当前植物电生理数据量不断增加,但较少公开和共享,仅能应用于实验室内部,从而限制了植物电信号研究的发展,同时植物电信号分析方法中一些基     

植物电信号的获取及分析方法研究现状

电信号是植物体内参与生理调控、传送信息的一种重要生理信号.在复杂多变的生长环境中,电信号能较为迅速地做出响应并调节植物对不同环境变化出现的生理反应,对植物生命活动至关重要.本文综述了植物响应外界环境变化的电信号的研究现状,并对植物电信号的基本特征、外界环境刺激对植物的影响以及植物电信号采集方法、传播途径、分析方法等内容进行归纳总结,为植物电信号的进一步研究提供参考.     

高等植物中的电信号研究进展

植物对外界刺激发生反应的过程中,往往会有多种信号共同作用。电信号的产生与植物的敏感性、植物的生理状态及刺激因子有关。已发现的电信号有动作电波,变异电波,复合电波,振荡电波及波中波等多种类型。电信号的传递途径及传递机制仍然存在争议。植物的多种生理效应与电信号的产生、传递有关。     

基于NI-DAQmx的植物电信号检测系统

介绍了针对植物电信号特点设计的基于NI数据采集平台的植物电信号检测系统。通过DAQmx和Labview实现实时数据采集与显示,采用小波消噪算法及功率谱估计,用Matlab对所采集数据进行信号消噪及频域分析,完成植物微弱电信号的获取与时频域特性分析,成功地提取了植物电信号的特征值。结果表明,应用该系统进行植物电信号的采集与特性分析切实可行。     

植物微弱电信号研究现状

介绍植物电信号的特性,综述植物微弱电信号的国内外研究现状,提出目前植物微弱电信号研究中有待进一步解决的问题。     

两种植物电信号的自适应AR参数模型分析

根据植物电信号非平稳、非线性等特点,以盆栽植物君子兰和观音莲为研究材料,对采集的两种植物电信号进行自回归模型(AR模型)分析,并采用自适应技术对模型参数进行优化。首先采用Akaike信息检验准则估计植物电信号的模型阶次,然后基于最小二乘参数估计法建立植物电信号模型并拟合,最后利用自适应AR参数算法对两种植物电信号进行预测。结果表明:基于最小二乘法的AR模型对植物电信号进行短期预测是可行的。为了解决预测中误差随预测点数增加而增大的问题,提出了基于Kalman滤波算法的AR模型参数估计法,使得预报精度以及收敛速度得以优化。进一步预报的数据可作为温室或塑料大棚控制系统中重要的输入参数,该方法为植物生物信息学提供了新的研究基础。     

基于改进小波阈值的植物电信号降噪方法

多尺度分析方法对于小波分析参数选取与设计具有很强的依赖性，针对初步采集得到的植物电信号特点，提出一种小波阈值计算和选取方法，该方法融入了小波分解层数和调节因子，通过对小波阈值方法进行改进实现更加合理的植物电信号分解和降噪预处理。结果表明，该方法在植物电信号降噪效果方面获得了较好表现，同时根据信噪比(SNR)以及均方误差(MSE)计算结果，该方法进行降噪效果更为理想，能够满足信号分析需求。     

基于复小波及动态神经网络的植物电信号研究

[目的]针对植物电信号数量级小、易受干扰的问题,提出了双树复小波变换(DT-CWT)结合双变量收缩消噪及不带输入变量的非线性自回归神经网络(NAR)模型,旨在能将植物电信号用于研究温室内植物生长模型。[方法]在屏蔽环境下获取生长状况良好的鸟巢蕨植株的电信号。采用双树复小波变换将电信号进行分解,利用层间小波系数具有相关性的特点,将分解后的小波系数进行双变量收缩消噪。通过对植物电信号进行自相关分析,确定迟滞阶数。再通过NAR网络训练消噪信号。[结果]采用双树复小波消噪后的信号虚部树的高频分量明显减少。消噪后的植物电信号前序98个样本点的自相关系数均大于0.8,迟滞阶数98。采用本模型对消噪后的电信号进行预测时相关系数为0.973,均方误差(MSE)为0.593 mv~2。相比于软阈值消噪与硬阈值消噪,本模型的消噪方法信噪比(SNR)最大,MSE最小。对碧玉、白鹤芋2种植物应用本模型,决定系数分别为0.975和0.972,MSE分别为0.112 mv~2和4.459×10~(-2)mv~2。[结论]植物电信号2个相邻时刻间具有很强的关联性,消噪过程对虚部树的影响更大,双树复小波分解结合双变量收缩的消噪方法更大程度上保留了信号的原始信息。本模型具有可推广性。     

燕子掌电信号随光照度变化的分析

光环境是影响光合作用最重要的因素。不同植物所需的最适宜光照条件不同,通过检测计算燕子掌(Crassula obliqua)电信号的时域和频域特性,研究不同光照度下燕子掌电信号时域峰峰值、均值、频域功率谱的变化,以及表征它们的特征值谱重心频率、谱边缘频率和功率谱熵,探究它们最适宜的光照度。试验证明,燕子掌电信号是一种微弱低频信号,其光合作用的强弱与其植物电信号密切相关,燕子掌最适宜的光照度为24 000~29 500 lx,在此光照度范围其光合作用较强。     

基于RFID技术的植物电信号数据采集系统的探讨

在介绍了系统的设计流程、选用的测试仪器和RFID技术的基础上,探讨了基于RFID技术的植物电信号数据采集系统的设计。研究表明,该系统的构建具有可行性,它对实时监测植物生长情况和环境变化具有积极意义。     

CHARACTERISTICS OF HERBIVORY/WOUND-ELICITED ELECTRICAL SIGNAL TRANSDUCTION IN TOMATO

• Herbivory and mechanical wounding elicited electrical signals.• Petiole wounding elicited stronger electrical signals than did leaflet wounding.• Leaflet wounding elicited electrical signals and JA signaling within a compound leaf.• GLR3.3 and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction.• JA synthesis and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants.Electrical signals commonly occur in plants in response to various environmental changes and have a dominant function in plant acclimation. The transduction of wound-elicited electrical signals in the model plant species Arabidopsis has been characterized but the characteristics of electrical signal transduction in response to herbivory or wounding in crop species remain unknown. Here, the features of electrical signals elicited by insect herbivory and wounding in tomato were investigated. Unlike those in Arabidopsis, wounding tomato leaves did not cause leaf-to-leaf electrical signal transduction. In contrast, electrical signals elicited in response to petiole wounding were stronger and more strongly transduced. Leaflet wounding also activated electrical signal transduction and jasmonic acid (JA) signaling within the whole compound leaf. It was also demonstrated that tomato glutamate receptor-like 3.3 (GLR3.3) and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction. Herbivory-induced JA accumulation and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants. This work reveals the nature of electrical signal transduction in tomato and emphasizes the key roles of GLR3.3 and GLR3.5 in electrical signal transduction and JA signaling activation.     

失水对植物生理特性和电特性的影响

为了了解植物电特性与生理特性间的关系,特以吊兰、玉米和小麦等植物为对象,研究了失水对离体和活体植物叶片的生理特性参数(组织含水量和水势)及电特性参数(电容和电阻值)的影响。结果表明,失水使叶片组织含水量、水势降低,使电容减小、电阻增大,且电容和电阻的变化较组织含水量和水势的变化明显。表明植物叶片电特性能够反映植物的水分生理特性,因此,利用植物电特性快速获取植物旱情信息是可行的。     

冷胁迫对锦葵科植物部分生理指标的影响研究（英文）

锦葵科植物研究正常温度和低温条件下锦葵科植物品种部分耐冷生理生化指标的变化趋势。结果表明锦葵科植物耐冷品种在冷胁迫条件下电导率上升明显小于不耐冷品种,而脯氨酸含量、可溶性蛋白含量均比不耐热品种高。上述生理指标均可作为锦葵科植物品种耐冷性筛选指标,也为其他园林植物的耐冷筛选提供理论指导。     

蒿柳雌株与雄株在高温胁迫下的生理差异及其变异

利用人工气候箱模拟高温环境,研究40 ℃/30 ℃(白天温度/晚上温度)处理下蒿柳雌株与雄株叶片电导率(EC)、超氧阴离子自由基(O·-2)产生速率、渗透调节物质含量以及抗氧化物酶活性的差异,分析各生理指标在雌株与雄株间的变异系数(VC)及分化系数(VST)。结果表明:高温胁迫下,蒿柳EC值、O·-2产生速率显著上升,但雌株EC值和O·-2产生速率显著大于雄株;脯氨酸(Pro)含量、可溶性蛋白(SP)含量显著升高,但雄株的渗透调节物质含量显著高于雌株;超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、抗坏血酸过氧化物酶(AsA-POD)活性显著上升,过氧化物酶(POD)活性显著下降,但雄株的4种酶活性显著高于雌株。高温处理下,蒿柳雌株与雄株各生理性状的变异系数(VC)较为接近,说明各生理性状在雌性个体与雄性个体间的变异较为一致。各生理性状的平均分化系数(VST)为17.06%,说明高温胁迫下各生理性状在雌、雄株间的变异小于雌、雄株内(无性系之间)的变异。综上所述,高温胁迫下蒿柳无性系在生理性状上存在丰富的变异,但雄株具有较强的调节、适应能力。因此,在育种工作中适当多选择雄株优树,有助于获得耐热性强的新种质。      

木本植物低温应答机制研究进展

低温是限制木本植物生长和分布的重要非生物胁迫因子之一。木本植物作为一个生物体系统,在受到低温胁迫时,为抵御逆境带来的伤害,其自身会发生一系列的分子及生理反应,以响应和应对逆境信号。这些反应互相联系,形成一套完整的分子生理应答机制。综述近年来低温胁迫下木本植物信号转导、转录组、蛋白质组、代谢组的分子响应,及膜系统、保护酶系统、有机调节物质的生理响应,从信号转导、转录调控、基因表达、代谢调节到生理变化这一连贯的系统进行初步阐述,以揭示木本植物低温应答机制,并就当前的问题进行分析,对未来进行展望。为进一步探究木本植物应对低温胁迫的抗寒机制和适应机制提供理论参考。同时,为选育抗寒性强的木本植物种质资源提供理论基础。     

冷胁迫对山茶部分生理指标的影响

[目的]筛选耐冷的山茶品种。[方法]研究正常温度(25℃)和低温胁迫(-10℃)条件下山茶品种部分耐冷生理指标(叶片相对电导率、相对含水量、可溶性蛋白含量)的变化。[结果]耐冷山茶品种在冷胁迫条件下叶片相对电导率的变化幅度明显小于不耐冷品种,而叶片相对含水量和可溶性蛋白含量的变化均大于不耐冷品种。这表明叶片相对电导率、相对含水量和可溶性蛋白含量均可作为山茶品种耐冷性的筛选指标。[结论]该研究结果可为山茶耐冷品种的进一步筛选提供理论依据,也为其他园林植物的耐冷筛选提供了理论指导。     

植物干旱适应的研究进展

植物在生长季节经常受到各种环境的胁迫,其中干旱是其中的一个主要因素。干旱诱发植物产生各种生理生化反应从而改变作物的产量。笔者从植物在干旱条件下的光合能力、渗透调节、信号传导和活性氧代谢等方面论述了植物对干旱适应的策略和反应。     

ERF类转录因子的结构与功能

ERF(ethylene resposive factor)是植物所特有的一类转录因子.ERF家族成员在结构上有共同的特点:每个成员都含有一个大约由60个氨基酸组成的非常保守的DNA结合域,含有ERF结合域的转录因子在植物中广泛存在,并且参与植物的生长发育及生理生化反应的信号转导.本文主要介绍了植物转录因子ERF家族的结构及其功能的研究进展.