基于植物根系仿生的土壤热湿迁移数值模拟

以实验数据为依据,把土壤中的水分含量和水分梯度分布作为影响植物根系生长的环境因子,结合非饱和多孔介质中传热传质的数学模型,对冬小麦的根系生长进行仿生模拟,分析根系吸水对非饱和土壤湿分与热量传递的影响。在相同环境条件下,对裸土和有作物覆盖的土壤床中的热、湿迁移也进行了模拟比较。     

土温对植物生长的影响及其机理分析

以二年生草本花卉黑心菊为材料,研究了土壤温度对其生长发育的影响。结果表明,加热株地上部的湿重和干重均比未加热株大,而加热株根系的湿重和干重则比未加热株小;且加热株具有较小的根冠比。这些说明适宜的土壤温度使根系的吸收活力增强,有利于植物地上部的生长发育,同时植物根系会通过功能补偿作用对不良土温做出适应性反应,以减少不良土温对植物的危害。     

重金属铜胁迫苹果砧木根系的显微拉曼光谱诊断研究

重金属污染会影响农作物的正常生长,如何快速准确的实现对农作物中重金属的检测已成为亟待解决的问题之一。传统植物中重金属检测依赖于化学方法,虽然可以实现重金属含量的精准检测,然而其操作过程繁琐,并且无法实现批量样本的检测,更无法实现重金属胁迫下植物组织的原位微观检测。拉曼光谱具备无损探测固体、液体和气体状态的分子振动信息、光谱分辨率高和对水分不敏感等优势,因此利用拉曼光谱技术检测农作物中重金属含量具有可行性。苹果砧木是苹果树幼苗嫁接的基础,能够保障后期的苹果树体健康以及苹果果品品质与产量,而苹果砧木根系受到重金属污染,阻碍其健康生长并影响苹果树幼苗的抗逆性,因此探明重金属与苹果砧木根系互作机理十分必要。该研究以5组不同浓度CuSO₄·5H₂O溶液胁迫下的苹果砧木为研究对象,首先采集不同铜离子(Cu²⁺)胁迫梯度下苹果砧木根系的拉曼散射光谱,利用自适应迭代重加权惩罚最小二乘法(Air-PLS)和S-G平滑方法对所获得的拉曼光谱数据进行预处理,去除荧光影响以及进行基线校正;其次建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型和支持向量...     

等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定玉米和大豆根系伤流液中无机元素流量

植物根系伤流液组分是根系活力和根冠关系的重要指标,应用高压硝化处理和ICP-AES法分别同时测定了玉米(品种3138)和大豆(品种鲁豆11)根系伤流液中18种无机元素流量。结果表明玉米和大豆根系伤流液中无机元素种类、流量及随生长发育期变化均有差异。玉米根系伤流液中流量较大的为K,Ca,Mg,P,Na, Si,Zn,Mn,Fe等, 范围为1～1 851.5 μg·h-1·plant-1,B,Cu和Mo均低于1 μg·h-1·plant-1,检测不到Co,Cd,Ba,Pb,Sr,As的存在。从拔节期到灌浆期,各无机元素流量有随生育期下降的趋势。大豆根系伤流液中流量较大的为Ca,Mg,K,P,Na,Zn,Mn,Fe,Cu等,范围为1～1 158 μg·h-1·plant-1,B和Mo均低于1 μg·h-1·plant-1,检测不到Si,Co,Cd,Ba,Pb,Sr,As的存在,各元素随大豆生长发育期呈现不同变化。     

用不同蛋白质分析方法鉴定玉米分泌蛋白组的比较研究

玉米根系在生长过程中向根际分泌蛋白质类大分子物质。采用双向聚丙烯酰胺凝胶电泳-质谱技术,一维液相色谱-质谱联用(LC/MS)和Shotgun三种不同鉴定方法对无菌条件收集的玉米根系分泌蛋白进行了分离、分析与鉴定,对3种鉴定方法在分泌蛋白分析中的应用做了详细阐述和比较。结果表明,双向电泳通过银染可以看到200个蛋白质点,但由于蛋白量少,通过质谱无法对玉米根系分泌蛋白进行鉴定;用LC/MS鉴定得到了152个蛋白;用Shotgun技术鉴定得到了2 848个蛋白。LC/MS鉴定得到的蛋白全部出现在用Shotgun技术鉴定得到的2 848个蛋白中,后2种方法的结果可以互相验证。Shotgun技术具有更高的灵敏性,更适合对蛋白质浓度低、干扰物多的植物根分泌蛋白组进行鉴定,能够获得完整可靠的信息。     

双光子成像观测拟南芥细胞骨架及根尖生长过程

细胞骨架在植物细胞及其运动、发育变化等过程中起着重要作用。本文利用MS培养基在无菌条件下培养转染GFP(绿色荧光蛋白)的拟南芥,使其经过从种子萌发、植株生长直至开花结果的完整生命周期;在此过程中,利用适合对较大较厚样品进行活体四维成像的双光子激光扫描显微术,观测活的拟南芥种子、根尖、导管和根毛等器官内的细胞骨架形态,以及拟南芥根尖生长发育的动态过程,量化计算出根尖的生长速度。用低浓度(10-10mol.L-1)吲哚-3-乙酸刺激拟南芥,观测到根尖生长速度比正常情况下提高约3.8倍。     

高压静电场促进植物生物技术的研究

高压静电场促进植物生长技术源于自然又高于自然。它包括静电种子处理和静电场生长环境等技术。文章论述了该技术的实施方法，并报道了 取得的初步成果。     

同步辐射XRF法分析温室油菜中微量元素的分布

蔬菜是补充人体微量元素的重要途径,但是蔬菜不同部位、特别是温室蔬菜不同部位各种元素的分配目前还没有研究清楚。利用同步辐射XRF法测定了温室油菜中各种微量元素中的分配情况。研究结果表明温室油菜中含有许多人体必需的微量元素,特别是Ca,Mn,Fe,Cu和Zn;但是不同的元素在叶片和根系的不同部位含量有所差异,总体上油菜根系中K,Ca和Mg的含量显著高于叶片,叶片中Fe,Zn,Co,Ni和Cu的含量则高于根系,其中侧根中的各种元素含量均很低。K,Ca和Co在叶片中间位置含量较高,由边缘向中部含量逐渐增加;Cu,Mn,Fe和Ni含量由叶片基部到叶尖处含量逐渐增高;Zn总体含量也比较均匀。在主根中各种元素普遍表现为根基部向根尖呈现先上升再降低的规律,根系中间部位各元素含量高,且普遍表现为根基部的含量要高于根尖处的含量。     

基于地面实测光谱的湿地植物全氮含量估算研究

随着再生水越来越多的应用于城市湿地,湿地植物生长状态的大面积监测对于利用再生水的湿地恢复与重建具有重要意义。目前遥感技术已成为植物生长状态大面积监测的重要手段。本研究以北京市典型再生水城市湿地奥林匹克公园南园湿地为研究区,以反映植物生长状态的重要指标全氮(TN)为研究对象,在测定研究区湿地植物芦苇(Phragmites australis)和香蒲(Typha angustifolia)的叶片光谱及TN含量的基础上,对数据进行预处理并建立二者的关系模型,包括单变量模型(比值光谱指数(SR)模型和归一化差值光谱指数(ND)模型),与多变量模型(逐步多元线性回归(SMLR)模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型),并利用交叉验证决定系数(R2CV)和均方根误差(RMSECV)对模型精度进行检验。结果表明,不同湿地植物类型相比,利用芦苇反射光谱建立的各种预测模型的精度都高于香蒲;不同回归模型相比,多变量回归模型的精度较高;多变量回归模型中,PLSR模型的精度高于SMLR模型,其R2CV可达0.80,RMSECV仅为0.24,是建立湿地植物光谱与TN含量关系的最优模型。研究成果不仅为湿地植物生长状态遥感探测提供参考借鉴,而且可以为利用再生水的城市湿地监测与管理提供有力的科学依据。     

植物让沙丘停止移动

通常在沙漠里很难见到植物，但植物却对沙地的稳定化和沙丘位置的固定起着很大的作用．所以在沙漠中，植物与沙地的移动存在着剧烈的竞争．几千年来如何有效控制沙丘的移动一直是居住在沙漠地区人民要面对的课题．德国斯图加特大学的0．Durain和H．Herrmann两位教授悉心地研究了这个问题，他们发展了一个方程来描述沙漠地区沙丘的运动规律．他们发现，当植物拓植时，新月形的沙丘可变为抛物形的沙丘，而这恰恰是让沙丘停止移动的第一步．他们在方程中引进了一个“固定化指数（fixationindex）”I，它的物理意义是沙丘被侵蚀的大小与由于植物快速生长而阻止沙丘被侵蚀大小之间的比率．当，的数值小于0．5时，新月形沙丘将会转变为抛物形沙丘，这时植物的生长就战胜了沙丘的被侵蚀．反之，若，的数值大于0．5时，由刮风所导致的沙带侵蚀会让植物的生长停止，同时沙丘将继续移动．     

基于多元通讯集中控制器的LED植物促生长照明智能控制系统

LED可以高效地释放植物生长所需要的特定波长,从而有效地调节植物生长。根据这一特点,开发了一套LED植物促生长照明智能控制系统。该系统采用集中分布式的架构,系统化地实现了LED植物促生长的智能控制,特别是采用了多元通讯的模式,解决了目前一些控制系统灵活度低和可靠性不高等问题。该多元通讯包含了多种通讯方式,按通讯距离和连接对象的不同可分为远程通讯和局域组网通讯。控制设备中嵌入了通讯优先级排序列表,可以动态地选择连接状态良好的通讯方式。在局域无线组网通讯中,提出了一套具有自愈和自维护功能的系统组网策略,极大地提高了下行网络的可靠程度。本文最后进行了实际的测试,结果良好,具有可配置,可重构和可自愈的特点,拥有良好的实际市场潜力。     

基于Micromegas探测技术的中子CT可行性研究(英文)

在培育新品种过程中能够实时掌握了解土壤中植物根系的形态以及其生长情况将为植物学家提供很多不可或缺的信息。对基于 micromegas 探测技术的中子 CT 在这一新应用的试验环境进行了仿真模拟, 通过三维图像重建后,得到了令人满意的预期结果。首先通过 Geant4 和 Garfield 模拟计算利用聚乙烯薄膜作为中子转换层的 micromegas 中子探测器, 得到了非常理想的位置分辨, 说明基于micromegas 探测技术建立中子 CT 照相系统的可行性。 然后利用MCNP仿真模拟14 MeV 中子CT 的实验环境, 最后由Matlab程序进行图像重建。In this paper, the possibility using micromegas(Micro Mesh Gaseous Structure) as neutron detector in 14 MeV neutron computed tomography(CT) has been simulated. The results show that the micromegas neutron detector has high spatial resolution and is a good candidate for neutron radiography. The three dimensional images of plant roots in soil are successfully and clearly obtained by the 14 MeV neutron CT with micromegas as a neutron detector. In the present simulation, MCNP is employed for 14 MeV neutron transport in the sample and Matlab for the 3 D photograph reconstruction.     

建议利用植物的超弱光辐射测量太空返回地面种子的生长状况

目前,在我国航天领域,科技人员对经过太空环境处理过的植物种子返回地面后所显示的优质丰产的生长状况进行了研究,取得了丰硕的成果。植物的超弱光辐射产生于植物细胞新陈代谢的光物理与光化学反应过程中,属于光能量参与植物细胞新陈代谢的多种产物之中的一种[1],可以利用这种植物的超     

三种典型荒漠植物生长期光谱特征变化分析

荒漠植物长势、变化、演替是反映荒漠地区生境状况的重要指标。目前荒漠植物监测与光谱研究多基于定时采样数据,波谱时序动态研究相对薄弱。荒漠植物光谱因受时间尺度影响,常引起辨识误差。将荒漠植物中最具代表性的灌木--柽柳、白刺、梭梭作为样本,旨在揭示三种荒漠植物光谱生长期变化规律及种间动态分异特征,为荒漠植被空间遥感辨析奠定基础。实验选取旺盛植株采集生长期内(5月-10月份)光谱数据,对不同月份植物光谱曲线分析比较并剖析机理,得出荒漠植物生长期光谱特征变化规律及其物候现象对应波谱表现。结论指出：(1)三种荒漠植物反射率曲线总体特征均符合绿色植被波谱规律,可观察到较明显的12峰谷分布,红边斜率与面积从大到小分别为：梭梭、柽柳、白刺。其光谱曲线峰谷幅度值相对较小,且变化较快,红边参数表现活跃期分别为柽柳8月、白刺10月、梭梭9月。(2)荒漠植物的光谱变化与植物本身物候特征、气候变化植物响应密切相关。光谱特征在可见光波段与营养期、花期、落叶期有一定响应关系;近红外波段与结实期、休眠期、降雨情况相关;短波红外波段与营养期、落叶期、降雨状况呈现关联性。(3)7月份三种植物的生长状况差异光谱曲线表现为：衰败植株地物光谱反射率可见光、短波红外波段呈高反射,近红外波段反射减弱,趋近于土壤光谱反射率曲线。     

GaAs(111)衬底上生长的GaN的极性与生长方法和生长条件的关系

研究了在GaAs(111)衬底上生长的六角相GaN的极性的相关关系.在高Ⅴ/Ⅲ比的条件下用MOVPE和MOMBE方法生长的GaN的极性和GaAs衬底的极性一致;在(111)A-Ga表面上的生长层呈现Ga的极性,而在(111)B-As表面上的生长层呈现N的极性.然而,在低的Ⅴ/Ⅲ比,或采用一个AIN中间层的条件下,用HVPE和MOMBE方法在GaAs(111)B表面上生长的GaN呈现出Ga的极性.目前,其原因尚不清楚,但是这些结果表明采用HVPE生长方法或用一高温AlN阻挡层可以得到高质量的GaN.     

植物生长LED用Sr_(2)MgAl_(22)O_(36)∶Mn^(4+)荧光玻璃的制备与发光性质EI北大核心CSCD

采用两步烧结法低温制备了Sr_(2)MgAl_(22)O_(36)∶Mn^(4+)-(SiO_(2)-Al ^(2)O_(3)-ZnO-BaO)荧光玻璃(SMA∶Mn^(4+)-PiG)。通过X射线衍射、扫描电镜、光致激发和发射光谱、荧光衰减曲线等手段对其物相、成分与发光性能进行了研究。实验结果表明,形成PiG后,SMA∶Mn^(4+)荧光粉的物相和元素组成保持不变。不同SAM∶Mn^(4+)含量的PiG样品在328 nm光激发下,在661 nm处均显示强的发射带,归属于荧光粉中Mn^(4+)的2E→4A 2跃迁,发光光谱与植物光敏色素的红区吸收光谱匹配良好。随着荧光粉含量的增加,SAM∶Mn^(4+)-PiG的发光强度逐渐增大。15%SMA∶Mn^(4+)-PiG样品的内、外量子效率分别为26%和20%,低于SMA∶Mn^(4+)荧光粉的59%和40%。相比于SMA∶Mn^(4+)荧光粉,荧光玻璃的吸收效率和热稳定性略有提高。通过与高功率紫外芯片封装,SMA∶Mn^(4+)-PiG红光LED器件在100 mA驱动电流下展现了最高的电致发光强度。     

基于多元通讯集中控制器的LED植物促生长智能照明控制系统

LED可以高效地释放特定波长的光线,促进植物光合作用;然而市场上较多采用的植物生长灯缺乏系统化的控制,订制成本高,可靠性和灵活性低;为了解决这些问题,开发了一套LED植物促生长智能照明控制系统;该系统采用集中分布式的架构,拓展了可控制的地域范围和优化了系统的响应能力;特别是系统采用了多元通讯模式,巧妙地融合了多种数据传输方式,其中包括多种远程通讯和局域网络通讯,极大地提高了控制系统的灵活性和可靠性;在该模式下,控制设备中嵌入了可配置的优先级列表,集中控制器实时检测并动态地选择高优先级且连接状态良好的通讯方式;在局域无线组网通讯中,提出了一套具有自愈和自维护功能的系统组网策略,极大地提高了下行网络的稳定程度;最后搭建了实验平台,测试了相关功能,试验结果良好;该控制系统具有高可靠性和高灵活性的特点,适应多种农业现场状况,拥有良好的市场潜力。     

共振拉曼光谱方法研究生长期与光照对树椒果实β-胡萝卜素含量的影响

利用共振拉曼光谱技术,在体测量了室内盆栽树椒果实的拉曼光谱.实验结果表明,树椒果实的β-胡萝卜素含量随成熟期临近而增加,成熟期后(约45天)达最高值;没受光照的树椒果实β-胡萝卜素含量明显低于接受阳光照射的果实含量;生长(成熟)前期受阳光照射部位由黄白色变为紫色,其β-胡萝卜素含量高于其他部位.本文为在体分析水果蔬菜中β-胡萝卜素含量提供了方法和依据,也验证了阳光在植物生长中的作用.     

植物照明用荧光粉转换白光二极管的研究

LED具有效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,并且因其具有可轻易实现宽幅光谱调控的特性,在植物照明领域崭露头角。植物照明用LED分为两大类,一类是单色光LED,另一类是白光LED,其中植物照明用白光LED可与单色LED混合或者单独使用从而实现植物补光照明。植物封装用白光LED大部分采用蓝光LED芯片或紫外LED芯片和荧光粉组合实现,即荧光粉转换型白光LED,但是光谱集中于可见光偏蓝,对植物进行光合作用的效率不明显。植物对于光的吸收不是全波段的而是有选择性的,基于植物光合作用吸收光谱的特殊性,将白光LED光谱的显色性能作为评判其光谱是否适合植物生长所需的光质的标准,其平均显色指数Ra,特殊显色指数R9(饱和红光),R12(饱和蓝光)被考虑选择为植物照明用白光LED的主要性能评价参数。为设计出植物进行生长发育所需要的、性能良好的能应用于植物照明领域的白光LED,选用常见商用YAGG为绿色颜色转换材料,选用(Sr, Ca)AlSiN₃为红色颜色转换材料,并用传统高温固相法制备了系列光谱可调的(Sr, Ca)AlSiN₃荧光粉,并进行了光谱性能分析。通过将搭建好的LED结构模型导入光学仿真软件并分别引入绿色荧光粉颗粒、红色荧光粉颗粒以及蓝光芯片的特性参数,在Lighttools中分别建立了单蓝光LED芯片(450 nm)和双蓝光LED芯片(450+470 nm)激发(Sr, Ca)AlSiN₃和YAGG荧光粉组合,实现了白光LED的光学仿真模型,研究了两种激发模式下仿真得到的不同色温白光LED的光谱功率分布及其显色性能。用蓝光LED芯片、(Sr, Ca)AlSiN₃以及YAGG荧光粉组合进行了单芯片和双芯片显色性能差异的封装验证。通过将Sr_0.8Ca_0.12AlSiN₃∶0.08Eu2+和YAGG荧光粉的混合物点涂在双蓝光LED芯片上进行了白光LED的封装制备,获得了Ra=91.2,R9=96.1,R12=78.9,光谱辐射光效LER=126 lm·W-1的高效高显色白光LED其含有植物生长所需要的蓝光和红光。     

CVD法制备ZnO薄膜生长取向和表面形貌

利用具有特定温度梯度的CVD设备,以锌粉和氧气为原料,在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜。研究发现,锌粉中加入某些氯化物后可以改变ZnO薄膜的生长取向。用FESEM观察ZnO薄膜的表面形貌,发现Zn和氯化物的量比为1∶1时,生长的ZnO薄膜表面晶粒呈菱形或三角形({101}面),当二者的量比为10∶1时薄膜表面晶粒呈六棱台形({001}面)。XRD分析结果证实,前者只观察到(101)和(202)衍射峰,而后者出现(002)衍射峰且其强度大于(101)衍射峰。改变衬底或温度后得到的结果相同。因此,作者认为氯化物改变薄膜生长取向的现象与衬底和生长温度无关,添加的氯化物起到降低ZnO{101}面表面能的作用,随着氯化物浓度的增加,薄膜从沿[001]方向生长逐渐转向沿[101]方向生长。