电阻抗谱在植物根系研究的应用


发布时间:

2021-12-30

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  根是植物的重要器官,负责锚定与获取土壤中的水分与养分,直接影响作物产量和品质。为了提高水和肥料的利用效率,根系的测量以及功能研究是十分必要的。近年来,气候变化、水资源短缺、土壤污染等全球环境问题日益突出,更加促进了植物根系相关研究的发展。传统植物根系研究方法,如挖掘法、土芯法和断层法等,不仅费时耗力,而且在采样过程中会不可避免地破坏根系原有生存环境,降低研究结果的可靠性。电阻抗技术,包括单频电容法与多频电阻抗法,是一种检测速度快,操作简便的新兴测量技术,能够测量在一定频率的外部电源作用下的植物根系的电学特性。众多研究表明测量的电学特性与植物根系的生物量和形态指标之间具有良好的相关性。电阻抗谱(EIS)属于多频阻抗法的一种,本研究首先详细介绍了EIS技术在原位根测量研究中的测量原理,方案设计、实验仪器、电极设置与激励频率范围。然后分析了EIS激励下的根电特性,具体内容包括电流在植物中的传输过程、生长介质对导电通路的影响以及根系统的电路模型。最后本文统计了EIS在植物根系测量研究中的不同应用领域。针对EIS相关参数的数据处理问题,文章总结了与人工智能算法相结合的研究现状。本综述在展望中提出EIS在植物根系原位无损检测研究中应朝向测量设备小型化、种植环境标准化和根系诊断智能化的方向发展。

 

  图1不同的电极位置和测量方案(A:双电极测量;B:三电极测量;C:多电极测量;ACG:交流发电机;V:电压表;LCR:电感、电容与电阻)

 

  图2 文献报告中使用的激励频率范围

 

  图3 A:根系细胞结构示意图,B:EIS测量下植物根细胞的电学特性,C:低频电流路径,D:中频电流路径,E:高频电流路径

 

  图4 EIS在植物根系测量研究中的不同应用领域的论文数量

 

  来源:Liu Y, Li D M, Qian J, et al. Electrical impedance spectroscopy (EIS) in plant roots research: a review[J]. Plant Methods, 2021, 17(1): 1-25.

  

  编辑:张金诺

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