阅读说明：本技术 一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法 (Seed germination soil jacking force monitoring technical equipment and use method thereof ) 是由 江绪文 李贺勤 于 2018-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及种子科学领域,特别是关于一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法。它包括水浴恒温器、置管底板、置管板、测力盖、测力盖固定架、安放底板、数据信息采集箱、传感器单元、发芽管、恒温循环水浴器、电脑(含软件),其中各传感器单元对应目标发芽管,传感器单元可更换探头并具有伸缩性；它通过监测技术装备调试、种子处理与置床、基础参数设定、多通道顶土力信号集成采集与处理、目标数据提取与分析等作业完成子叶留(出)土型种子萌发顶土力的监测。本发明可控制种子萌发关键环境因素,并实现子叶留(出)土型种子萌发顶土力信号实时监测、量化存储。本发明可广泛应用于种子生物学研究、种子质量管理、实现良种化和种子质量标准化等方面。(The invention relates to the field of seed science, in particular to a seed germination soil jacking force monitoring technical device and a use method thereof. The device comprises a water bath thermostat, a tube placing bottom plate, a tube placing plate, a force measuring cover fixing frame, a placing bottom plate, a data information acquisition box, sensor units, a germination pipe, a constant-temperature circulating water bath and a computer (including software), wherein each sensor unit corresponds to a target germination pipe, and the sensor units can replace probes and have elasticity; the method completes the monitoring of the germination and soil jacking force of cotyledon remaining (grown) soil type seeds through the operations of debugging monitoring technical equipment, seed treatment and bed setting, basic parameter setting, multi-channel soil jacking force signal integrated acquisition and processing, target data extraction and analysis and the like. The invention can control the key environmental factors of seed germination and realize the real-time monitoring and quantitative storage of the germination soil jacking force signals of the cotyledon soil remaining (yielding) type seeds. The invention can be widely applied to the aspects of seed biological research, seed quality management, improved variety realization, seed quality standardization and the like.)

一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法

技术领域

本发明涉及种子科学领域，特别是关于一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法。

背景技术

在种子整个生育时期，从种子萌发到新一代种子产生，时时伴随着各种生物力的作用。对这些生物力信号进行采集利用，可更好地了解种子萌发生长规律，并为相关机理研究提供依据。据邹德曼（1984）介绍，当种子发芽出苗时，有一种力量使幼芽向上顶出，并把这种力量称为发芽力。此外，根据《种子活力测定的原理和方法》（颜启传等，2006）、国际种子检验协会编辑出版的《种子活力测定方法手册》、AOSA编辑出版的《种子活力测定手册》等书籍中相关内容介绍，并结合前期研究结果，我们将种子萌发中，促使种苗组织器官膨大、伸长生长的所有生物力统称为种子萌发力。它包括吸胀力、萌动力、发芽力和幼苗形态建成力等4种生物力类型。其中种子在发芽阶段，通过组织器官（如：根系、芽轴、胚芽鞘）伸长生长，最终突破土层，完成出苗，这种突破土层的生物力形式我们称为顶土力，它是发芽力的一种重要形式。基于前人研究报道及我们前期试验结果表明，种子萌发中活力高的种子顶土力强且出苗率高；而活力低的种子顶土力弱，往往不能正常出苗甚至腐烂在土壤中。因此可通过比较种子萌发顶土力指标来评价种子活力的高低。

基于生物力传感技术，我们在种子生物力测量评价方面开展了较多工作，特别是在种子萌发顶土力监测评价方面取得一定进展，包括2项发明专利授权（一种玉米种子萌发顶土力测量方法2014107631438；一种种子萌发顶土力检测方法2014107945793）等，相关工作也得到了同行的认可和关注，但在技术推广应用中仍存在一些关键技术问题亟待解决：一、现有装备缺少对种子发芽环境关键因素的控制；二、不同植物种子萌发顶土形式不同，主要包括两类：第一类是以玉米为代表的子叶留土型植物，通过中胚轴伸长，胚芽鞘出土，通过胚芽鞘尖与传感器探头接触完成顶土力信号采集及后续分析工作（我们前期已解决）；第二类是以棉花为代表的子叶出土型植物，通过胚轴、胚芽伸长弯曲将子叶顶出土面，对其种子萌发顶土力测量将涉及顶土面较大，“组织器官+固体基质”与传感器探头如何有效接触等系列问题直接影响顶土力监测实施效果及相关指标的正确评价。针对上述现存的主要问题，加强种子萌发环境因素的控制，如：温度、光照等，不断完善改进、开发适用于子叶留（出）土型种子萌发顶土力监测的柔性接触传感器单元，升级种子萌发顶土力监测技术装备并开展配套技术推广与应用非常重要。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是在前期工作基础上，提供一种可控制种子萌发关键环境因素，可对子叶留（出）土型种子萌发顶土力信号实时监测、量化存储的种子萌发顶土力监测技术装备及其用法。新技术装备及配套技术的推广和应用将在种子生物学研究、种子质量管理、实现良种化和种子质量标准化等方面发挥重要作用，同时为其他形式种子萌发力的监测评价提供参考。

为实现上述目的，本发明结合子叶留（出）土型种子萌发组织器官顶土伸出特性，并结合前期研究工作，提供了一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法。它包括水浴恒温器、置管底板、置管板、测力盖、测力盖固定架、安放底板、数据信息采集箱、传感器单元、发芽管、恒温循环水浴器、电脑（含软件），其特征在于测力盖安装在测力盖固定架上，测力盖固定架固定在安放底板上，水浴恒温器安置在安放底板上，水浴恒温器外连恒温循环水浴器，测力盖外连数据信息采集箱，数据信息采集箱连接电脑，发芽管置于水浴恒温器置管板中，发芽管管底置于置管底板，每个发芽管对应一个传感器单元，传感器单元的探头可更换并具有伸缩性。

所述的水浴恒温器长80cm、宽80cm、高20cm，有恒温器正面logo、调温旋钮、恒温器开关、水位观察口、置管板安置槽、气流孔、恒温器出水口、恒温器进水口、恒温器电源插头。

所述的置管底板有100个置管底板孔。

所述的置管板有1个标识角、100个置管孔、各置管孔具有对应的管位编号。

所述的测力盖有测力盖拉手、测力盖拆装口、测力盖顶面logo、LED灯开关、测力盖电源插头、传感器数控线、传感器安装板、电源线穿孔、传感器固定器、传感器编号、测力盖底板安装孔 、LED灯板、LED灯、传感器探头。

所述的测力盖固定架有测力盖升降梁、测力盖旋转轴、升降螺旋、固定按钮、2个架角、4个架角固定孔。

所述的安放底板有安放底板槽、4个底板固定孔。

所述的数据信息采集箱有液晶操作屏、数据接口、蓄电池开关、采集箱开关、散热器、采集箱电源插头。

所述的传感器单元有传感器连接杆、连接头、弹簧柱、夹头、夹头套、探头杆、探头、传感器连接杆螺纹、连接头螺纹、弹簧柱螺纹、弹簧柱环、弹簧柱伸出孔、弹簧、夹头螺纹、夹头套螺纹、夹头套防滑纹。

所述的发芽管有深度刻度。

所述的恒温循环水浴器有注水槽、液晶显示屏、循环开关、调温开关、电源开关、出水口、进水口、循环水浴器电源插头。

所述的一种种子萌发顶土力监测技术装备及使用方法主要通过监测技术装备调试、种子处理与置床、基础参数设定、多通道顶土力信号集成采集与处理、目标数据提取与分析等作业完成子叶留（出）土型种子萌发顶土力监测。

本发明的有益效果：在前期工作基础上，提供一种可控制种子萌发关键环境因素（如：温度、光照），可对子叶留（出）土型种子萌发顶土力信号实时监测、量化存储的种子萌发顶土力监测技术装备及其用法。本发明将在种子生物学研究、种子质量管理、实现良种化和种子质量标准化等方面发挥重要作用，同时为对其他形式种子萌发力的监测评价提供参考。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的水浴恒温器结构示意图。

图2为本发明的置管底板放置及其结构示意图。

图3为本发明的置管板放置及其结构示意图。

图4为本发明的测力盖、测力盖固定架和安放底板结构示意图。

图5为本发明的测力盖内部及底部结构示意图。

图6为本发明的数据信息采集箱结构示意图。

图7为本发明的传感器单元结构示意图。

图8为本发明的恒温循环水浴器和电脑结构示意图。

图9为本发明的作业流程图。

图中，水浴恒温器1、恒温器正面logo2、调温旋钮3、恒温器开关4、水位观察口5、置管板安置槽6、气流孔7、恒温器出水口8、恒温器进水口9、恒温器电源插头10、置管底板11、置管底板孔12、置管板13、置管孔14、管位编号15、标识角16、发芽管17、深度刻度18、测力盖19、测力盖拉手20、测力盖拆装口21、测力盖顶面logo22、测力盖电源插头23、架角24、架角固定孔25、测力盖固定架26、升降螺旋27、固定按钮28、测力盖升降梁29、LED灯开关30、测力盖旋转轴31、传感器数控线32、安放底板33、安放底板槽34、底板固定孔35、传感器安装板36、电源线穿孔37、传感器固定器38、传感器编号39、测力盖底板安装孔40、LED灯板41、LED灯42、传感器探头43、数据信息采集箱44、液晶操作屏45、数据接口46、蓄电池开关47、采集箱开关48、散热器49、采集箱电源插头50、传感器单元51、传感器连接杆52、连接头53、弹簧柱54、弹簧55、夹头套防滑纹56、夹头套57、夹头58、探头杆59、探头60、传感器连接杆螺纹61、连接头螺纹62、弹簧柱螺纹63、弹簧柱环64、弹簧柱伸出孔65、夹头螺纹66、夹头套螺纹67、恒温循环水浴器68、注水槽69、液晶显示屏70、循环开关71、调温开关72、电源开关73、出水口74、进水口75、循环水浴器电源插头76、电脑77（含软件）。

具体实施方式

如图1至图8所示，一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法包括水浴恒温器1、置管底板11、置管板13、测力盖19、测力盖固定架26、安放底板33、数据信息采集箱44、传感器单元51、发芽管17、恒温循环水浴器68、电脑77（含软件）。

所述水浴恒温器1正面有恒温器正面logo2为ASASBA（a system for automatedseed biomechanical assessment）和FPPE（the force of the plant organ pushing thesolid matrix to emerge）、调温旋钮3用于调节水浴温度、恒温器开关4用于控制水浴恒温器1的运行、水位观察口5用于观察水浴恒温器1内注排水高度、右后顶部有1个气流孔7用于注水排气、侧面有恒温器出水口8和恒温器进水口9用于注排水或引入循环水、内部有置管板安置槽6用于放置置管板13。

所述置管板13有1个标识角16用于方位识别、100个置管孔14用于放置发芽管17，每个置管孔14旁有对应的管位编号15。

所述测力盖19端头有测力盖拉手20用于将测力盖19立起和平放、测力盖拆装口21用于盖壳拆装、顶部有测力盖顶面logo22为ASASBA、侧面有LED灯开关30用于控制LED灯板41上的LED灯42、侧面有传感器数控线32用于控制传感器单元51工作和传输顶土力信号、侧面有测力盖电源插头23用于内部元件供电、内部有传感器安装板36、底部有LED灯板41、100个传感器探头43；传感器安装板36有100个传感器固定器38和对应的传感器编号39用于安装传感器、右下方有电源线穿孔37用于LED灯42电源线通过。

所述测力盖固定架26有测力盖升降梁29、测力盖旋转轴31、侧面有螺旋27和固定按钮28用于调节测力盖19的升降、底部有2个架角24；每个架角24上有2个架角固定孔25用于固定测力盖固定架26。

所述的安放底板33两边各有2个底板固定孔35用于固定测力盖固定架26、两边有安放底板槽34用于水浴恒温器1摆放。

所述的数据信息采集箱44正面有液晶操作屏45用于屏幕操控、背部有采集箱电源插头50用于接通电源、采集箱开关48、数据接口46用于数据传输和对各传感器单元51工作数控、蓄电池开关48用于控制备用电源、散热器49用于散热。

所述的传感器单元51有传感器连接杆52、连接头53、弹簧柱54、弹簧55、夹头58、夹头套57、探头杆59、探头60；传感器连接杆52下端有传感器连接杆螺纹61，连接头53内有连接头螺纹62，弹簧柱54上端有弹簧柱螺纹63，通过连接头53将弹簧柱54与传感器连接杆52连接；弹簧柱54下端有弹簧柱环64，弹簧柱54从夹头58底部穿过弹簧柱伸出孔65，在弹簧柱54上安装上弹簧55后与传感器连接杆52连接；夹头58下端有夹头螺纹66，夹头套57内有夹头套螺纹67，外有夹头套防滑纹56，将夹头套57套在夹头58上，探头杆59伸入夹头套57内并旋紧，探头60处于最下端。

所述发芽管17具有深度刻度18用于指示种子播深。

所述的恒温循环水浴器68有注水槽69、正面有液晶显示屏70用于调节发芽温度、循环时间等、循环开关71用于控制水循环、调温开关72用于控制循环水温、电源开关73用于控制恒温循环水浴器68运行、右侧有出水口74和进水口75可分别与水浴恒温器1上的恒温器进水口9和恒温器出水口8连接用于为水浴恒温器1提供一定温度的循环水。

所述电脑77安装ASASBA操作系统用于监测控制、数据存储等。

本发明使用方法：

如图9所示，本发明基于生物力传感技术对子叶留（出）土型种子萌发顶土力信号实时监测，量化存储，实现对种子萌发顶土力指标的监测评价。本发明工作涉及监测技术装备调试、种子处理与置床、基础参数设定、多通道顶土力信号集成采集与处理、目标数据提取与分析等作业。

所述监测技术装备调试作业，包括测力盖固定架26架角24上的架角固定孔25与置管底板11上的置管底板孔12对应并固定；水浴恒温器1放置在安放底板33安放底板槽34之间，将恒温器进水口9和恒温器出水口8用皮管与恒温循环水浴器68上的出水口74和进水口75分别连接（或关闭恒温器出水口8，恒温器进水口9注水），通过水位观察口5观察水位，打开数据信息采集箱44采集箱开关48和蓄电池开关47避免突然断电，影响种子萌发顶土力信息的持续监测，传感器数控线32连接测力盖19和数据信息采集箱44，数据线通过数据接口46将数据信息采集箱44与电脑77连接；根据子叶留（出）土型种子萌发组织器官顶土伸出特性等，选择探头60和发芽管17规格；最后检查技术装备工作状态，数据信号传输情况等，若有问题及时调试解决。

所述种子处理与置床作业，包括根据检测需要，选择不同固体发芽基质（土壤、沙、玻璃沙等），明确基质粒径、含水量等，对种子批进行播前处理，包括选择大小均一、健康饱满的种子，用1％的次氯酸钠溶液消毒10分钟，用去离子水对消毒后的种子清洗3遍，拭干种子表面浮水，备用；根据发芽管17上的深度刻度18控制置种深度，每个发芽管17放入一定数目（如：1粒）种子，置床摆种方式要一致（如：种孔朝向一致等）；基质覆种厚度一致，并保证基质表面平整。

所述基础参数设定作业，包括通过恒温器出水口8和恒温器进水口9向水浴恒温器1注水，气流孔7排气，水位观察口5观察注水高度，打开水浴恒温器1恒温器开关4，利用调温旋钮3用于调节温度（自带加热功能，室温—60℃），或恒温器出水口8和恒温器进水口9外接恒温循环水浴器68；打开恒温循环水浴器68电源开关73、循环开关71、调温开关72，通过液晶显示屏70调节循环水温度、循环时间等；打开测力盖19 LED灯开关30调节光强；通过数据信息采集箱44正面的液晶操作屏45或电脑77系统软件设定监测样品数及待测区范围、监测时间长度、生物力测定范围等参数。

所述多通道顶土力信号集成采集与处理作业，包括将置管底板11放入水浴恒温器1底部，根据标识角16将置管板13正确放在置管板安置，发芽管17根据置管板13管位编号15放置；通过测力盖拉手20、测力盖升降梁29、测力盖旋转轴31将测力盖19垂立或放平，通过升降螺旋27控制测力盖19上下移动，固定按钮28制动；液晶操作屏45或电脑77中系统软件监测控制，传感器探头60垂直对准种子萌发顶土区域，其中子叶留土型种子探头60与床面保留一定间距（1cm左右），子叶出土型种子探头60与床面保留更小间距至柔性接触（传感器单元51可承受一定纵向压缩），监测前初始数值调零后，进行种子萌发顶土力信号实时监测和量化存储。其中通过信号放大、滤波去噪、信号量化存储等顶土力信号采集与“一种玉米种子萌发顶土力测量方法，2014107631438”所述原理一致。

所述目标数据提取与分析作业，包括打开目标存储文件（含不同通道不同时间点顶土力信息等），根据不同作物种子，选择适宜评价指标及模型分析评价种子活力等，并对分析结果进行保存、打印。

综上所述，本发明基于子叶留（出）土型种子萌发顶土力作用特性，以及对种子发芽关键环境因素控制，基于生物力传感技术，一种种子萌发顶土力监测技术装备及其用法可控制种子萌发关键环境因素，并实现子叶留（出）土型种子萌发顶土力信号实时监测、量化存储等。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的设计精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。