基本信息
- 项目名称：
- 玉米种子生物力学（穿刺力）信号采集系统研发及运用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本研究基于玉米种子“三步萌发”的萌发特性，结合农学、医学、工学、理学、计算机等多个领域知识采用生物力学（穿刺力）的研究方法，利用压力传感器、滤波器、信号放大装置、显微镜、计算机软件编程等多种电子设备的集成创新，为玉米抗逆性研究、分子生物学研究、品种选育等提供种子活力评价标准及测定工具。（注：该设备的核心系统的关键部件均为自主研发）
- 详细介绍：
- 玉米种子萌发过程中，我们提出玉米种子的萌发三步模式：胚乳突破（盾片胀开）、种皮突破和胚根鞘突破，它们是三个连续发生的事件。为了更好地了解种子，提高种子质量，我们引入了生物力这一元素辅助探索种子萌发及休眠过程中的奥秘并研究出良好的种子处理技术和方法。生物力学是应用力学原理和方法对生物体中力学问题定量研究的生物物理学分支。在种子科学领域中还有一个最重要的概念，那就是“种子活力”。McDonald（1980）年对“种子活力”定义为：在最广泛的田间条件下，决定种子迅速整齐出苗和长成正常幼苗潜在能力的总和。用生物力学的研究手段和方法对种子的特征特性、生命活动规律及农业生产技术进行研究具有重要作用。虽然在种子加工设备的研究中已经涉及到了力学、材料学等学科的知识，但还是非常有限的。本研究对于玉米种子萌发阶段生物力学（穿刺力）的测定有利于对种子萌发机理的进一步研究。而这种互作压力的测量则成为此萌发过程生物力学研究的重点和难点。目前国内外尚无解决此难点的生物力学测量仪器。因而研发出一套玉米种子萌发过程中生物力学信号采集系统就显得非常重要，可以利用该系统为探讨玉米种子萌发过程中激素调控通路及相关研究奠定基础。 一、理论创新：种子生物力学是一个尚未定义，由中国农业大学种子科学与工程全体人员长期研究共同提出的种子科学领域的新研究方向。初步给种子生物力学给予定义，广义定义：将力学、医学、信息学、材料学等多学科的研究手段和方法运用于种子科学与技术领域中的新兴交叉学科。狭义定义：用生物力学的研究手段和方法对种子的特征特性、生命活动规律及生产农业技术进行研究；二、集成创新：涉及多个学科和研究领域；三、技术创新：设备的每一个关键部件都是自主研发的；四、其它创新：包括外形设计、材料选择等。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 玉米种子萌发过程中，存在胚乳突破、种皮突破和胚根鞘突破等三个连续事件。为提高种子质量，我们引入生物力辅助探索种子萌发及休眠过程中的奥秘并研究出良好的种子处理技术和方法。在种子科学领域中还有一个最重要的概念，那就是“种子活力”。McDonald（1980）年对它的定义为：在最广泛的田间条件下，决定种子迅速整齐出苗和长成正常幼苗潜在能力的总和。用生物力学的研究手段和方法对种子的特征特性、生命活动规律及农业生产技术进行研究具有重要作用。虽然在种子加工设备的研究中已经涉及到力学、材料学等学科的知识，但还是非常有限的。本研究的重点和难点在于玉米种子萌发阶段生物力学（穿刺力）的测定。目前国内外尚无解决此难点的生物力学测量仪器。因而研发玉米种子萌发过程中生物力学信号采集系统显得很重要，可用该系统为探讨种子萌发过程中激素调控通路及相关研究奠定基础。 理论创新：种子生物力学是一个尚未定义，由中国农业大学种子科学与工程全体人员长期研究共同提出的种子科学领域的新研究方向。初步给种子生物力学给予定义，广义定义：将力学、医学、信息学、材料学等多学科的研究手段和方法运用于种子科学与技术领域中的新兴交叉学科。狭义定义：用生物力学的研究手段和方法对种子的特征特性、生命活动规律及生产农业技术进行研究； 集成创新：涉及多个学科和研究领域； 技术创新：设备的每一个关键部件都是自主研发的； 其它创新：包括外形设计、材料选择等。
科学性、先进性
- 本研究基于玉米种子“三步萌发”的萌发特性，结合多个领域知识采用生物力学（穿刺力）的研究方法，利用多种电子设备集成创新，为玉米抗逆性研究、分子生物学研究、品种选育等提供种子活力评价标准及测定工具。根据玉米种子“三步萌发”的原理以及上述多个领域的集成创新，我们研发了此系统并将它很好地运用到了实验室内玉米种子种皮穿刺力测定。 目前，穿刺力测量方法作为重要的生物力学研究方法之一已被运用于种子科学的研究。Kerstin Müller 采用自制设备直径0.3mm, 2mm min-1成功检测到胚乳穿刺力。James T. Watkins and Daniel J. Cantliffe 用 Instron Universal Testing Machine 检测到Capsicum annuum胚乳强度变化；Bradford 用组织分析仪结合人工制作0.5mm直径探针以10 mm/min速度检测到西红柿种子胚乳突破力的大小。但关于专业用于种子生物力学测定的系统尚无建立。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年9月该作品通过中国农业大学“国家大学生创新性实验计划”立项申请展示，经评选后通过，已向农业部申报。 2011年4月该作品获得中国农业大学农学院生物技术学院“挑战杯”科技学术竞赛“二等奖”。
作品所处阶段
- 本系统尚属实验室中试阶段
技术转让方式
- 申报国家专利
作品可展示的形式
- 研究图纸、仪器设备图片、软件界面图片及模型等。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 为避免环境干扰，探头和样品间的作用发生在密闭的容器中。压力信号由探头传到传感器，经压力传感器实时输出信号依次通过放大器、滤波器最后被记录在Holter监控记录装置中。数据由自编软件下载到电脑进行分析和保存。数据和图形可通过打印纸质保存。不同类型的探针供选择使用。探针垂直移动可人工操纵也可电脑软件进行控制。 该系统结合农学、医学、工学、理学、计算机等多个领域知识，采用生物力学的研究方法，利用压力传感器、滤波器、信号放大装置、显微镜、计算机软件编程等电子设备集成创新，技术含量高，简单实用，可用于多种生物组织材料的力学测定，目前已初步完成穿刺力信号采集和测量模块研发的工作。 以玉米种子为模式植物，可推广运用于各种植物种子生理机理及分子机理的研究，为长期以来仅用尺子测量评价生长情况注入新活力。将会推动各个研究领域的结合，从而推动种子生命科学快速发展。 以农作物种子为测定对象，该系统测定对象普遍性极强，作品的基础部件成本较低，集成创新附加值高，具有巨大的市场潜力。
同类课题研究水平概述
- 关于玉米种子生物力学的研究国内外尚无相关报道，这是一片新兴的领域，具有很大发展前景。
