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1、科創(chuàng)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告 -20160410一、項(xiàng)目開(kāi)展背景及意義物理農(nóng)業(yè)是將電、磁、聲、光等物理學(xué)知識(shí)和技術(shù)通過(guò)特定方式應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行處理,在減少化肥和農(nóng)藥使用量的情況下收到抗病、早熟、增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果,提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性的環(huán)境調(diào)控型農(nóng)業(yè)。聲波助長(zhǎng)是物理農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要方面。關(guān)于聲波助長(zhǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究,在水稻、棉花、小麥和部分蔬菜上的試驗(yàn)示范和應(yīng)用結(jié)果表明了該項(xiàng)技術(shù)的增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和環(huán)保作用。對(duì)水稻的聲波助長(zhǎng)試驗(yàn)表明:水稻盆栽試驗(yàn)增產(chǎn)幅度 17.4%-39.7% ,水稻的整精米率和蛋白質(zhì)含量分別提高了 59.4%和 8.9% ,紋枯病減輕了 50% 1 。關(guān)于聲波助長(zhǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究,
2、已由群體、個(gè)體、器官逐步深入到細(xì)胞和分子水平,包括光合和呼吸代謝、細(xì)胞周期同步化、生長(zhǎng)激素、多種酶活性、可溶性蛋白和RNA 的變化的1125-250 Hz 的聲波處理水稻,發(fā)現(xiàn)激活了 2 種對(duì)光研究 。例如韓國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究院用2敏感的有利于植物光合作用的基因,從而改善光合作用,增加作物產(chǎn)量。目前,關(guān)于聲波對(duì)植物生長(zhǎng)作用的促進(jìn)機(jī)理尚不明確。比較有代表性的研究成果有:對(duì)煙草細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn),一定范圍的聲波刺激可影響細(xì)胞分裂的同步化,促使細(xì)胞分裂 S 期的 DNA合成,有助于細(xì)胞的有絲分裂,促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。并影響細(xì)胞壁的熱力學(xué)相行為,改變細(xì)胞膜蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜的流動(dòng)性3,4,5。適度的聲波
3、刺激可以提高獼猴桃愈傷組織ATP 合成酶活性,有利于植物能量代謝6 。一定范圍的聲波刺激可促進(jìn)菊花對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,可改變鈣離子在細(xì)胞內(nèi)分布,還能提高相關(guān)酶活性,促進(jìn)蛋白質(zhì)與核酸合成7 。煙草作為我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物,在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值中占有重要地位,選用其進(jìn)行研究,提高其品質(zhì),對(duì)促進(jìn)煙葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收具有重要意義。本研究將物理技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合,采用具有生物效應(yīng)的聲音頻段,研究其對(duì)煙葉品質(zhì)的作用效果。二、項(xiàng)目任務(wù)針對(duì)煙草采用具有生物效應(yīng)的聲音頻段處理,測(cè)量煙草品質(zhì)變化。設(shè)置不同生長(zhǎng)時(shí)期處理組,尋找在煙葉不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)聲波響應(yīng)程度的差異以指導(dǎo)聲波助長(zhǎng)技術(shù)的后續(xù)應(yīng)用。三、項(xiàng)目實(shí)施情況2處理時(shí)間C
4、K處理AEXAEX201512210.5070.6800.5010.5070.6800.50120151228葉綠素 a0.7320.7190.7180.8750.8890.88820160104(mg/g FW)0.6930.6570.5550.8730.7220.813201601110.9430.7930.8611.3520.9461.02420151221葉綠素 b0.0900.1240.1000.0900.1240.100201512280.1360.1430.1300.1490.1710.145201601040.1240.1470.1240.1790.1230.131201601
5、11(mg/g FW)0.1850.1730.1760.3810.1760.157201512210.5960.8040.6010.5960.8040.60120151228葉綠素總量0.8680.8630.8481.0241.0611.03420160104(mg/g FW)0.8170.8050.6801.0520.8450.944201601111.1290.9661.0361.7331.1221.180201512210.1890.2370.1810.1890.2370胡蘿卜素0.2280.2280.2220.2940.3020.31020160104(mg/
6、g FW)0.2360.2310.2030.2730.2440.282201601110.2590.2210.2350.3240.2800.298表 3 聲波處理對(duì)煙葉葉片含水率的影響處理時(shí)間CK處理AEXAEX2015122195.45897.04095.02095.45897.04095.0202015122896.48598.03595.65596.55695.44194.8922016010497.08196.95395.76795.92695.01195.2322016011195.31794.35594.05894.52896.99595.754表 4 聲波處理對(duì)煙葉可溶性糖含量的
7、影響處理時(shí)間CK處理AEXAEX201512211.7672.2101.6341.7672.2101.634201512280.6101.2200.9431.0171.3830.852201601040.6800.8270.5910.9281.1211.758201601110.5651.2301.2920.5570.5930.747表 5 可溶性糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)可溶性糖含量 / g0204060801004A6200.0000.0920.1670.2340.3570.454圖 1 可溶性糖含量線(xiàn)性回歸方程五、實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果1.1 聲波處理對(duì)煙葉葉綠素含量的影響時(shí)間CK(平均 )處理(平均)變化率
8、0d0.6670.6670.0007d0.8601.0390.20914d0.7670.9470.23521d1.0441.3450.289(將所有處理組一起平均,將所有對(duì)照組一起平均)1.6001.400)W 1.200g/g1.000m(量 0.800含素 0.600綠葉 0.400 0.2000.000CK(平均)處理(平均)0d7d14d21d5圖 2 聲波處理對(duì)煙葉葉綠素含量的影響1.2 聲波處理組和對(duì)照組煙葉葉綠素含量之差處理時(shí)間處理 A-CKA處理E-CKE處理 X-CKX0d0.0000.0000.0007d0.1550.1980.18614d0.2350.0400.26521
9、d0.6040.1560.144( A、 E、 X 各組中,處理組和對(duì)照組煙葉葉綠素含量之差)0.700處理 A-CKA10 月5日播種) 0.600處理 E-CKE9 月10日播種WFg/0.500gm( 0.400差量 0.300含素 0.200綠葉 0.100 0.0000d7d14d21d圖 3 聲波處理組和對(duì)照組煙葉葉綠素含量之差(播種時(shí)間不同,品種相同)0.700處理 A-CKA 秦96) 0.600處理 X-CKX 云99WFg0.500/gm( 0.400差量 0.300含素 0.200綠葉 0.100 0.0000d7d14d21d6圖 4 聲波處理組和對(duì)照組煙葉葉綠素含量之
10、差(播種時(shí)間相同,品種不同)1.3葉綠素含量變化率表 6 葉綠素含量變化率葉綠素含量變化率(% )時(shí)間處理 A-CKA處理 E-CKE處理 X-CKX201512210.000.000.002015122817.9022.9521.932016010428.784.9838.972016011153.5416.1013.93由圖 2 可以看出,同一個(gè)品種,播種時(shí)間相同的苗子,處理組的葉綠素含量明顯高于對(duì)照組。說(shuō)明聲波處理有利于提高植株葉綠素含量。處理組的葉綠素含量比對(duì)照組平均高出25%左右。由圖 3 可以看出,對(duì)比 A 組和 E 組的處理效果,對(duì)于同一品種秦?zé)?6,播種時(shí)期不同,植物響應(yīng)聲波處
11、理的程度也不同。播種較晚的植株的響應(yīng)程度較播種早的植株高。A 組和 X 組對(duì)比,對(duì)于播種時(shí)間相同的不同品種秦96 和云 99,處理效果差異上未看出明顯規(guī)律。2 聲波處理對(duì)煙葉可溶性糖含量的影響處理時(shí)CK處理變化率間0d1.8711.8710.007d0.9241.08417.2814d0.6991.26981.4921d1.0290.632-38.56表 7 聲波處理對(duì)煙葉可溶性糖含量的影響在可溶性糖含量這個(gè)指標(biāo)上,對(duì)照組和處理組之間沒(méi)有表現(xiàn)出明顯規(guī)律??赡苁翘呛康臏y(cè)量方法(蒽酮 - 硫酸比色法)有問(wèn)題,對(duì)于同一組樣品的測(cè)量,可重復(fù)性不高。3 聲波處理對(duì)煙葉組織含水率的影響處理時(shí)間CK處理變
12、化率0d95.83995.8390.007d96.72595.630-1.1314d96.60095.390-1.2521d94.57695.7591.25表 8 聲波處理對(duì)煙葉組織含水率的影響同樣,在組織含水率這個(gè)指標(biāo)上,對(duì)照組和處理組之間并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。74 其他對(duì)于石蠟切片,由于時(shí)間問(wèn)題,才固定好,還沒(méi)有來(lái)的及做其他處理。對(duì)于蛋白質(zhì)含量,由于時(shí)間以及采樣量和樣品保存的問(wèn)題,也沒(méi)有完整的數(shù)據(jù)。六、創(chuàng)新點(diǎn)對(duì)于同一個(gè)品種,播種時(shí)間相同的苗子,處理組的葉綠素含量明顯高于對(duì)照組。說(shuō)明聲波處理有利于提高植株葉綠素含量。處理組的葉綠素含量比對(duì)照組平均高出25%左右。目前有關(guān)于聲波處理對(duì)植物生長(zhǎng)
13、影響的報(bào)道,但未見(jiàn)關(guān)于聲波對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期植物的影響差異的相關(guān)報(bào)道。對(duì)比 A 組和 E 組的處理效果,對(duì)于同一品種秦?zé)?6,播種時(shí)期不同,植物響應(yīng)聲波處理的程度也不同。播種較晚的植株的響應(yīng)程度較播種早的植株高。七、存在的問(wèn)題和解決方法誠(chéng)然,關(guān)于聲波對(duì)煙葉的影響,本該建立一個(gè)完整的評(píng)價(jià)體系,這個(gè)體系應(yīng)當(dāng)包括組織結(jié)構(gòu),水分生理,光合作用,物質(zhì)代謝等多個(gè)層次,但由于時(shí)間有限,沒(méi)能準(zhǔn)備足夠的苗子,以及場(chǎng)地的限制(室外溫度過(guò)低,培養(yǎng)箱內(nèi)煙苗不能培養(yǎng)過(guò)大,導(dǎo)致采樣量不能滿(mǎn)足更多指標(biāo)的測(cè)量),測(cè)量的的指標(biāo)十分有限。同時(shí),已經(jīng)進(jìn)行的這一次實(shí)驗(yàn)也存在很多控制得不好的因素,比如煙苗培養(yǎng)至后期取樣時(shí),很多根已經(jīng)伸了很
14、長(zhǎng)在花盆外,葉子也長(zhǎng)得很大,植株較高,有一些直接頂向上一層,難免在采樣和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)根或者葉子可能被弄傷,這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能造成較大影響。并且,放在培養(yǎng)箱架子中間和架子邊緣的植株受光照情況相差很大。同時(shí),取樣周期過(guò)短,導(dǎo)致部分測(cè)量指標(biāo)的變化規(guī)律不是那么明顯。解決辦法:下一期的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在準(zhǔn)備中,現(xiàn)在已經(jīng)培育好了足夠的的苗子,只待五月左右天氣回暖移栽到大棚里的大花盆中,可以進(jìn)行更多的指標(biāo)測(cè)量,建立更完善的評(píng)價(jià)體系,同時(shí)也不會(huì)存在環(huán)境因素的過(guò)大差異。同樣,需要注意控制好病蟲(chóng)害。新一期的實(shí)驗(yàn)將延長(zhǎng)取樣周期。8八、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用情況實(shí)驗(yàn)材料單價(jià)(元)數(shù)量金額(元)聲波發(fā)生5721 臺(tái)572裝置花盆1.5100
15、 個(gè)150種子103 袋30營(yíng)養(yǎng)土508 袋400蒽酮801 瓶80硫酸721 瓶72丙酮301 瓶30液氮-1 罐( 10L)965ml 移液槍1651 把165試管、離心100管等耗材合計(jì)1695九、項(xiàng)目收獲與體會(huì)9關(guān)于實(shí)驗(yàn),一是深深的體會(huì)到準(zhǔn)備工作是最為復(fù)雜的,平常上實(shí)驗(yàn)課,什么試劑老師都給準(zhǔn)備好,方法也是老師安排好的,老師自己嘗試過(guò)很多遍,甚至于注意事項(xiàng)老師都會(huì)告訴你。并且只是在上課的時(shí)候做一遍就好,至于結(jié)果好不好,不重要,如果做得不好,只是分析一下可能的原因,至于究竟是不是那個(gè)原因,也無(wú)法深究下去。但是自己做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候就不一樣了,你需要自己選定方法,自己準(zhǔn)備試劑,考慮取樣材料的多少,
16、需要通過(guò)多次預(yù)實(shí)驗(yàn)把相關(guān)的方法調(diào)試到一個(gè)可重復(fù)性比較高的狀態(tài),才可以開(kāi)始自己材料的測(cè)量。二是在實(shí)驗(yàn)布置中存在很多不可控因素,即使在光照培養(yǎng)箱中,也很難保證光照條件的一致,在室外的影響因素就更多,風(fēng),濕度,等等。關(guān)于與人交流方面,首先,工作的完成離不開(kāi)和小伙伴們的共同努力,在此,謝謝兩位小伙伴的鼎力合作,謝謝你們。其次,關(guān)于實(shí)驗(yàn)室的資源協(xié)調(diào),在此,十分感謝張立新老師實(shí)驗(yàn)室以及學(xué)校給我創(chuàng)造的所有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí),十分感謝所有師兄師姐以及學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐對(duì)于實(shí)驗(yàn)方法的指導(dǎo)與幫助。最后,遇到無(wú)法解決或解決不好的問(wèn)題經(jīng)常和指導(dǎo)老師溝通是必不可少的,老師會(huì)幫助你找到好的辦法,提供給你好的建議,好的思路。參考文獻(xiàn):1
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