基本信息
- 項目名稱：
- 玉米種子生物力學（穿刺力）信號采集系統(tǒng)研發(fā)及運用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本研究基于玉米種子“三步萌發(fā)”的萌發(fā)特性，結(jié)合農(nóng)學、醫(yī)學、工學、理學、計算機等多個領(lǐng)域知識采用生物力學（穿刺力）的研究方法，利用壓力傳感器、濾波器、信號放大裝置、顯微鏡、計算機軟件編程等多種電子設備的集成創(chuàng)新，為玉米抗逆性研究、分子生物學研究、品種選育等提供種子活力評價標準及測定工具。（注：該設備的核心系統(tǒng)的關(guān)鍵部件均為自主研發(fā)）
- 詳細介紹：
- 玉米種子萌發(fā)過程中，我們提出玉米種子的萌發(fā)三步模式：胚乳突破（盾片脹開）、種皮突破和胚根鞘突破，它們是三個連續(xù)發(fā)生的事件。為了更好地了解種子，提高種子質(zhì)量，我們引入了生物力這一元素輔助探索種子萌發(fā)及休眠過程中的奧秘并研究出良好的種子處理技術(shù)和方法。生物力學是應用力學原理和方法對生物體中力學問題定量研究的生物物理學分支。在種子科學領(lǐng)域中還有一個最重要的概念，那就是“種子活力”。McDonald（1980）年對“種子活力”定義為：在最廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長成正常幼苗潛在能力的總和。用生物力學的研究手段和方法對種子的特征特性、生命活動規(guī)律及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進行研究具有重要作用。雖然在種子加工設備的研究中已經(jīng)涉及到了力學、材料學等學科的知識，但還是非常有限的。本研究對于玉米種子萌發(fā)階段生物力學（穿刺力）的測定有利于對種子萌發(fā)機理的進一步研究。而這種互作壓力的測量則成為此萌發(fā)過程生物力學研究的重點和難點。目前國內(nèi)外尚無解決此難點的生物力學測量儀器。因而研發(fā)出一套玉米種子萌發(fā)過程中生物力學信號采集系統(tǒng)就顯得非常重要，可以利用該系統(tǒng)為探討玉米種子萌發(fā)過程中激素調(diào)控通路及相關(guān)研究奠定基礎。 一、理論創(chuàng)新：種子生物力學是一個尚未定義，由中國農(nóng)業(yè)大學種子科學與工程全體人員長期研究共同提出的種子科學領(lǐng)域的新研究方向。初步給種子生物力學給予定義，廣義定義：將力學、醫(yī)學、信息學、材料學等多學科的研究手段和方法運用于種子科學與技術(shù)領(lǐng)域中的新興交叉學科。狹義定義：用生物力學的研究手段和方法對種子的特征特性、生命活動規(guī)律及生產(chǎn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進行研究；二、集成創(chuàng)新：涉及多個學科和研究領(lǐng)域；三、技術(shù)創(chuàng)新：設備的每一個關(guān)鍵部件都是自主研發(fā)的；四、其它創(chuàng)新：包括外形設計、材料選擇等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 玉米種子萌發(fā)過程中，存在胚乳突破、種皮突破和胚根鞘突破等三個連續(xù)事件。為提高種子質(zhì)量，我們引入生物力輔助探索種子萌發(fā)及休眠過程中的奧秘并研究出良好的種子處理技術(shù)和方法。在種子科學領(lǐng)域中還有一個最重要的概念，那就是“種子活力”。McDonald（1980）年對它的定義為：在最廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長成正常幼苗潛在能力的總和。用生物力學的研究手段和方法對種子的特征特性、生命活動規(guī)律及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進行研究具有重要作用。雖然在種子加工設備的研究中已經(jīng)涉及到力學、材料學等學科的知識，但還是非常有限的。本研究的重點和難點在于玉米種子萌發(fā)階段生物力學（穿刺力）的測定。目前國內(nèi)外尚無解決此難點的生物力學測量儀器。因而研發(fā)玉米種子萌發(fā)過程中生物力學信號采集系統(tǒng)顯得很重要，可用該系統(tǒng)為探討種子萌發(fā)過程中激素調(diào)控通路及相關(guān)研究奠定基礎。 理論創(chuàng)新：種子生物力學是一個尚未定義，由中國農(nóng)業(yè)大學種子科學與工程全體人員長期研究共同提出的種子科學領(lǐng)域的新研究方向。初步給種子生物力學給予定義，廣義定義：將力學、醫(yī)學、信息學、材料學等多學科的研究手段和方法運用于種子科學與技術(shù)領(lǐng)域中的新興交叉學科。狹義定義：用生物力學的研究手段和方法對種子的特征特性、生命活動規(guī)律及生產(chǎn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進行研究； 集成創(chuàng)新：涉及多個學科和研究領(lǐng)域； 技術(shù)創(chuàng)新：設備的每一個關(guān)鍵部件都是自主研發(fā)的； 其它創(chuàng)新：包括外形設計、材料選擇等。
科學性、先進性
- 本研究基于玉米種子“三步萌發(fā)”的萌發(fā)特性，結(jié)合多個領(lǐng)域知識采用生物力學（穿刺力）的研究方法，利用多種電子設備集成創(chuàng)新，為玉米抗逆性研究、分子生物學研究、品種選育等提供種子活力評價標準及測定工具。根據(jù)玉米種子“三步萌發(fā)”的原理以及上述多個領(lǐng)域的集成創(chuàng)新，我們研發(fā)了此系統(tǒng)并將它很好地運用到了實驗室內(nèi)玉米種子種皮穿刺力測定。 目前，穿刺力測量方法作為重要的生物力學研究方法之一已被運用于種子科學的研究。Kerstin Müller 采用自制設備直徑0.3mm, 2mm min-1成功檢測到胚乳穿刺力。James T. Watkins and Daniel J. Cantliffe 用 Instron Universal Testing Machine 檢測到Capsicum annuum胚乳強度變化；Bradford 用組織分析儀結(jié)合人工制作0.5mm直徑探針以10 mm/min速度檢測到西紅柿種子胚乳突破力的大小。但關(guān)于專業(yè)用于種子生物力學測定的系統(tǒng)尚無建立。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年9月該作品通過中國農(nóng)業(yè)大學“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”立項申請展示，經(jīng)評選后通過，已向農(nóng)業(yè)部申報。 2011年4月該作品獲得中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院生物技術(shù)學院“挑戰(zhàn)杯”科技學術(shù)競賽“二等獎”。
作品所處階段
- 本系統(tǒng)尚屬實驗室中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 申報國家專利
作品可展示的形式
- 研究圖紙、儀器設備圖片、軟件界面圖片及模型等。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 為避免環(huán)境干擾，探頭和樣品間的作用發(fā)生在密閉的容器中。壓力信號由探頭傳到傳感器，經(jīng)壓力傳感器實時輸出信號依次通過放大器、濾波器最后被記錄在Holter監(jiān)控記錄裝置中。數(shù)據(jù)由自編軟件下載到電腦進行分析和保存。數(shù)據(jù)和圖形可通過打印紙質(zhì)保存。不同類型的探針供選擇使用。探針垂直移動可人工操縱也可電腦軟件進行控制。 該系統(tǒng)結(jié)合農(nóng)學、醫(yī)學、工學、理學、計算機等多個領(lǐng)域知識，采用生物力學的研究方法，利用壓力傳感器、濾波器、信號放大裝置、顯微鏡、計算機軟件編程等電子設備集成創(chuàng)新，技術(shù)含量高，簡單實用，可用于多種生物組織材料的力學測定，目前已初步完成穿刺力信號采集和測量模塊研發(fā)的工作。 以玉米種子為模式植物，可推廣運用于各種植物種子生理機理及分子機理的研究，為長期以來僅用尺子測量評價生長情況注入新活力。將會推動各個研究領(lǐng)域的結(jié)合，從而推動種子生命科學快速發(fā)展。 以農(nóng)作物種子為測定對象，該系統(tǒng)測定對象普遍性極強，作品的基礎部件成本較低，集成創(chuàng)新附加值高，具有巨大的市場潛力。
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于玉米種子生物力學的研究國內(nèi)外尚無相關(guān)報道，這是一片新興的領(lǐng)域，具有很大發(fā)展前景。
