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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 玉米種子生物力學(xué)（穿刺力）信號(hào)采集系統(tǒng)研發(fā)及運(yùn)用
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)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(xué)、醫(yī)學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)采用生物力學(xué)（穿刺力）的研究方法，利用壓力傳感器、濾波器、信號(hào)放大裝置、顯微鏡、計(jì)算機(jī)軟件編程等多種電子設(shè)備的集成創(chuàng)新，為玉米抗逆性研究、分子生物學(xué)研究、品種選育等提供種子活力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)定工具。（注：該設(shè)備的核心系統(tǒng)的關(guān)鍵部件均為自主研發(fā)）
- 詳細(xì)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(gè)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(xué)是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對(duì)生物體中力學(xué)問題定量研究的生物物理學(xué)分支。在種子科學(xué)領(lǐng)域中還有一個(gè)最重要的概念，那就是“種子活力”。McDonald（1980）年對(duì)“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(zhǎng)成正常幼苗潛在能力的總和。用生物力學(xué)的研究手段和方法對(duì)種子的特征特性、生命活動(dòng)規(guī)律及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究具有重要作用。雖然在種子加工設(shè)備的研究中已經(jīng)涉及到了力學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，但還是非常有限的。本研究對(duì)于玉米種子萌發(fā)階段生物力學(xué)（穿刺力）的測(cè)定有利于對(duì)種子萌發(fā)機(jī)理的進(jìn)一步研究。而這種互作壓力的測(cè)量則成為此萌發(fā)過程生物力學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外尚無解決此難點(diǎn)的生物力學(xué)測(cè)量?jī)x器。因而研發(fā)出一套玉米種子萌發(fā)過程中生物力學(xué)信號(hào)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(chǔ)。 一、理論創(chuàng)新：種子生物力學(xué)是一個(gè)尚未定義，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)種子科學(xué)與工程全體人員長(zhǎng)期研究共同提出的種子科學(xué)領(lǐng)域的新研究方向。初步給種子生物力學(xué)給予定義，廣義定義：將力學(xué)、醫(yī)學(xué)、信息學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的研究手段和方法運(yùn)用于種子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的新興交叉學(xué)科。狹義定義：用生物力學(xué)的研究手段和方法對(duì)種子的特征特性、生命活動(dòng)規(guī)律及生產(chǎn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)行研究；二、集成創(chuàng)新：涉及多個(gè)學(xué)科和研究領(lǐng)域；三、技術(shù)創(chuàng)新：設(shè)備的每一個(gè)關(guān)鍵部件都是自主研發(fā)的；四、其它創(chuàng)新：包括外形設(shè)計(jì)、材料選擇等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 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(gè)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(xué)領(lǐng)域中還有一個(gè)最重要的概念，那就是“種子活力”。McDonald（1980）年對(duì)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(zhǎng)成正常幼苗潛在能力的總和。用生物力學(xué)的研究手段和方法對(duì)種子的特征特性、生命活動(dòng)規(guī)律及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究具有重要作用。雖然在種子加工設(shè)備的研究中已經(jīng)涉及到力學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，但還是非常有限的。本研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于玉米種子萌發(fā)階段生物力學(xué)（穿刺力）的測(cè)定。目前國(guó)內(nèi)外尚無解決此難點(diǎn)的生物力學(xué)測(cè)量?jī)x器。因而研發(fā)玉米種子萌發(fā)過程中生物力學(xué)信號(hào)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(chǔ)。 理論創(chuàng)新：種子生物力學(xué)是一個(gè)尚未定義，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)種子科學(xué)與工程全體人員長(zhǎng)期研究共同提出的種子科學(xué)領(lǐng)域的新研究方向。初步給種子生物力學(xué)給予定義，廣義定義：將力學(xué)、醫(yī)學(xué)、信息學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的研究手段和方法運(yùn)用于種子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中的新興交叉學(xué)科。狹義定義：用生物力學(xué)的研究手段和方法對(duì)種子的特征特性、生命活動(dòng)規(guī)律及生產(chǎn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)行研究； 集成創(chuàng)新：涉及多個(gè)學(xué)科和研究領(lǐng)域； 技術(shù)創(chuàng)新：設(shè)備的每一個(gè)關(guān)鍵部件都是自主研發(fā)的； 其它創(chuàng)新：包括外形設(shè)計(jì)、材料選擇等。
科學(xué)性、先進(jìn)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(gè)領(lǐng)域知識(shí)采用生物力學(xué)（穿刺力）的研究方法，利用多種電子設(shè)備集成創(chuàng)新，為玉米抗逆性研究、分子生物學(xué)研究、品種選育等提供種子活力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)定工具。根據(jù)玉米種子“三步萌發(fā)”的原理以及上述多個(gè)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(yùn)用到了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)玉米種子種皮穿刺力測(cè)定。 目前，穿刺力測(cè)量方法作為重要的生物力學(xué)研究方法之一已被運(yùn)用于種子科學(xué)的研究。Kerstin Müller 采用自制設(shè)備直徑0.3mm, 2mm min-1成功檢測(cè)到胚乳穿刺力。James T. Watkins and Daniel J. Cantliffe 用 Instron Universal Testing Machine 檢測(cè)到Capsicum annuum胚乳強(qiáng)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(cè)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(xué)測(cè)定的系統(tǒng)尚無建立。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年9月該作品通過中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”立項(xiàng)申請(qǐng)展示，經(jīng)評(píng)選后通過，已向農(nóng)業(yè)部申報(bào)。 2011年4月該作品獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院“挑戰(zhàn)杯”科技學(xué)術(shù)競(jìng)賽“二等獎(jiǎng)”。
作品所處階段
- 本系統(tǒng)尚屬實(shí)驗(yàn)室中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 申報(bào)國(guó)家專利
作品可展示的形式
- 研究圖紙、儀器設(shè)備圖片、軟件界面圖片及模型等。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(hào)由探頭傳到傳感器，經(jīng)壓力傳感器實(shí)時(shí)輸出信號(hào)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(jìn)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(dòng)可人工操縱也可電腦軟件進(jìn)行控制。 該系統(tǒng)結(jié)合農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)，采用生物力學(xué)的研究方法，利用壓力傳感器、濾波器、信號(hào)放大裝置、顯微鏡、計(jì)算機(jī)軟件編程等電子設(shè)備集成創(chuàng)新，技術(shù)含量高，簡(jiǎn)單實(shí)用，可用于多種生物組織材料的力學(xué)測(cè)定，目前已初步完成穿刺力信號(hào)采集和測(cè)量模塊研發(fā)的工作。 以玉米種子為模式植物，可推廣運(yùn)用于各種植物種子生理機(jī)理及分子機(jī)理的研究，為長(zhǎng)期以來僅用尺子測(cè)量評(píng)價(jià)生長(zhǎng)情況注入新活力。將會(huì)推動(dòng)各個(gè)研究領(lǐng)域的結(jié)合，從而推動(dòng)種子生命科學(xué)快速發(fā)展。 以農(nóng)作物種子為測(cè)定對(duì)象，該系統(tǒng)測(cè)定對(duì)象普遍性極強(qiáng)，作品的基礎(chǔ)部件成本較低，集成創(chuàng)新附加值高，具有巨大的市場(chǎng)潛力。
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于玉米種子生物力學(xué)的研究國(guó)內(nèi)外尚無相關(guān)報(bào)道，這是一片新興的領(lǐng)域，具有很大發(fā)展前景。
