微尺度多参数在体植物监测系统

微尺度多生理参数连续监测系统必须能够精确连续在体测量植物生理、生化、光学等多维度生理信息，包括叶片温度、植物茎流、植物交流阻抗、植物电生理、ROS、叶片多光谱分析以及冠层温度，可以实现植物生长多维度数据的同步测量。

检测意义

生理类传感器可以直接或者间接反映植物生长过程中的生理状态，其检测意义如下：

1）叶面温度传感器

叶片是植物制造有机物质的主要场所,叶片表面的温度会受到太阳辐射、大气温度、风等环境的影响。环境温度的变化对植物的影响很大,通过植物的叶片温度来反映植物的生长状况比通过植物所在环境的温度更直接，可以反映叶片的含水量、叶片气孔开合度等信息,这与植物的健康生长密切相关。当植物受到真菌或病虫感染时,叶片温度也会发生变化。通过监测这些变化，可以早期发现植物的健康问题，及时采取措施。

2）植物茎流传感器

茎流是指植物茎内部由于蒸腾作用而上升的液流。植物的根系会主动吸收土壤中的水分,并且会在根压和蒸腾作用下在植物根部到冠层之间形成一股液流。在蒸腾作用下,植物茎秆中通过植物组织向冠层运送的液体就是茎流,这些液体经过角质层和皮孔蒸腾转化为大气中的气态。对植物茎流速率的准确获得,一方面能够建立完备的土壤-植物-大气的生态系统蒸散模型,对于探究水分生理活动规律,研究区域性水分供需规律具有重要意义;另一方面可以探究植物本身的生理活动特征,为于植物表型研究,指导农业智慧化精细化灌溉提供参考与指导。

3）植物交流阻抗传感器

电化学阻抗谱是植物电特性的常用方法。植物细胞对低频电流（频率小于1000 Hz）具有较高的阻抗，因此低频电流只能在胞外间隙流动。随着频率的提高，细胞膜的阻抗逐渐下降。在足够高的频率下，电流能够直接通过细胞内部，此时总阻抗由胞内和胞外电阻共同决定。在高频电流作用下，胞内和胞外电阻形成一个并联电路。当交变电流通过植物组织时，电流在胞外间隙和胞内的流动比例取决于电流的频率和组织特性。通过测量植物细胞和组织的阻抗变化，传感器可以提供关于植物水分含量、细胞完整性和组织结构等关键信息。这种高精度的监测有助于及时发现植物的生理变化，从而采取适当的管理措施。

4）植物电生理传感器

植物电信号是植物体内的一种快速响应的远距离信号通路，是植物生理的重要指标，能够通过离子流动和电位变化等方式调节电生理活动，如根伸长、光合作用、胁迫响应、病原体防御等。植物生物电信号能够在多种胁迫和逆境条件下反映其生理状态，包括干旱胁迫、盐胁迫、热胁迫、冷胁迫、病原体感染、机械损伤以及营养缺乏等。当植物遭遇水分短缺时，其电信号会发生显著变化，帮助植物调节水分代谢和离子平衡，以适应干旱环境。同样，在高盐环境下，电信号的变化能够促进植物通过调节离子通道和渗透压来应对盐胁迫。高温和低温条件下，植物电信号也会迅速波动，激活热激蛋白或防冻蛋白的表达，从而保护细胞结构和功能。机械损伤，如折断或割伤，则会引起急剧的电信号变化，促使植物迅速进行自我修复和防护。研究植物电信号的产生和传导机制有助于揭示植物在应对环境胁迫、调节生长发育等方面的内在机理，为优化作物生产提供更多方法和策略。

5）ROS传感器

在植物生命周期中，ROS在叶绿体、过氧化物酶体、线粒体中产生，常被认作是氧化应激的副产物。由于植物中含有抗坏血酸、谷胱甘肽、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶等丰富的抗氧化剂，它们会被不同的抗氧化机制清除而维持在生物系统正常运作的安全水平。然而，在各种生物胁迫（如病原体、害虫侵害等）或者非生物胁迫（如干旱、高温等）下，植物体内会迅速产生大量ROS，这些ROS大量的积累（局部浓度升高）并打破植物体内抗氧化机制所维护的平衡，就会展现出毒害作用。因此，监测植物器官（即叶、根、花等）的ROS水平可以了解植物如何应对生物/非生物胁迫，这对农业生物传感具有很高的价值。

核心功能介绍

微尺度多生理参数连续监测系统由植物生理信息监测分析仪和植物生理传感器组成。植物生理信息监测分析仪作为边缘计算终端，负责植物生理信息数据的采集和预处理，并通过无线或者有线的方式接入物联网，并通过物联网数据平台传输、存储等，最终数据上传实现数据的归集与分析处理；

根据需求不同，每套系统包含6个/10个/18个等数量组件，每个组件包括独立的植物生理信息监测分析仪和植物生理传感器，植物生理传感器包括叶面温度传感器、植物茎流传感器、植物交流阻抗传感器、植物电生理在体检测传感器、植物ROS在体检测传感器、植物叶片多波段光谱分析传感器以及冠层温度传感器在内的多种植物生理信息监测传感器。