科创项目总结报告--20160410.doc

一、项目开展背景及意义物理农业是将电、磁、声、光等物理学知识和技术通过特定方式应用到农业生产中，对农作物进行处理，在减少化肥和农药使用量的情况下收到抗病、早熟、增产、优质的效果，提高农产品的安全性的环境调控型农业。声波助长是物理农业的一个重要方面。关于声波助长技术的应用研究，在水稻、棉花、小麦和部分蔬菜上的试验示范和应用结果表明了该项技术的增产、优质、抗病和环保作用。对水稻的声波助长试验表明：水稻盆栽试验增产幅度17.4%-39.7%，水稻的整精米率和蛋白质含量分别提高了59.4%和8.9%，纹枯病减轻了50%1。关于声波助长技术的基础研究，已由群体、个体、器官逐步深入到细胞和分子水平，包括光合和呼吸代谢、细胞周期同步化、生长激素、多种酶活性、可溶性蛋白和RNA的变化的研究1。例如韩国农业生物技术研究院用125-250 Hz的声波处理水稻，发现激活了2种对光敏感的有利于植物光合作用的基因，从而改善光合作用，增加作物产量2。目前，关于声波对植物生长作用的促进机理尚不明确。比较有代表性的研究成果有：对烟草细胞研究发现，一定范围的声波刺激可影响细胞分裂的同步化，促使细胞分裂S期的DNA合成，有助于细胞的有丝分裂，促进植物的生长发育。并影响细胞壁的热力学相行为，改变细胞膜蛋白质二级结构和细胞膜的流动性3,4,5。适度的声波刺激可以提高猕猴桃愈伤组织ATP合成酶活性，有利于植物能量代谢6。一定范围的声波刺激可促进菊花对营养物质的吸收，可改变钙离子在细胞内分布，还能提高相关酶活性，促进蛋白质与核酸合成7。烟草作为我国重要经济作物，在农业经济产值中占有重要地位，选用其进行研究，提高其品质，对促进烟叶产业发展和农民增收具有重要意义。本研究将物理技术和农业生产有机结合，采用具有生物效应的声音频段，研究其对烟叶品质的作用效果。二、项目任务针对烟草采用具有生物效应的声音频段处理，测量烟草品质变化。设置不同生长时期处理组，寻找在烟叶不同生长时期对声波响应程度的差异以指导声波助长技术的后续应用。三、项目实施情况 首次实验在大棚中进行，因对植株管理不善，只采样一次后植株就全部感染烟草黑胫病，实验终止。第二次实验在光照培养箱中进行，培育好烟苗后，移栽到稍大一点的花盆中，待植株生长达到稳定后开始分组进行实验。处理组放在一个培养箱中，对照组放在另一个培养箱中，两个培养箱均设置白天12小时，黑夜12小时，光照4400lx，湿度70%，温度23。在处理的培养箱中，选择中间三层，把间隔稍调大，同时保持间隔一致，最中间一层放音箱，剩余两层放处理组烟苗。每天十八点至二十二点（光照期间），声波处理。关于组的编号: A播种日期为2015年10月5日，品种为秦96E播种日期为2015年9月10日，品种为秦96X播种日期为2015年10月5日，品种为云99 注：每一组设置处理和对照（A-CK、E-CK、X-CK、A-处、E-处、X-处），一共六组，每组5个重复。采样时间：2015年12月21日（处理0天），2015年12月28日（处理7天），2016年1月4日（处理14天），2016年1月11日（处理21天）。四、实验数据表1 声波处理对烟叶叶长、叶宽、叶片数的影响处理时间处理1处理2处理3叶长/cm叶宽/cm叶数/片叶长/cm叶宽/cm叶数/片叶长/cm叶宽/cm叶数/片2015122111.726.95611.856.55514.828.1562015122815.219.10616.5110.30719.1113.5972016010418.3210.52722.3213.32824.1217.2182016011120.9810.781024.7214.191227.6819.0512CK1CK2CK3叶长/cm叶宽/cm叶数/片叶长/cm叶宽/cm叶数/片叶长/cm叶宽/cm叶数/片2015122113.927.45611.026.61612.857.7062015122817.2111.21717.0010.85716.6510.0472016010423.0114.02822.8514.95923.1514.0172016011123.0514.521023.8615.451123.5114.159表2 声波处理对烟叶叶绿素含量的影响处理时间CK处理AEXAEX20151221叶绿素a(mg/g FW)0.5070.6800.5010.5070.6800.501201512280.7320.7190.7180.8750.8890.888201601040.6930.6570.5550.8730.7220.813201601110.9430.7930.8611.3520.9461.02420151221叶绿素b (mg/g FW)0.0900.1240.1000.0900.1240.100201512280.1360.1430.1300.1490.1710.145201601040.1240.1470.1240.1790.1230.131201601110.1850.1730.1760.3810.1760绿素总量(mg/g FW)0.5960.8040.6010.5960.8040.601201512280.8680.8630.8481.0241.0611.034201601040.8170.8050.6801.0520.8450.944201601111.1290.9661.0361.7331.1221胡萝卜素(mg/g FW)0.1890.2370.1810.1890.2370.181201512280.2280.2280.2220.2940.3020.310201601040.2360.2310.2030.2730.2440.282201601110.2590.2210.2350.3240.2800.298表3 声波处理对烟叶叶片含水率的影响处理时间CK处理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 声波处理对烟叶可溶性糖含量的影响处理时间CK处理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 可溶性糖含量标准曲线可溶性糖含量/g020406080100A6200.0000.0920.1670.2340.3570.454图1 可溶性糖含量线性回归方程五、实验处理结果1.1声波处理对烟叶叶绿素含量的影响时间CK(平均)处理（平均）变化率0d0.667 0.667 0.000 7d0.860 1.039 0.209 14d0.767 0.947 0.235 21d1.044 1.345 0.289 （将所有处理组一起平均，将所有对照组一起平均） 图2声波处理对烟叶叶绿素含量的影响1.2声波处理组和对照组烟叶叶绿素含量之差处理时间处理 A - CK A处理 E - CK E处理 X - CK X0d0.000 0.000 0.000 7d0.155 0.198 0.186 14d0.235 0.040 0.265 21d0.604 0.156 0.144 （A、E、X各组中，处理组和对照组烟叶叶绿素含量之差）图3声波处理组和对照组烟叶叶绿素含量之差（播种时间不同，品种相同）图4声波处理组和对照组烟叶叶绿素含量之差（播种时间相同，品种不同）1.3 叶绿素含量变化率表6 叶绿素含量变化率叶绿素含量变化率（%）时间处理 A - CK A处理 E - CK E处理 X - CK X201512210.000.000.002015122817.9022.9521.932016010428.784.9838.972016011153.5416.1013.93由图2可以看出，同一个品种，播种时间相同的苗子，处理组的叶绿素含量明显高于对照组。说明声波处理有利于提高植株叶绿素含量。处理组的叶绿素含量比对照组平均高出25%左右。由图3可以看出，对比A组和E组的处理效果，对于同一品种秦烟96，播种时期不同，植物响应声波处理的程度也不同。播种较晚的植株的响应程度较播种早的植株高。A组和X组对比，对于播种时间相同的不同品种秦96和云99，处理效果差异上未看出明显规律。2 声波处理对烟叶可溶性糖含量的影响处理时间CK处理变化率0d1.871 1.871 0.00 7d0.924 1.084 17.28 14d0.699 1.269 81.49 21d1.029 0.632 -38.56 表7声波处理对烟叶可溶性糖含量的影响在可溶性糖含量这个指标上，对照组和处理组之间没有表现出明显规律。可能是糖含量的测量方法（蒽酮-硫酸比色法）有问题，对于同一组样品的测量，可重复性不高。3 声波处理对烟叶组织含水率的影响处理时间CK处理变化率0d95.839 95.839 0.00 7d96.725 95.630 -1.13 14d96.600 95.390 -1.25 21d94.576 95.759 1.25 表8声波处理对烟叶组织含水率的影响同样，在组织含水率这个指标上，对照组和处理组之间并没有表现出明显的规律。4 其他对于石蜡切片，由于时间问题，才固定好，还没有来的及做其他处理。对于蛋白质含量，由于时间以及采样量和样品保存的问题，也没有完整的数据。六、创新点 对于同一个品种，播种时间相同的苗子，处理组的叶绿素含量明显高于对照组。说明声波处理有利于提高植株叶绿素含量。处理组的叶绿素含量比对照组平均高出25%左右。目前有关于声波处理对植物生长影响的报道，但未见关于声波对不同生长时期植物的影响差异的相关报道。对比A组和E组的处理效果，对于同一品种秦烟96，播种时期不同，植物响应声波处理的程度也不同。播种较晚的植株的响应程度较播种早的植株高。七、存在的问题和解决方法诚然，关于声波对烟叶的影响，本该建立一个完整的评价体系，这个体系应当包括组织结构，水分生理，光合作用，物质代谢等多个层次，但由于时间有限，没能准备足够的苗子，以及场地的限制（室外温度过低，培养箱内烟苗不能培养过大，导致采样量不能满足更多指标的测量），测量的的指标十分有限。同时，已经进行的这一次实验也存在很多控制得不好的因素，比如烟苗培养至后期取样时，很多根已经伸了很长在花盆外，叶子也长得很大，植株较高，有一些直接顶向上一层，难免在采样和统计数据时根或者叶子可能被弄伤，这对实验结果可能造成较大影响。并且，放在培养箱架子中间和架子边缘的植株受光照情况相差很大。同时，取样周期过短，导致部分测量指标的变化规律不是那么明显。解决办法：下一期的实验已经在准备中，现在已经培育好了足够的的苗子，只待五月左右天气回暖移栽到大棚里的大花盆中，可以进行更多的指标测量，建立更完善的评价体系，同时也不会存在环境因素的过大差异。同样，需要注意控制好病虫害。新一期的实验将延长取样周期。八、项目经费使用情况实验材料单价（元）数量金额（元）声波发生装置5721台572花盆1.5100个150种子103袋30营养土508袋400蒽酮801瓶80硫酸721瓶72丙酮301瓶30液氮-1罐（10L）965ml移液枪1651把165试管、离心管等耗材100合计1695九、项目收获与体会关于实验，一是深深的体会到准备工作是最为复杂的，平常上实验课，什么试剂老师都给准备好，方法也是老师安排好的，老师自己尝试过很多遍，甚至于注意事项老师都会告诉你。并且只是在上课的时候做一遍就好，至于结果好不好，不重要，如果做得不好，只是分析一下可能的原因，至于究竟是不是那个原因，也无法深究下去。但是自己做实验的时候就不一样了，你需要自己选定方法，自己准备试剂，考虑取样材料的多少，需要通过多次预实验把相关的方法调试到一个可重复性比较高的状态，才可以开始自己材料的测量。二是在实验布置中存在很多不可控因素，即使在光照培养箱中，也很难保证光照条件的一致，在室外的影响因素就更多，风，湿度，等等。关于与人交流方面，首先，工作的完成离不开和小伙伴们的共同努力，在此，谢谢两位小伙伴的鼎力合作，谢谢你们。其次，关于实验室的资源协调，在此，十分感谢张立新老师实验室以及学校给我创造的所有实验平台。同时，十分感谢所有师兄师姐以及学长学姐对于实验方法的指导与帮助。最后，遇到无法解决或解决不好的问题经常和指导老师沟通是必不可少的，老师会帮助你找到好的办法，提供给你好的建议，好的思路。参考文献：1侯天侦，李保明，滕光辉，等。植物声频控制技术的研究及应用进展中国农业大学学