[实用新型]一种手持式植物叶片运动方位角度电子测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于植物叶片在向日性运动中，可以测定叶片运动角度变化的植物叶片运动方位角度电子测量仪。

背景技术

高等植物不能像动物一样自由移动整体的位置，但植物体的器官在空间可以产生移动，以适应环境的变化，这就是植物的运动。当植物体受到单一方向的外界刺激而引起的定向运动，称为向性运动。而向光性就是植物向性运动中主要的运动之一。向日性运动又分为两种类型，一种是横向日性运动，叶片运动总是使叶平面与太阳的入射光线垂直，以捕获更多光能，尽可能达到光合作用的最大化；另一种是偏向日性运动，叶片运动总是使叶平面与太阳的入射光线平行，以减少光能捕获，从而规避高温等环境下的光灼伤。研究表明，植物叶片向日性运动能够影响植物的光合物质生产和生长发育，对植物的生存繁衍和发展具有重要的意义。

研究植物叶片运动的生理生态意义首先要对叶片运动本身进行测定，即叶片在空间上如何变换运动角度。前人对植物叶片的向日性运动已进行了大量研究，包括如何对叶片向日性运动进行测定，即叶片在空间上如何变换角度，也就是测定叶片的方位角、方向角和悬挂角。所述方位角，是叶尖端与罗盘仪指北针（北向）之间的夹角。以手持罗盘仪置于叶平面上，调整罗盘仪使指针指向0°,此时叶尖端在罗盘上所指的读数即为方位角；所述方向角，是以叶中脉为轴，叶片转向东或西的角度。以半圆量角器从直径中心（圆心）处悬一小铅锤线作为读数标志，放置半圆量角器平面与叶中脉垂直方向，使半圆量角器的直径面（半圆面）与叶平面保持紧贴，此时铅锤线的读数就是方向角；所述悬挂角，是叶中脉垂直运动离开水平面的角度。以半圆量角器的直径横梁平行紧贴叶中脉，此时铅垂线的读数就是悬挂角。

目前国内外对植物叶片向日性运动的测量方法主要有方位角度测定法、投影法、定点照相法等。

方位角测定法是使用量角器，铅垂线和罗盘仪测定叶片的方位角，方向角和悬挂角，通过这三个角度就可以对叶片的空间位置进行定位，进而描述叶片的运动状态。这种方法具有相对测定简单、快捷和宜于操作等特点，是运用较广的一种测定方法。投影法是利用叶片的投影来描述叶片运动的状态。在叶片的下方垂直于太阳光放置一个平板，利用叶片在这个平面上的投影面积和叶片的实际面积之比，求出叶面法线与太阳光线所成的角度，如假设叶片的实际面积为A，与太阳光线成直角的平面上叶片投影面积为B，则叶面法线和太阳光线所成角度i可以表示为，cosi=B/A。当cosi等于1表示叶片和太阳光线垂直，接受的光强达到最大；当cosi接近0表示叶片和太阳光线平行，接受的光强达到最小。定点照相法与上述的两种测量法不同，它是每间隔1-2个小时用固定相机拍摄叶片的变化，捕捉视觉上叶片如何进行向日性运动的方法。

以上三种方法虽然均能描述出植物叶片如何进行向日性运动，但是在实际运用过程中每种方法都存在着各自的优缺点。方位角度测定法虽然能够对叶片在空间上如何运动进行分析，但只适合叶片运动方式较为简单的植物，比如棉花；在对运动方式较复杂的植物叶片的测定上显得力不从心，比如豆类。这种方法在测定时误差较大，且无法描述叶片的受光状态。投影法能够描述叶片的受光状态，很直接的反映叶片接受光强的多少，但是这种方法无法在空间方位上对叶片进行分析，反映不出叶片在空间上的运动过程，且在使用过程中操作复杂。定点照相法能够很直观的反映出叶片向日性运动的状态和变化过程，但无法定量描述叶片的运动方式以及受光状态。

为了更好的对植物叶片向日性运动进行测定，研究者也在不断的对叶片运动测定方式进行改进。比如在20世纪60年代，通过测定叶片的方位角和悬挂角以及太阳高度角和天顶角计算叶面法线和太阳光线所成角度，所用公式为，cosi=cosβ*cos z + sinβ*sin z*cos(αs-αl) 公式中αl是叶片方位角，z是太阳天顶角，β是叶片悬挂角，αs是太阳方位角。由此看出这种方法是把方位角测定法和投影法进行有效的结合，一方面能够对叶片在空间上如何运动进行分析，另一方面能够描述叶片的受光状态，但是这种方法依然无法解决对运动方式较复杂的植物叶片的测定。