植物電信號的獲取及分析方法研究現(xiàn)狀

廖小玲, 周志斌, 葉大鵬, 羅志聰

(福建農(nóng)林大學(xué)機電工程學(xué)院/現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備福建省高校工程研究中心，福建 福州 350002)

植物無時無刻都暴露在各種復(fù)雜的外界環(huán)境當(dāng)中[1-2]，為了更好地生長和適應(yīng)生存環(huán)境，它們必須具有快速準(zhǔn)確識別外界環(huán)境刺激的能力，因此，植物通過產(chǎn)生各種類型的電信號來響應(yīng)這些環(huán)境的變化[3-5].對植物電信號的研究引起眾多學(xué)者的重視，特別是植物電信號的獲取和分析方法的研究受到更加廣泛的關(guān)注.

植物電信號是參與植物生理調(diào)控、傳送相關(guān)生長信息的重要生理信號，其在植物體內(nèi)廣泛存在[6]，是植物受到外界刺激后產(chǎn)生的最初反應(yīng)[7].植物在不同外界刺激下會產(chǎn)生電信號變化，因此可以通過植物電信號的變化來檢測外界環(huán)境的變化情況.這在設(shè)施農(nóng)業(yè)、信息化農(nóng)業(yè)中有著很大的作用，如可以將其作為溫室、大棚等生產(chǎn)調(diào)控因素的一個重要參考依據(jù)[8]，營造作物自身最適宜的生長環(huán)境，達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益；其次，也可以作為檢測自然環(huán)境質(zhì)量的一個重要手段[9].

植物電信號是一種復(fù)雜的隨機信號，屬于微弱低頻信號，而且采集到的信號通常還含有各種噪聲干擾[7].因此，植物電信號的準(zhǔn)確獲取及精準(zhǔn)分析還需要深入研究.本文從植物電信號的發(fā)現(xiàn)及基本特征、外界刺激對植物的影響、植物電信號的獲取與分析方法等幾個方面，對前人的研究成果進(jìn)行了歸納和總結(jié)，以期為今后的研究工作提供依據(jù).

1 植物電信號的發(fā)現(xiàn)

植物電信號的發(fā)現(xiàn)距今已有一百多年的歷史，Sanderson[10]首次證明了動作電位的存在，為后續(xù)植物電信號的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ).1894年達(dá)爾文證明化學(xué)信號可以在植物體內(nèi)傳播，這一發(fā)現(xiàn)使得更多研究人員將注意力轉(zhuǎn)移到植物化學(xué)信號，也導(dǎo)致植物電信號的研究在這一段時間有所停滯.由此認(rèn)為動物存在神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號，植物同時存在化學(xué)信號和電信號[11].隨著動物激素的發(fā)現(xiàn)和內(nèi)分泌學(xué)的發(fā)展，更多的研究表明動物也有化學(xué)信號.1924年博斯分離了蕨類植物的維管束[12]，表明植物能夠?qū)ν饨绱碳ぷ龀龇磻?yīng)，并以電信號的形式進(jìn)行傳播；皮卡德對施加機械刺激的豌豆測定動作電位[13-14]，并詳細(xì)闡述了植物電信號的許多重要作用，奠定了植物電信號研究的基礎(chǔ)；施羅德證明植物體內(nèi)存在離子通道[15].婁成后提出乙酰膽堿同時兼有遞質(zhì)和激素的兩種作用，而且進(jìn)一步提出 “電化學(xué)波”的概念[16].黃蘭等應(yīng)用分類處理方法[17]，分析植物電信號與外界環(huán)境刺激的關(guān)系.隨著植物電信號的深入研究，研究人員發(fā)現(xiàn)通過外界刺激產(chǎn)生的電信號不僅出現(xiàn)在一些低等植物(如蘚類、苔類、地衣、菌類和藻類等)中，而且在高等植物(如含羞草、捕蠅草、番茄和黃瓜等)中也起著非常重要的作用；通過對外界刺激產(chǎn)生植物電信號的研究，能夠?qū)⒅参镒鳛榄h(huán)境傳感器感知外界環(huán)境情況，也可實現(xiàn)溫室等農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測.

2 植物電信號的基本特征

植物電信號是由細(xì)胞膜電位的變化引起的細(xì)胞之間或者組織之間的電位波動，通過研究者的大量試驗探究與分析，結(jié)果表明植物電信號具有以下基本特征.

(1)植物電信號是一種低頻、微弱信號，正常生長狀態(tài)下測得的植物電信號頻率主要是在5 Hz以下.

(2)目前記錄得到的植物電信號都含有一定程度的噪聲干擾信號，基本都需要進(jìn)行降噪處理，進(jìn)一步提取有用信號.

(3)植物電信號還具有非平穩(wěn)和非線性的特點，是一種時變隨機信號.

(4)植物電信號類型多，主要是由局部電位、動作電位、變異電位和系統(tǒng)電位構(gòu)成.局部電位是由外界環(huán)境刺激引起的非傳導(dǎo)性電位變化，只在植物的局部產(chǎn)生，不會進(jìn)行長距離傳播；動作電位主要是由非永久性傷害的刺激引起的，是植物通過局部電位將外界刺激轉(zhuǎn)化為膜電位的變化.當(dāng)膜電位的變化超過某個閾值時就會誘發(fā)動作電位，動作電位一旦產(chǎn)生，無論刺激強度如何增大，其振幅或形狀都不會改變，并通過胞間連絲在植物體內(nèi)通過敏感韌皮部細(xì)胞膜以恒定的速度和振幅長距離傳播[3].動作電位產(chǎn)生后，植物細(xì)胞膜進(jìn)入不應(yīng)期，在此期間不會有第2次脈沖傳遞.變異電位[4]是由傷害性刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生的，其從刺激部位開始向外傳播，波形強度和形狀與刺激的類型和強度有關(guān).而系統(tǒng)電位[5]不同于動作電位和變異電位，主要是由細(xì)胞膜的超級化產(chǎn)生的，不遵循全有或全無規(guī)則，取決于所施加刺激的強度和類型.植物體內(nèi)的電信號往往包含上述多種類型的電信號.

3 外界刺激對植物的影響

3.1 光照

光對植物生理特性和生長速度的影響非常大，光照的強弱、時間都會影響植物生長發(fā)育.樊傳輝等對烤煙幼苗進(jìn)行強光脅迫，發(fā)現(xiàn)幼苗產(chǎn)生嚴(yán)重光抑制作用；使用Ca2+對幼苗進(jìn)行進(jìn)一步處理，表明Ca2+對于強光刺激下的烤煙幼苗所產(chǎn)生的光抑制能夠起到一定的緩解作用[18-19].梁文娟等[20]研究黃瓜幼苗在弱光、亞適溫、亞適溫弱光脅迫下的光合作用情況，發(fā)現(xiàn)亞適溫脅迫下黃瓜幼苗產(chǎn)生光抑制；在其他兩種脅迫下，沒有出現(xiàn)明顯的光抑制作用，黃瓜幼苗有一定的適應(yīng)性.楊玉凱等[21]研究不同光質(zhì)對茄子幼苗葉片光合特性及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，結(jié)果表明5R/5B紅藍(lán)組合光能有效促進(jìn)葉片的光合作用.植物保衛(wèi)細(xì)胞對光具有高度的響應(yīng)性，光刺激會產(chǎn)生膜電位的變化，這些細(xì)胞在光照下驅(qū)動K+的吸收，在黑暗中驅(qū)動K+的流出.Rob et al[22]對苔類植物進(jìn)行光誘導(dǎo)試驗，發(fā)現(xiàn)了動作電位的存在，而且動作電位可以通過胞間連絲傳遞到其他細(xì)胞中.Volkov et al[23]對大豆植物施加不同波長的光刺激，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生了動作電位.Leduc et al[24]對木本植物施加不同強度光刺激，也檢測到動作電位和變異電位.王曉琳等[25]研究燕子掌電信號隨光照強度的變化情況，結(jié)果表明燕子掌電信號是一種微弱低頻信號，其植物電信號隨著光照度的增強而增強，最適宜的光照度為24 000～29 500 lx.上述研究提示光如何通過離子傳導(dǎo)發(fā)生內(nèi)部感應(yīng)機制而產(chǎn)生電信號，這對于確定植物的最佳光照需求是非常重要的，可以根據(jù)植物電信號特征為植物生長提供光照.

3.2 化學(xué)刺激

通過了解化學(xué)物質(zhì)如酸雨、化肥、殺蟲劑等對植物產(chǎn)生電信號的影響，可做好防護(hù)措施.Volkov[26]使用硫酸溶液和硝酸溶液噴灑大豆，在pH值為0～4.9的硫酸溶液刺激下產(chǎn)生傳播速度為50～55 cm·s-1的動作電位.丁桂英等[27]發(fā)現(xiàn)黃瓜在苯基甲磺酸酯類新型殺蟲劑刺激下，植物電信號會隨著殺蟲劑濃度的增大而增大，電信號由連續(xù)動作電波信號變?yōu)榉容^小的電波振蕩.Felle et al[28]對大麥?zhǔn)┘覥aCl2、KCl、NH4Cl溶液刺激，在大麥植物的葉片中測得動作電位，傳播速度為20～30 cm·min-1；Shvetsova et al[29]分別使用FCCP(碳酰氰-4-三氟甲氧基苯腙)、PCP(五氯苯酚)、CCCP(羰基氰化物-3-氯苯肼)處理種植大豆植物的土壤，在大豆植物中檢測出植物電信號(包含動作電位和變異電位)，動作電位約為60 mV，變異電位在48 h內(nèi)降為0；Chatterjee et al[30]和黃嵐[17]分別對黃瓜和小麥?zhǔn)┘硬煌瑵舛鹊腘aCl濃液刺激，記錄相關(guān)刺激下植物電信號的變化情況，得到耐鹽性植物的電信號特點.

3.3 冷熱刺激

Volkov et al[31]在冷熱刺激下對蘆薈葉片不同位置進(jìn)行植物電信號測定，這些信號傳播速度為67～132 m·s-1，沿著蘆薈的葉子傳播，在葉片上以恒定的速度和幅度進(jìn)行傳播，而且進(jìn)一步說明植物在熱刺激下會產(chǎn)生熱應(yīng)激蛋白，幫助植物耐受極端溫度.陸靜霞等[32]采集了碧玉植物在熱刺激下的植物電信號，并對其進(jìn)行分析，建立預(yù)測模型.Dziubinska et al[33]對玉米施加冷刺激，在篩管中檢測植物電信號情況，得到傳播速度為3～5 cm·s-1的動作電位.Pereira et al[34]在冷刺激情況下采集大豆植物的電信號，對冷刺激下的電信號特征進(jìn)行提取分析，有助于選取耐冷植物.對植物冷熱刺激的研究有助于選取耐冷、耐熱作物進(jìn)行種植，提高作物產(chǎn)量.如果在自然條件下也能提取和研究這種植物電信號特征，那么就有可能將植物作為一種傳感機制對一些極端天氣等進(jìn)行監(jiān)測和防控.

3.4 機械損傷刺激

Bricchi et al[35]對植物的機械損傷和昆蟲食草損傷進(jìn)行探究，利用仿真機器(模擬蠕蟲)對青豆植物進(jìn)行機械損傷刺激，發(fā)現(xiàn)只有連續(xù)的機械損傷才會引起植物有機化合物排放，而且所誘導(dǎo)排放的有機化合物與昆蟲食草引起的有機化合物排放是不一樣的，表明植物對非生物和生物損傷的感知是不同的.Oyarce et al[36]主要是進(jìn)行鱷梨植物電信號的監(jiān)測試驗，對植物進(jìn)行機械損傷操作，修剪分枝和樹木傾倒，觀察植物響應(yīng)信號的傳播情況.在修剪損傷刺激情況下，觀察到的電信號是以變異電位的形式從刺激點傳播到主干和根部，平均速度為8.7 cm·s-1.隨著刺激點與電極之間距離的增加，強度也隨著距離的增加而減小.在傾斜情況下，觀察到的變異電位大約以20 cm·s-1的平均速度向莖的上部和下部傳播，表明植物對損傷的機械刺激具有真實的電信號響應(yīng).而對于植物內(nèi)由于傾倒/剪枝刺激而產(chǎn)生的電信號來源，則認(rèn)為主要是因為活性質(zhì)子泵和ATP酶的作用，通過打開和關(guān)閉離子通道，能夠在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞外環(huán)境之間進(jìn)行離子交換，在細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞外部產(chǎn)生電勢差[29].

4 植物電信號采集

4.1 采集技術(shù)

將植物電信號從植物體中提取出來是非常重要的，只有準(zhǔn)確獲取植物電信號才能根據(jù)試驗?zāi)康膶ζ溥M(jìn)行分析研究.在電生理學(xué)基礎(chǔ)的研究過程中，用于電信號記錄的技術(shù)已經(jīng)比較完善，基本能夠依據(jù)試驗?zāi)康牟杉较嚓P(guān)電信號，主要有電壓鉗技術(shù)、金屬電極、微電級、表面電極、膜片鉗測量技術(shù)和碳纖維技術(shù)等[37].目前對植物電信號的采集主要采用電極技術(shù)，主要有銀電極、Ag/Agcl電極、玻璃微電級、貼片電極等，在試驗過程中根據(jù)不同的測量方式選取不同類型的電極，而且根據(jù)實際測量需求對電極和植物細(xì)胞的測量位置進(jìn)行選擇，不同電極還可以實現(xiàn)植物電信號的胞內(nèi)和胞外測量.

4.2 采集方式

植物電信號的測量方式主要有非接觸式測量和接觸式測量兩種.非接觸式測量方式對測量植物不會產(chǎn)生損傷，主要是采用甘汞電極和電解液進(jìn)行離子電橋的搭建，實現(xiàn)植物表面的電信號測量.但是這種方法無法長時間對電信號進(jìn)行測量，存在一定局限性.接觸式測量目前主要是采用金屬電極進(jìn)行測量，包含Ag/AgCl電極、銅電極、鉑電極和銀電極等，需要將其插入植物體內(nèi)才能進(jìn)行電信號的測量，雖然對測量植物造成了一定損傷，但是具有長時間測量植物電信號的優(yōu)勢，被廣泛使用.當(dāng)然目前的植物電信號采集技術(shù)還存在不足，無法同時滿足多個測量條件，只能依據(jù)試驗?zāi)康倪M(jìn)行植物電信號測量方式的選擇.隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，能同時滿足非損傷性和長時間測量等條件，可采集到更準(zhǔn)確的植物電信號，獲取更多的植物電信號信息.

5 植物電信號的傳播途徑

5.1 植物內(nèi)信號的傳輸方式

植物電信號在植物中傳輸主要是通過胞間連絲在細(xì)胞間進(jìn)行短距離傳輸，到達(dá)韌皮部后沿著篩管質(zhì)膜進(jìn)行長距離傳輸[38].

電信號可以通過胞間連絲進(jìn)行快速傳播，胞間連絲是相鄰細(xì)胞間信號網(wǎng)絡(luò)的中繼，也是電信號系統(tǒng)的一個可能的核心組成部分[39].向麗藻植物細(xì)胞注入電流，并設(shè)法追蹤記錄其遠(yuǎn)離該細(xì)胞的幾個細(xì)胞的電信號情況，驗證了細(xì)胞間存在電耦合，表明胞間連絲在信號傳播過程中起到重要作用[40-41].

而韌皮部通過篩孔系統(tǒng)提供了一個低阻力的傳輸通道，保證電信號能夠進(jìn)行長距離傳輸；此外篩管系統(tǒng)中篩板孔相對較大且不易受擠壓，質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有連續(xù)性等特點[42]，也非常適合電信號的長距離傳輸.Eschrich et al[43]在西葫蘆植物試驗中，發(fā)現(xiàn)成熟葉片與葉柄之間的電信號通過篩管進(jìn)行傳輸，其最大速度為10 cm·s-1；Rhodes et al[44]通過使番茄植株受傷誘導(dǎo)產(chǎn)生電信號，表明番茄植株全身電信號傳遞的途徑也與韌皮部有關(guān)；Fromm et al[45]在玉米葉片試驗中發(fā)現(xiàn)電刺激和冷刺激均可誘導(dǎo)動作電位產(chǎn)生，其振幅均高于50 mV，在篩管中進(jìn)行傳播的速度為3～5 cm·s-1；婁成后等[46]利用旱金蓮進(jìn)行灼燒試驗，誘導(dǎo)產(chǎn)生的電信號能夠在維管束和薄壁組織進(jìn)行傳輸；同樣在水田芥植物試驗中誘導(dǎo)產(chǎn)生的電信號也可以在維管束間薄壁細(xì)胞傳輸.擬南芥植物響應(yīng)食草動物攻擊的電信號通過韌皮部向不同方向進(jìn)行傳播[47].相關(guān)研究結(jié)果如表1所示.

植物電生理學(xué)研究的重點開始轉(zhuǎn)向長距離信號，研究中也發(fā)現(xiàn)植物擁有動物神經(jīng)運動系統(tǒng)的大部分化學(xué)成分[48]，盡管沒有動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)那么復(fù)雜，但在韌皮部內(nèi)部已經(jīng)形成一個非常簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基本滿足長距離通信的條件.植物之所以發(fā)展出電信號傳輸?shù)耐緩?，相關(guān)研究認(rèn)為最可能的原因是植物對外界環(huán)境脅迫做出快速反應(yīng)[30].不同的外界環(huán)境刺激會引起植物電信號的變化，然后再將電信號傳播到特定區(qū)域，使植物產(chǎn)生特定反應(yīng).與化學(xué)信號傳播信息相比，電信號能夠更快速地進(jìn)行長距離傳遞信息，效率更高.從表1也可以看出植物電信號中的動作電位傳播速度比變異電位傳播速度更快.

5.2 植物間信號的傳輸方式

植物還可以通過不同途徑與其他植物進(jìn)行交流，如可以通過揮發(fā)性有機化合物的排放和傳播來進(jìn)行交流，通過靜電或者電磁相互作用以及聲音進(jìn)行通信.植物之間還可以通過地下通信，例如可以通過土壤的菌根網(wǎng)絡(luò)交流和傳播信息；通過植物根際交流信息；也可以通過自然嫁接等傳播信息.其中菌根共生是植物與真菌之間最典型的共生關(guān)系之一，這對植物生長發(fā)育具有非常重要的意義.菌根真菌可以通過共同菌根網(wǎng)絡(luò)將植物連接在一起，并進(jìn)一步將植物之間的碳水化合物、水、氮、磷以及其他營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行交換、輸送[43].

Volkov在電刺激下對蘆薈電信號的傳播途徑進(jìn)行探究，在試驗過程中采用正弦波、三角波、矩形波對植物進(jìn)行電刺激，首先在蘆薈葉片之間進(jìn)行植物電信號的記錄[42]，證明了蘆薈葉片之間可以傳播電信號；接著在同一花盆里的兩棵蘆薈植物和種植在不同花盆的兩棵蘆薈植物分別進(jìn)行試驗[43]：在一棵蘆薈上進(jìn)行電刺激，在另一棵蘆薈植物上記錄植物電信號.通過土壤接觸的蘆薈植物采集到了電信號，說明植物電信號還可以沿著葉子、根、土壤傳播到另一棵植物.Volkov為了避免植物的根與根之間的連接和菌根網(wǎng)絡(luò)之間的干擾，使用金屬導(dǎo)線將種植在不同花盆的植物進(jìn)行連接[44]，用電刺激一棵蘆薈植物，在另一棵植物也采集到了電信號.接著在不同品種的植物中進(jìn)行測試，將種植在兩個花盆的蘆薈植物和卷心菜植物通過金屬絲相連接，同樣也檢測到了電信號.上述結(jié)果表明在植物葉片之間和植物與植物之間的信息傳播有不同的電信號及化學(xué)信號傳播途徑，無論是同種植物還是不同種植物之間，均能誘導(dǎo)產(chǎn)生電信號，并在植物和鄰近植物間進(jìn)行傳遞，這也為植物作為植物傳感器提供了可能性.電信號能夠在植物之間進(jìn)行傳播，如果能夠?qū)Σ杉降碾娦盘栠M(jìn)行分析處理，對其所受到的刺激進(jìn)行監(jiān)測，及時做好防護(hù)，將有助于設(shè)施農(nóng)業(yè)中對外界環(huán)境條件的控制.但是目前利用這種方式記錄電信號的分析處理比較少，也是后續(xù)可以關(guān)注的一個重點.

表1 外界刺激下植物中記錄到的電信號情況Table 1 Electrical signals recorded in plants under external stimuli

6 植物電信號分析方法

鑒于植物電信號的復(fù)雜特性，植物電信號研究所涉及的學(xué)科及領(lǐng)域非常廣泛.在電信號分析過程中，準(zhǔn)確提取電信號以及降低信號噪聲是研究植物電信號特征非常關(guān)鍵的一步，也是進(jìn)一步分析植物與外界環(huán)境刺激之間響應(yīng)關(guān)系的一個重要前提.當(dāng)前植物電信號的分析主要是根據(jù)研究目的，選取或者改進(jìn)合適的方法來進(jìn)行相關(guān)分析.國內(nèi)外研究者已經(jīng)進(jìn)行了大量工作，提供了多種可行的分析方法，并且取得了一些非常不錯的成果.目前采用比較多的處理分析方法有時域分析法[60]、功率譜估計法[61]、自適應(yīng)處理方法[7]、小波變換法[61-62]、機器學(xué)習(xí)、獨立分量分析法(ICA)和匹配跟蹤法[9,64-66]等.

王蘭洲等[60]采用時域分析方法對黃瓜、燕子掌、君子蘭和蘆薈葉片4種植物電信號進(jìn)行分析，得到時域波形和各項統(tǒng)計參數(shù)，但是分析得到的信號特征值包含了很多噪聲，而且也只能對某個時間段內(nèi)電信號的特性進(jìn)行分析，存在一定的局限性；張曉輝等[61]利用小波軟閾值消噪法和快速傅里葉變換法對植物電信號進(jìn)行分析，在不同溫度下測得蘆薈葉片電信號，先對其進(jìn)行小波降噪，再進(jìn)一步分析蘆薈葉片電信號譜邊緣頻率(SEF)、譜重心頻率(SCF)和功率譜熵(PSE)在不同溫度下的變化情況，結(jié)果表明在升溫過程中，蘆薈葉片電信號譜邊緣頻率、譜重心頻率和功率譜熵三者都呈先升高后降低的變化趨勢，且在升高的最高點所對應(yīng)的溫度與蘆薈生長的最適宜溫度相同，說明譜邊緣頻率、譜重心頻率和功率譜熵可以表征植物隨外界環(huán)境而變化的情況，功率譜分析法具有一定的適用性.陸靜霞[7]依據(jù)植物電信號的特點，通過信噪比(SNR)和均方誤差(MSE)參數(shù)分析對比結(jié)果，選取改進(jìn)的自適應(yīng)小波軟閾值收縮法對植物電信號進(jìn)行降噪，有效地去除了噪聲和干擾，很好地提取了信號的有用成分.

Chatterjee et al[9]對19種植物(17種扎米蓮和2種黃瓜)，利用非線性維納一哈默斯坦模型(NLHW)建立了不同光刺激強度下光刺激與植物電信號的關(guān)系；再根據(jù)番茄和黃瓜的電信號，利用線性和非線性方法從電信號中提取了11個特征[30]，通過使用不同的機器學(xué)習(xí)算法(線性判別分析、二次判別分析、樸素貝葉斯和馬氏分類器)，對3種不同類型的刺激(NaCl、H2SO4和O3)進(jìn)行分類，最佳識別率為73.67%左右.在2016年，黃嵐等[65]采用模板匹配、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機和深度學(xué)習(xí)4種分類器對植物刺激進(jìn)行識別，主要是將波形的特征提取與主成分分析方法相結(jié)合，通過模板匹配得到了約96%的識別率.Pereira et al[34]利用機器學(xué)習(xí)算法(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)路徑森林、K近鄰和支持向量機)和區(qū)間算法，對不同刺激進(jìn)行識別分類.黃嵐等[66]利用獨立分量分析算法(ICA)分離從表面電極記錄法中測量的植物葉片電信號，包含表皮細(xì)胞、保衛(wèi)細(xì)胞和葉肉細(xì)胞電信號的混合信號.通過對植物電信號的分析，識別不同的外界刺激類型，為植物多刺激傳感器研究奠定了基礎(chǔ).在溫室種植中，可以通過電信號特征分析植物所受到的刺激類型，判斷其當(dāng)前所處環(huán)境狀態(tài)，及時進(jìn)行監(jiān)督、調(diào)整，確保植物處于最佳生長狀態(tài)的環(huán)境中.

7 結(jié)論與展望

目前已經(jīng)初步闡釋了植物感知外界環(huán)境刺激所引起的植物電信號的基本特征、傳遞途徑及處理分析方法.隨著微弱信號檢測及信號處理技術(shù)的發(fā)展，以及計算機信息采集、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實現(xiàn)，植物電信號的提取和分析也更具可行性和科學(xué)性.這也為研究植物電信號提供了更好的條件和思路，可以有條件地深入研究植物自身不同葉片間的溝通方式及植物之間的溝通方式，進(jìn)一步獲取和分析植物間的電信號.研究表明植物電信號可通過植株根和土壤進(jìn)行長距離傳播，但是在其他外界環(huán)境刺激下可否檢測到準(zhǔn)確的植物電信號、產(chǎn)生的電信號在傳播過程是否存在相互作用，以及植物如何完成不同信號之間的轉(zhuǎn)化傳播等問題都值得進(jìn)一步探討.通過準(zhǔn)確獲取不同傳播途徑下的植物電信號，并利用電信號的不同特征獲得植物的生長信息如光照情況、植物狀況和環(huán)境的實時信息等，對其所受到的外界環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測，有助于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實施.將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機連接也有望作為快速生物傳感器用于監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量情況，預(yù)測氣候變化等.