超声辐射作用于植物种子机理的研究

Agricultural acoustic biology is an important branch of agricultural biological physics, it studies how the factor of sound effects on agricultural organisms. Previous researches usually adopt a large number of repeated experiments to determine the acoustic excitation condition. This project will combine the acoustic field produced by acoustic transducer with plant cell microstructure ,studies the acoustic radiation of plant seeds mechanism. First of all, cell membrane vibration model is established, we analysis the effects of ultrasound on the cell membrane permeability theoretically; Secondly broadband ultrasonic transducer is designed, we discuss the influence of transducer's electrical end matching circuit on the resonance frequency and electromechanical conversion efficiency by using analytical method and numerical method,in order to find a method by changing the parameter of match circuit to change the transducer resonance frequency method, to achieve broadband transducer; Finally, ultrasonic field (waveform, frequency, intensity) radiate plant seeds, receiving transmited and scattered signal ,analysis the change of radiation acoustic parameter characteristics in radiated plant seeds, and verify them through microscope and the cultivated experiment，to reveal the physical mechanism. The research results of this project are more perfect and innovative than traditional ultrasonic breeding, and will provide the theory basis and the experiment guidances for the applications in agriculture.

农业声生物学是农业生物物理学的一个重要分支，它是研究声这一因素是如何作用于农业生物体的。以往研究通常采用大量重复实验来确定声激励条件。本项目将声换能器产生的声场与植物细胞微观结构结合起来，研究声超声辐射对植物种子的作用机理。首先建立细胞膜振动模型，研究模型下细胞膜的振动情况，从理论上分析超声对细胞膜渗透性的影响；其次设计宽频带超声换能器，利用解析法和数值法，探讨换能器的电端匹配电路对其共振频率和机电转换效率等参数的影响，以期找到一种通过改变匹配电路参数来改变换能器共振频率的方法，来实现宽频换能器；最后用超声场（波形、频率、强度）对植物种子进行辐射，接收透射和散射信号，分析植物种子受辐射后声参量特征变化，并通过显微镜和培育实验验证来揭示其物理机理，。本项目的研究成果相对于传统的超声育种是一个完善和革新，将为开发新的超声技术在农业上的应用提供理论依据和实验指导。

农业声生物学是农业生物物理学的一个重要分支，它是研究声波这一因素是如何作用于农业生物体的。声波对植物种子辐射效应的研究是其中一个重要的研究方向，以往研究通常采用大量重复实验来确定声波激励条件，缺乏相应的理论分析。本项目通过理论分析和实验，研究了不同科目植物种子受到声波激励的效应，得到了一些结论，为声波在农业上的应用提供了一定的参考。本项目做了以下工作：.1.研究了与超声育种有关的超声波理论，根据声学理论，对超声作用后植物种子细胞膜的渗透性进行理论研究，从理论的层面上说明超声对细胞膜渗透性影响机理。建立了细胞膜振动模型，研究了不同种子模型下细胞膜的振动情况，特别是细胞膜固有振动频率问题，进行理论计算和数值模拟，并将结果与前人的实验结果进行对照、分析。结果表明，理论分析与实验结果符合较好；.2.设计了宽频带超声换能器，利用解析法和数值法，探讨换能器的电端匹配电路对其共振频率和机电转换效率等参数的影响，找到了一种通过改变匹配电路参数来改变换能器共振频率的方法，来实现宽频换能器；.3. 利用不同参数的声场能量对植物种子进行辐射，接收声场透射和散射信号。通过大量实验分析了植物种子受辐射后声参量特征变化，并通过显微镜和培育实验验证来来确定比较好的激励条件，与理论分析相结合以揭示声波作用于植物种子的物理机理。.4.首次提出了用模拟的雷声辐射植物种子，通过实验分析，有一定的有益效果。同时也分析了单一频率声波和混频声波对植物种子辐射的效应，通过理论分析和实验研究，混频声波对植物种子辐射的效应比单频声波效果更好。.本项目的研究成果相对于传统的超声育种是一个完善和革新，将为开发新的超声技术在农业上的应用提供理论依据和实验指导。