CN110133166B - 一种模拟昆虫连续侵害装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟昆虫连续侵害装置及方法，其将叶片放置在针部的下方并固定，第一步进电机驱使针部上下移动，针部以固定频率刺入叶片。装置包括门型支架、针部、控制器和用于驱动针部纵向移动的第一步进电机，所述针部固定在第一步进电机的输出端，所述第一步进电机安装在门型支架上，所述控制器与第一步进电机电连接。本发明通过使针部以固定频率刺入叶片，且由控制器发出指令调控第一步进电机，更好地选择控制刺入的频率、时间等参数，以真实地模拟昆虫对叶片的侵害作用。本发明避免了人工操作在实验过程中会造成的误差，且更好地模拟了昆虫的取食习性，增加了模拟的真实性。
Description
技术领域
本发明涉及模拟实验领域中的一种装置，特别是一种模拟昆虫连续侵害装置，还包括一种模拟昆虫连续侵害的方法。
背景技术
昆虫侵害诱导植物产生的HIPVs(植物挥发性物质)具有重要的生态学功能，对于HIPVs的研究有重要的意义。在研究昆虫和植物互作产生的HIPVs时，往往采用机械模拟的方法对植物造成机械损伤，从而进行研究。在目前大多数的实验研究中，通常仅使用单一的机械损伤模拟昆虫的侵害，如中国实用新型专利CN201820922719.4所公开的一种模拟昆虫取食和刺破植物的装置，其仅通过刺破针对叶片的固定位置进行刺破，在损伤时间和程度方面与昆虫取食造成的损伤大有不同，因此难以真实地模拟出植食性昆虫取食时所特有的、固定的损伤模式，不能较好地满足理论研究的需求。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种模拟昆虫连续侵害装置，其能对叶片造成连续的侵害。
还包括一种模拟昆虫连续侵害的方法，其能更好地模拟昆虫取食叶片所造成的侵害。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种模拟昆虫连续侵害装置，其包括门型支架、针部、控制器和用于驱动针部纵向移动的第一步进电机，所述针部固定在第一步进电机的输出端，所述第一步进电机安装在门型支架上，所述控制器与第一步进电机电连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一步进电机通过纵向调节机构安装在门型支架上，所述纵向调节机构包括丝杆、与丝杆配合的移动件和两块辅助夹板，两块辅助夹板分别相对固定在门型支架的横杆的顶部及底部，所述丝杆的两端与两块辅助夹板相接，所述第一步进电机安装在移动件上。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括至少两根用于连接两块辅助夹板的连接杆，所述连接杆分别位于门型支架的横杆的两侧，所述移动件上设有竖直通孔，所述连接杆贯穿竖直通孔。
作为上述技术方案的进一步改进，所述门型支架的横杆上设有滚动带和两个滚轮，所述辅助夹板与滚动带的外侧固接，所述滚动带安装在两个滚轮上，所述滚轮由第二步进电机驱动，所述控制器通过坐标编码器与第二步进电机电连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括底座，所述门型支架通过移动机构安装在底座上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述移动机构包括两条分别设置在底座两侧的皮带和用于驱动皮带转动的第三步进电机，所述门型支架的两支座分别固定在两条皮带上，所述门型支架的移动方向与门型支架的横杆垂直，所述控制器通过坐标编码器与第三步进电机电连接。
一种模拟昆虫连续侵害的方法，将叶片放置在针部的下方并固定，控制器驱使针部上下移动，针部以固定频率刺入叶片。
作为上述技术方案的进一步改进，针部在水平方向上沿直线轨迹往复运动，针部每水平移动1mm其对叶片刺入一次。
作为上述技术方案的进一步改进，针部在水平方向上沿矩形轨迹往复运动，针部每水平移动1mm其对叶片刺入一次。
作为上述技术方案的进一步改进，针部每刺入叶片10～30次后，针部暂停移动30～90s再继续移动。
本发明的有益效果是：本发明通过使针部以固定频率刺入叶片，且由控制器发出指令调控第一步进电机，更好地选择控制刺入的频率、时间等参数，以真实地模拟昆虫对叶片的侵害作用。本发明避免了人工操作在实验过程中会造成的误差，且更好地模拟了昆虫的取食习性，增加了模拟的真实性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中纵向调节机构的示意图；
图3是现有技术处理后的叶片的示意图；
图4是本发明经实施例三处理后的叶片的示意图；
图5是对照组与蝉侵害组中芳樟醇、合成基因一和合成基因二的含量的对比图；
图6是对照组、单一损伤组及连续损伤组中的芳樟醇、合成基因一和合成基因二的含量的对比图；
图7是对照组、单一损伤组、蝉侵害组及连续损伤组中的香叶醇的含量的对比图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1～图2，一种模拟昆虫连续侵害装置，其包括门型支架2、针部1、控制器和用于驱动针部1纵向移动的第一步进电机3，所述针部1固定在第一步进电机3的输出端，所述第一步进电机3安装在门型支架2上，所述控制器与第一步进电机3电连接。控制器包括高频变频装置、润滑器、冷却装置和编码器等。在控制器上设定针部1的刺入频率及运动时间后，控制器发出指令到第一步进电机3，使针部1以固定的频率纵向移动，对叶片作出刺入的动作。针部1对叶片的一固定位置重复刺入。另外，第一步进电机3的输出端设有外螺纹，针部1通过具有内螺纹的连接部与其相接，因此可实现更换直径不同的针部以更好地模拟昆虫的侵害，优选地，针部1的直径为0.5mm。
进一步作为优选的实施方式，所述第一步进电机3通过纵向调节机构安装在门型支架2上，所述纵向调节机构包括丝杆51、与丝杆51配合的移动件52和两块辅助夹板53，两块辅助夹板53分别相对固定在门型支架2的横杆的顶部及底部，所述丝杆51的两端与两块辅助夹板53相接，所述第一步进电机3安装在移动件52上。为调节针部1与叶片的距离，以达到更好的刺入效果，针部1的垂直高度可通过纵向调节机构调节。转动丝杆51，移动块52在纵向移动的同时带动第一步进电机3移动，从而调整了针部1的高度。丝杆51可通过人工或动力装置驱动，优选地，采用第四步进电机与丝杆51的一端相接，第四步进电机与控制器电连接，使用者通过在控制器上调试，即可控制第一步进电机3的高度，从而调节针部1与叶片的相对位置。
进一步作为优选的实施方式，还包括至少两根用于连接两块辅助夹板53的连接杆54，所述连接杆54分别位于门型支架2的横杆的两侧，所述移动件52上设有竖直通孔，所述连接杆54贯穿竖直通孔。由于连接杆54贯穿竖直通孔，因此移动件52被连接杆54限制自由度，只能作纵向移动。
进一步作为优选的实施方式，所述门型支架2的横杆上设有滚动带和两个滚轮，所述辅助夹板53与滚动带的外侧固接，所述滚动带安装在两个滚轮上，所述滚轮由第二步进电机4驱动，所述控制器通过坐标编码器与第二步进电机4电连接。第二步进电机4驱动滚轮转动，滚动带随之滚动，带动固定在滚动带上的纵向调节机构横向移动，从而针部1实现横向移动。
进一步作为优选的实施方式，还包括底座，所述门型支架2通过移动机构安装在底座上。为叶片能放置在更平整面以进行刺破，因此设置底座。
进一步作为优选的实施方式，所述移动机构包括两条分别设置在底座两侧的皮带和用于驱动皮带转动的第三步进电机，所述门型支架2的两支座分别固定在两条皮带上，所述门型支架2的移动方向与门型支架2的横杆垂直，所述控制器通过坐标编码器与第三步进电机电连接。第三步进电机在控制器的指令下，驱动皮带转动，从而带动整个门型支架2前后移动，针部1实现前后移动。通过在控制器及坐标编码器中输入简单的汇编程序，即可实现使针部1以一定的轨迹运动到目标坐标。
以下结合三个模拟小绿叶蝉对茶树叶片的侵害的优选实施例，对一种模拟昆虫连续侵害的方法进行详细的说明。
实施例一：
将叶片放置在针部1的下方，并采用透明胶等方式固定叶片的位置。通过控制器设定针部1的纵向运动模式如下：设定针部1以20次/min的频率刺入叶片，且针部1每连续刺入1min则停止暂停运动1min，然后再重复上一轮的刺入操作，如此类推，全过程持续12h。另外，为更好地模拟不同习性的昆虫的侵害习惯，针部1的刺入频率还可选择10次/min或30次/min，两***作之间的停顿时间也可选择30s或90s，全过程的持续时间选择范围为2h～24h。
实施例二：
在实施例一的基础上，令针部1在纵向运动刺入叶片的同时，也在水平方向上沿直线轨迹往复运动。针部1的纵向运动模式同实施例一，针部1在水平方向上的运动步骤如下：
a.针部1每刺入一次就向左移动1mm；
b.当针部1向左移动累计20mm后，针部1改变水平运动的方向，其每刺入一次就向右移动1mm；
c.当针部1返回到原点位置时，依次重复步骤a与步骤b，全过程持续12h。
实施例三：
在实施例一的基础上，令针部1在纵向运动刺入叶片的同时，也在水平方向上沿矩形轨迹往复运动。针部1的纵向运动模式同实施例一，针部1在水平方向上的运动步骤如下：
a.针部1每刺入一次就向左移动1mm；
b.当针部1向左移动累计20mm后，针部1改变水平运动的方向，其每刺入一次就向前移动1mm；
c.当针部1向前移动累计20mm后，针部1改变水平运动的方向，其每刺入一次就向左移动1mm；
d.当针部1向左移动累计20mm后，针部1改变水平运动的方向，其每刺入一次就向后移动1mm；
e.当针部1返回到原点位置时，依次重复步骤a～步骤d，全过程持续12h。
以下从两个角度表现本发明对叶片的侵害效果：
一、表型变化：
在上述实施例中，尤其是经过实施例二及实施例三的处理后，参照图4，作为样品的叶片上存在的昆虫侵害损伤不同于通过现有技术所模拟的昆虫侵害损伤。具体地，实施例一～三中的样品上为连续的不规则形状的损伤，损伤口中既有完全贯穿叶片的部分也有仅刺破叶片的部分，较真实地模拟了被昆虫侵害后的叶片损伤；而通过现有技术，参照图3，只可对叶片造成单一的圆形的损伤口。
二、挥发性物质及其基因表达检测：
连续损伤组：15片经实施例三处理过的茶树叶片；
对照组：15片未经任何处理的茶树叶片；
单一损伤组：15片直接用针刺破造成单一损伤的茶树叶；
蝉侵害组：用30只小绿叶蝉侵害15个健康的一芽三叶，处理时间为3天。
挥发性物质则是利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行测定分析。样品中芳樟醇的相对含量是芳樟醇的峰面积(m/z 71)与内标癸酸乙酯峰面积(m/z 88)的比值。样品中香叶醇的相对含量是香叶醇的峰面积(m/z 69)与内标癸酸乙酯峰面积(m/z 88)的比值。
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参照图5～图7，可知：连续损伤组中的叶片的芳樟醇与香叶醇的含量显著上升，同时相关的合成基因一、合成基因二的表达也明显上升，这与自然状态下被小绿叶蝉侵害茶树叶后是一致的。而利用现有技术中单一的机械损伤来模拟昆虫侵害的，即单一损伤组的叶片的芳樟醇与香叶醇的上升程度没那么显著，上升曲线较为平缓，合成基因一与合成基因二的表达也与蝉侵害组中的情况相差较大。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种模拟昆虫连续侵害装置，其特征在于：包括门型支架(2)、针部(1)、控制器和用于驱动针部(1)纵向移动的第一步进电机(3)，所述针部(1)固定在第一步进电机(3)的输出端，所述第一步进电机(3)安装在门型支架(2)上，所述控制器与第一步进电机(3)电连接，所述第一步进电机(3)通过纵向调节机构安装在门型支架(2)上，所述纵向调节机构包括丝杆(51)、与丝杆(51)配合的移动件(52)和两块辅助夹板(53)，两块辅助夹板(53)分别相对固定在门型支架(2)的横杆的顶部及底部，所述丝杆(51)的两端与两块辅助夹板(53)相接，所述第一步进电机(3)安装在移动件(52)上。
2.根据权利要求1所述的模拟昆虫连续侵害装置，其特征在于：还包括至少两根用于连接两块辅助夹板(53)的连接杆(54)，所述连接杆(54)分别位于门型支架(2)的横杆的两侧，所述移动件(52)上设有竖直通孔，所述连接杆(54)贯穿竖直通孔。
3.根据权利要求2所述的模拟昆虫连续侵害装置，其特征在于：所述门型支架(2)的横杆上设有滚动带和两个滚轮，所述辅助夹板(53)与滚动带的外侧固接，所述滚动带安装在两个滚轮上，所述滚轮由第二步进电机(4)驱动，所述控制器通过坐标编码器与第二步进电机(4)电连接。
4.根据权利要求1所述的模拟昆虫连续侵害装置，其特征在于：还包括底座，所述门型支架(2)通过移动机构安装在底座上。
5.根据权利要求4所述的模拟昆虫连续侵害装置，其特征在于：所述移动机构包括两条分别设置在底座两侧的皮带和用于驱动皮带转动的第三步进电机，所述门型支架(2)的两支座分别固定在两条皮带上，所述门型支架(2)的移动方向与门型支架(2)的横杆垂直，所述控制器通过坐标编码器与第三步进电机电连接。
6.一种模拟昆虫连续侵害的方法，其特征在于：使用如权利要求1～5中任一项所述的模拟昆虫连续侵害装置，将叶片放置在针部(1)的下方并固定，第一步进电机(3)驱使针部(1)上下移动，针部(1)以固定频率刺入叶片。
7.根据权利要求6所述的模拟昆虫连续侵害的方法，其特征在于：针部(1)在水平方向上沿直线轨迹往复运动，针部(1)每水平移动1mm其对叶片刺入一次。
8.根据权利要求6所述的模拟昆虫连续侵害的方法，其特征在于：针部(1)在水平方向上沿矩形轨迹往复运动，针部(1)每水平移动1mm其对叶片刺入一次。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的模拟昆虫连续侵害的方法，其特征在于：针部(1)每刺入叶片10～30次后，针部(1)暂停移动30～90s再继续移动。
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