طراحی و توسعه سامانه نئوماتیک خودکار برای اندازه‌گیری حفره‌زایی آوند در گیاهان

یکی از مشکلات اصلی در سامانه انتقال آب در گیاهان حفره‌زایی یا تشکیل حباب‌های هوا در آوند است، که باعث کاهش ظرفیت انتقال و آسیب به گیاه می‌گردد. این پدیده به دلیل عواملی مانند تنش خشکی، انجماد یا آسیب‌های فیزیکی رخ می‌دهد و معمولاً اندازه‌گیری آن به روش‌های زمان‌بر و نیازمند نمونه‌های متعدد انجام می‌شود. در این تحقیق، یک سامانه خودکار نئوماتیک برای اندازه‌گیری حفره‌زایی طراحی و ساخته شد که شامل مدار الکترونیکی، حسگر فشار، پمپ خلا و اتصالات نئوماتیک بود. این سامانه با اعمال فشار منفی به گیاه و اندازه‌گیری پتانسیل برگ با استفاده از دستگاه سایکرومتر، پاسخ آوندها را ثبت می‌کند. ترکیب این سامانه با دستگاه‌های قابل‌حمل اندازه‌گیری پتانسیل آب برگ، یک سامانه کاملاً خودکار را برای دستیابی به منحنی‌های آسیب‌پذیری دقیق، چه در شرایط آزمایشگاهی و چه در محیط مزرعه، ارائه می‌دهد. برای ارزیابی دستگاه، آزمایش‌هایی بر روی هفت نمونه از ژنوتیپ گردوی خوشه‌ای مشهد و هفت نمونه از ژنوتیپ گردوی ایرانی با سه تکرار انجام شد. نتایج نشان داد که ژنوتیپ خوشه‌ای مشهد مقاومت بیشتری در برابر حفره‌زایی نسبت به گردوی ایرانی دارد.  سامانه نئوماتیک توسعه‌یافته توانست به‌صورت کارآمد منحنی‌های آسیب‌پذیری را اندازه‌گیری کرده و امکان مقایسه نمونه‌ها را در شرایط آزمایشگاهی و مزرعه‌ای فراهم آورد. این سامانه به‌عنوان ابزاری دقیق و سریع، می‌تواند در پژوهش‌های مرتبط با بهبود ویژگی‌های فیزیولوژیک گیاهان کاربرد گسترده‌ای داشته باشد و امکان اندازه‌گیری چندین نمونه یا اندام گیاهی مختلف (مانند ریشه، ساقه و برگ) و مقایسه آن‌ها را در سطح نمونه فراهم ‌کند.

design and development of an automated pneumatic system for measuring xylem cavitation in plants

cavitation, which involves the formation of air bubbles in plant xylem, significantly impairs water transport, affecting a plant’s ability to move water effectively. this phenomenon is primarily caused by water vapor, air intrusion, and is often exacerbated by drought conditions in summer, freezing temperatures in winter, and physical damage to the plant. traditional methods for measuring cavitation are labor-intensive and require extensive laboratory sampling. this study presents an automated pneumatic system designed to directly measure cavitation resistance in plant xylem. the system includes an electronic circuit, a pressure sensor, a vacuum pump, and pneumatic connections, enabling it to evaluate the plant’s response to negative pressure, with leaf potential assessed using a psychrometer. we conducted tests on seven samples each of the mashhad walnut cluster genotype and the iran walnut genotype, with three replicates for each. the system successfully generated vulnerability curves and compared plant samples under both laboratory and field conditions. results indicated that the mashhad cluster walnut genotype demonstrated greater cavitation resistance compared to the iranian walnut genotype. these findings highlight the pneumatic system’s efficiency and speed in assessing pore resistance in plants, contributing significantly to research aimed at improving plant water transport systems and physiological performance, making it a valuable tool for both laboratory and field studies in plant physiology.