中国科学院地球化学研究所2025年5月9日报道，该所环境地球化学国家重点实验室吴沿友研究员课题组，经十余年研究，创新突破能量存储转换与物质运输代谢耦合难题，成果集成于科学出版社专著《植物电生理信息检测原理及应用》（ISBN 978-7-03-077462-0）。
 
该书分八章。第一章，阐述植物电信号及电学特征，探讨植物电生理信息检测技术。第二章，研究植物电生理信息对水分变化的响应，探讨了植物电生理信息表征水分状况的原理及技术。第三章，研究植物对低营养的响应，探讨植物的主动和被动转输能力的定量检测，以及植物耐低营养能力和营养利用效率的检测方法。第四章，研究植物对盐分逆境的响应，探索植物电生理信息对植物抗盐能力的表征以及植物电生理信息在盐水灌溉中的应用。第五章，研究了植物电生理对病害的响应；探索植物电生理信息在植物抗病能力检测中的应用。第六章，研究植物对pH的响应，探索基于植物电生理信息的植物耐酸碱能力的检测。第七章，研究电生理信号的昼夜节律表征植物的适应性方法，探讨植物电生理信息对植物健康及适应性的表征。第八章，探讨了植物电生理信息测定的科学意义及其在学科发展中的作用，展望了植物电生理学的研究前景。 报道说，生物体内的物理过程和化学反应相互作用塑造了生命的壮丽辉煌。细胞是一个兼具电感和电阻特性的电容器。这些电子元件在细胞内进行能量储存与转换，驱动着生物代谢。将细胞中这些电子元件的能量储存与转换过程与物质运转和代谢过程偶联起来，对物理学家和生物学家来说都是一个巨大的挑战。目前，尽管一些研究人员使用电学传感器甚至膜片钳技术获取植物电信号，但这些植物电信号只能反映植物水分和养分的即时状态信息，既不能表征水分和营养动力学过程，也不能偶联能量储存和转换过程与物质运转和代谢过程。

吴沿友研究员带领十八位硕士、六位博士和三位博士后，通过10余年潜心研究与探索，经大量实验与理论推导证实（在国际重要期刊上发表30余篇论文，发表了25篇硕士博士论文，授权了30余件国家发明专利），植物内基于电子能的内能变化量可表征生命活动过程。首创基于热力学方程的感算一体技术，发明了植物生命分析仪，实现对细胞内能量变化的实时监测分析，建立50余项细胞调控动力学指标，系统解析植物生长发育及功能形成的生命过程机制，创新地解决了能量存储转换与物质运输代谢耦合难题。

为什么说解决了能量存储转换与物质运输代谢耦合问题，就为认识植物生命活动规律打开了新窗口呢？那是因为能量存储转换是生命活动的驱动力和核心过程。林肯 泰兹（Lincoln Taiz）在《植物生理学》（第六版）中指出，能量生产与运输能力，既是植物的核心生命功能，也是基因表达的一种结果（图一）。


也就是说，能量与资源持续在植物不同组织之间的流动是植物生理过程的重要组成部分（图二），这个意义上讲，细胞能量与资源代谢过程是植物基因池的基因表达成性状的必经之路（图三）。
 
这里的核心概念是，在众环境因子的驱动与胁迫下，植物基因池的基因在植物生命过程中的表达是持续波动的（图四）。那么，如果能够实时监测能量和资源在代谢网络中的流动能力，就可以追溯植物运行活动中包括基因表达在内的分子生物学调控机制（图五）。


植物生命分析仪能够测量与表征能量与资源五大类50余个流动性能力指标（图六），这五大类50余个流动性能力指标可以帮助科学家追溯环境与基因互作的分子机制，以及可预测基因表达与性状形成的情况（图七）。例如，植物生命分析仪可以为基因表达和生物育种新增细胞生物学测试路径与工具（图八），可以帮助科学家系统解析植物生长发育及功能形成的生命过程机制，为科学家认识植物生命活动规律打开了新窗口（图九）。


植物生命分析仪构建了全球首个植物过程和能量动态实时大数据平台。该平台为科研工作者提供以下核心功能服务：1）植物生命活动监测系统：通过实时、无损的在线监测技术，动态获取植物生理活动与能量转化数据。2）生理状态智能分析：基于多维数据构建评估模型，系统性解析植物健康水平、生长动态及代谢特征。3）植物机理数字化解析：构建基因表达、细胞代谢与植株形态的关联模型，实现不同层级（基因-细胞-植株）生长调控机制的可视化定量研究。4）科研应用支撑平台：为分子育种、精准农业及植物生理调控研究提供智能化分析工具与数据支持。5）农业实践优化方案：通过育种过程可视化、智能栽培决策系统及生态环境监测网络的集成应用，提升作物生产效率与资源利用精度，推动农业可持续发展。

植物生命分析仪已经在油菜病害监测，水稻虫害与修复实时监测，小麦多品种全生命周期高产性、抗旱性和适应性在线测评，大豆品种高产性、优质性和抗盐性在线测评，玉米抗逆性测评，以及石斛、白及等中药材高产性、抗旱性和适应性在线测评等作物生命信息在线感知领域进行了一系列开创性研究。

植物生命分析仪在中国农业大学、西北农林大学、中国科学院地球化学研究所、中国科学院东北地理与生态研究所、云南大学、贵州大学、江苏大学、江苏省农业科学院、贵州省农业科学院、泉州市农业科学院、邢台市农业科学院等单位得到良好应用。
 
植物生命分析仪通过实时监测能量与资源的动态流动，为揭示植物生长发育、环境适应及基因表达调控的分子机制提供了全新的技术手段。这一突破不仅深化了我们对植物生命活动规律的理解，也为分子育种、精准农业及可持续农业发展注入了新的动力。未来，随着植物生命分析仪及其大数据平台的进一步优化与推广，其在全球农业科研与生产中的应用前景将更加广阔。它将助力科学家和农业从业者更精准地应对气候变化、资源短缺等挑战，推动农业向智能化、绿色化方向迈进，为全球粮食安全和生态环境保护贡献中国智慧与力量。这一创新成果的诞生，标志着植物电生理学研究迈向新高度，也为人类探索生命奥秘、实现农业现代化开辟了崭新篇章。