一种用于监测室内培养植物根系生长的方法与流程

本发明属于植物研究领域，涉及一种用于监测室内培养植物根系生长的方法。

背景技术：

根系是植物体的重要的功能器官，不仅为植物的生长提供支撑，而且具有吸收、运输水分和无机盐的功能，是联系植物体和土壤的通道。细根在生态系统物质和能量循环中起着重要的作用。在森林生态系统中，20％～80％的净生产力由细根生长贡献，而且细根也是碳循环的重要组成部分。根系的呼吸、生产、分解和周转受二氧化碳浓度升高、温室效应以及氮沉降的影响，进而影响全球生态系统的物质循环。因此，根系研究受到广泛重视，各国科研人员对不同植物根系的分枝结构、形态、生物量等方面都开展了大量工作。

在植物生长研究中，人们长期以来关注地上部分的动态，而忽略地下根系的研究。这主要是由于根系生长在土壤里，造成采样困难。因此，传统的研究方法多以挖掘为主。土芯法(sequentialcore)即利用根钻等工具挖掘一定体积的土壤，从而获得里面的根系。胡小宁等(2010)采用内径6.8cm根钻在黄土高原地区挖掘最深2m的刺槐根系。achat(2008)等采用挖槽(10cm×10cm)和土芯的方法，研究了松树(pinuspinaster)样地80cm根系垂直分布特征，认为采用挖槽的办法可以降低采用误差。

在土芯法的基础上，研究人员常用内生长法(ingrowthcore)来动态研究根系的生长过程。刘金梁等(2009)采用此方法，利用根钻钻取土样后，将土样中的根系清理出来，然后填回，于第二年在同一地点取样，从而评价施肥对水曲柳(fraxinusmandshurica)和落叶松(larixgmelinii)细根生长的影响。ostonen等(2005)发现采用内生长法所获得的挪威云杉(piceaabies)细根年净初级生产力只有土钻法的38.5％。由于填回的土壤改变了原有土壤的性质，质地更松软，保水性强，透气性强，有利于根系生长。为避免这一问题，lukac和godbold(2001)采用尼龙网包裹同样质地的土壤作为土芯，每次更换土芯，从而获得一定时间间隔内细根的生长量。

生物量法(挖掘法、根钻法、内生长法)简单快捷、成本低，是研究根系生产力和周转的常用方法。采用根钻法时，研究误差较大，采样过程中受地形地貌的影响，而且对于根钻的规格没有统一的标准，在采样过程中，有时会出现无细根的情况(甘卓亭和刘文兆2008；desilvaetal.1999)。采用内生长法研究根系生长速率时，不仅回填的土壤理化性质改变，而且根系受到破坏，生长状况改变。

近年来，微根管技术大量应用在根系研究中。该技术最早源于上个世纪四十年代，研究者在土壤中埋入透明塑料或玻璃，用于观察根系在其表面的生长。随着光电子技术的发展，该方法得到改进，可以采用摄像头对贴附于管道外壁的根系扫描，通过监视器或录影带实时记录，形成的根系全息影像用于数据分析。史建伟等(2007)采用微根管技术对水曲柳和落叶松细根生长研究发现，落叶松细根年生长量(0.94mm·cm-2)和年死亡量(0.72mm·cm-2)明显低于水曲柳(1.52mm·cm-2和1.21mm·cm-2)。noguchietal.(2011)采用微根管技术研究疏伐对日本扁柏细根生产力的影响，发现35％疏伐强度降低直径小于1mm的细根年生产力15.9％。

微根管法是一种非破坏性观察，能够直观监测根系的生长状况，已经被广泛应用在野外调查以及大田实验中，而其在室内的研究开展较少。室内定量控制实验是需要在水分和温度相对稳定的室内，通过在培养基中进行盐、干旱或施肥等处理，进而观察植物根系在不同土壤条件下的生长状态。与大田实验相比，此类实验可以获得更加准确的数据，阐明植物根系生长机理，在科学研究中具有重要的意义。另一方面，在农作物、蔬菜、苗木等品种设施栽培中，也需要对其根系实时监测，以便确定和调节其水肥供应。然而，由于缺乏合适的测量装置和合理的测量方法，在室内环境下植物根系的测量一直困扰研究者。因此，设计一种可用于室内进行的、简便的植物根系生长监测方法，对根系研究和农业生产都具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种用于监测室内培养植物根系生长的方法，通过该方法可以在室内条件下，控制土壤条件并观察植物根系生长状况。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于监测室内培养植物根系生长的方法，包括以下步骤：

①选取泡沫塑料箱和pc透明管，pc透明管一侧封闭，一侧开口；

②在泡沫塑料箱一侧面开两个圆形孔，其孔径与pc透明管外径相同，将pc透明管由封闭端向内水平放进泡沫塑料箱体侧面的两圆形孔处，并将封闭端固定在对侧；

③将pc透明管开口端伸出箱体的部分封闭，使管内透光率接近0；

④泡沫塑料箱箱体底部沿对角线开设多个透水孔；

⑤在泡沫塑料箱内倒入蛭石或沙土作为培养基质，覆土深度高于箱内pc透明管；

⑥将所测植物种子或繁殖体植于培养箱中，培养1～2月，待形成的根系贴近pc透明管外侧生长时，即可进行观察。

所述泡沫塑料箱为可发性聚苯乙烯材质，箱体外径长350～780cm、宽270～550cm、高200～350cm、壁厚13～25mm。

所述pc透明管长70～100cm、壁厚4～5mm、内径70～80mm、外径75～85mm。

所述在泡沫塑料箱体一侧面制有的两个圆形孔中心相距大于100mm、距离泡沫塑料箱体底部1/4～2/3，孔径为75～85mm。

所述pc透明管开口端伸出泡沫塑料箱体的部分缠绕4～5层黑色胶布，使其管内透光率接近0。

所述泡沫塑料箱体底部沿对角线开设3～5mm透水孔5个。

所述泡沫塑料箱体内倒入蛭石或沙土作为培养基质，覆土深度高于箱内pc透明管以上10～20cm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

①采用本发明方法在室内条件下，即可控制土壤(培养基质)的理化性质，从而观察对植物根系生长的影响。

②本发明通过在泡沫塑料箱和pc透明管组成的容器中加入培养基质，并通过施加盐、水分或施肥等措施改变土壤性质，定期观察容器中幼苗根系的长度、直径、表面积等生长指标，不会对植株造成损伤，简便直观，可长期监测。

③本发明可广泛应用在控制实验以及设施农业栽培研究中。

附图说明：

图1是泡沫塑料箱和pc透明管的安装图；

图2是泡沫塑料箱的侧视图；

图3是本发明的使用状态图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例来对本发明作详细的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种用于监测室内培养植物根系生长的方法，包括以下步骤：

1、选取可发性聚苯乙烯材质的泡沫塑料箱1，箱体外径长570cm、宽424cm、高296cm、壁厚25mm；选取高硬强度耐酸碱聚碳酸酯pc透明管2，一侧封闭，一侧开口，管长70cm，壁厚4mm，内径70mm，外径74mm，如图1、2所示。

2、在泡沫塑料箱体一侧面开两个圆形孔3，圆形孔中心相距141mm，距离泡沫塑料箱体底部111cm，孔径大小为70mm(与pc管外径大小一致)。

3、将pc透明管由封闭端向内水平放进泡沫塑料箱体侧面的两圆形孔处，将封闭端用强力胶固定在对侧，如图1、2所示。

4、用黑色胶布4将pc透明管开口端伸出泡沫塑料箱体的部分缠绕5层，使其管内透光率接近0，如图1、2所示。

5、在泡沫塑料箱体底部沿对角线开设3mm透水孔5个。

6、在泡沫塑料箱体内倒入6kg蛭石，作为培养基质，覆土深度高于箱内pc管以上20cm。

7、将所测植物种子或繁殖体植于培养箱中，培养1～2月，待形成的根系贴近pc透明管外侧生长时，即可进行观察，如图3所示。

下面设计具体的使用本发明方法的对比实验，来说明本方法的监测效果：

[实验设计]

将12gnacl配置成300ml溶液，倒入处理组的培养箱中，拌匀使基质中nacl含量达到0.2％，重复3个；另取3个培养箱作为对照，加入300ml蒸馏水。每日采用称重法，补充蒸发散失的水分(箱体流出的多余水分返还培养箱以保持盐胁迫浓度稳定)。

将刺槐种子均匀撒播于培养箱中，培养1～2月，当幼苗根系贴近pc透明管外侧生长时，即可进行观察。

使用ci600根系扫描仪分别在培养30天和90天时，逐一扫描各pc透明管，获得影像资料，采用winrhizo根系分析软件对图像分析，获得根系长度、直径、表面积、体积、根尖数量等生长数据。

表1根系生长指标

以耐盐植物刺槐为例，使用上述室内测定植物根系的方法，探究0.2％nacl胁迫对其根系的影响。在胁迫30天时，与对照相比，0.2％nacl处理下刺槐根系的总长度减少了35.7％，投影面积、总表面积、平均直径、根系体积以及根尖数量分别增加了3.8％、3.9％、61.7％、86.9％和14.2％；在胁迫90天时，与对照相比，0.2％nacl处理下刺槐根系的总长度减少了2.7％，投影面积、总表面积、平均直径、根系体积以及根尖数量分别增加了3.9％、3.9％、6.9％、9.5％和3.7％。说明盐胁迫使根系直径增加、长度增长量下降，根系形态逐渐趋向短而粗，表面积和体积增加，有利于吸收更多的水分。随着胁迫时间的延长，根系逐渐适应土壤的盐环境，根系生长逐渐恢复，与30天相比，培养90天时，处理组与照组差异减小。

该实验表明，通过使用设计的特殊的幼苗培养装置和根系测定方法，可以精确控制培养基质中的盐分、水分以及肥性等特性，并在无损伤的情况下，实时监测根系的生长状态，测定根系长度、直径、表面积、体积、根尖数量等指标，方法简便直观，数据准确可靠，解决了控制实验中根系研究和设施农业生长中根系监测的难题，具有较大应用前景。