实验用湿地植物根系分泌物连续收集装置和连续收集方法与流程

本发明涉及一种连续收集装置和连续收集方法，特别涉及实验用湿地植物根系分泌物连续收集装置和连续收集方法。

背景技术：

目前, 工、农业污染源造成的水体污染越来越严重, 水体综合治理与生态修复刻不容缓。人工湿地作为一种污水生态处理技术, 除污能力强, 基建和运行费用低, 维护管理方便, 耐冲击负荷, 广泛应用于分散式污水或微污染水体的污染控制与水质改善。

植物是人工湿地的重要组成部分, 不仅可直接吸收污染物质, 还为微生物提供巨大的附着表面, 同时利用自身光合作用为净化过程提供能量和载体。湿地植物根际是一个动态的微环境,不同湿地植物的根系分泌物及其对湿地微环境的影响逐渐成为研究热点。

植物根系深入土壤，起着固定、吸收、传导、分泌等多种生理功能。在生长中，根系既从土壤介质中摄取水分和营养元素，同时也不断分泌质子、无机离子以及大量的有机物质，这些物质和根组织的自然脱落物，人们往往将其统称为根系分泌物。有报道认为植物30%~60%的光合产物都转移到地下，除去部分用于构建植物自身根系外，40%~90%的光合产物以根系分泌物的形式释放到根际土壤中。根际微生物和根系分泌物关系密切，根际微生物以根系分泌物为能量源，通过改变根际营养状况、调节植物体内激素水平来改变植物内部的生理生化过程，进而影响根系分泌物的种类数量。

在科研工作中常常需要准确分析植物分泌物的种类，以分析其对植物根系微生物群落等影响。在分泌物提取的过程中，通常存在如下几个问题：提取时间过长，提取量较少，由于土壤环境较为复杂，收集的分泌液杂质较为复杂，在进行科学研究时如针对单一物质进行提取时，目前的研究中采用不同的填料、滤膜、树脂材料进行淋洗处理，以吸附中性、酸性、碱性的溶液。但是不难发现现有的操作中由于循环管路较窄，在使用过程中存在易堵、循环过滤较慢，填料滤膜跟换难等问题，且在进行规模较大的实验时较难实现。

现有的土培方式，需要能够接近植物自然生长的实际情况，且光照情况对植物根系分泌物的影响较大，不同植物的根系长度不一致且需要采集的根系土壤及分泌物的位置不同，植物所需要的营养、水分、温度、光照等环境因素均需要充分考虑。然而通过检索发现，申请号为201510522998.6和201310301381.2的中国发明专利申请文件中均有考虑到这类因素。但是同时综合考虑多项因素的系统设计较少。在实际应用过程中，研究人员通常会设计不同污染物协同下、或不同污染浓度协同下对植物分泌物的影响，设计调节不同的土壤低质或者因素条件。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有技术中不能同时考虑营养、水分、温度、光照等环境因素，为了解决本发明提供了一种来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实验用湿地植物根系分泌物连续收集装置，包括：生长箱，所述生长箱内设置有用于种植植物的土壤；过滤箱，设置在所述生长箱的下方，所述过滤箱内设置有滤料；灯架，设置在所述生长箱的上方，所述灯架上设有可调控的光源；喷淋装置，设置在所述生长箱和所述灯架之间；喷雾装置，设置在所述生长箱和所述灯架之间；循环装置，连通所述过滤箱和所述喷淋装置。

进一步地：所述过滤箱和生长箱之间设有第一阀门，所述过滤箱和所述喷淋装置之间设有第二阀门。

进一步地：所述生长箱内设置尼龙网或玻璃丝网，所述生长箱由若干个分箱体连接而成，相邻分箱体之间由隔板分离。

进一步地：所述喷淋装置包括喷淋器喷头，所述喷雾装置包括喷雾器。

进一步地：所述循环装置包括蠕动泵和软管，所述蠕动泵的进口通过所述软管和所述过滤箱的出口连通，所述蠕动泵的出口通过所述软管和所示喷淋器喷头的进口连通。

进一步地：所述生长箱的上端设置有隔板。

进一步地：所述生长箱的材质为棕色有机玻璃，所述生长箱的外部覆盖有可拉升掩体。

一种利用权利要求1所述连续收集装置进行连续收集的方法，具体操作步骤为：

S1、准备，对连续收集装置进行消毒灭菌处理，对待测的植物根系进行去离子水冲洗；

S2、培养，将待测的植物种植于生长箱中，通过喷淋装置提供给植物水分和养分，通过喷雾装置调节温度和湿度，通过光源调节光照条件；

S3、采集，将过滤箱中的滤料取出，通过有机溶剂对滤料进行冲洗得到分泌物，对分泌物分别进行蒸发和浓缩处理，得到待测物。

进一步地：培养过程中生长箱中土壤的饱水率为70%-80%，环境湿度为50%-70%RH。

进一步地：所述采集步骤中，所述蒸发通过旋转蒸发仪进行，所述浓缩通过氮吹仪进行，所述蒸发和浓缩的处理步骤是先通过旋转蒸发仪将分泌物低温旋蒸至10mL，再通过氮吹仪将分泌物氮吹浓缩至10μm。

本发明的有益效果是，本发明一种实验用湿地植物根系分泌物连续收集装置通过在生长箱上方设置多个调节不同环境因素的装置，在不扰动植物的正常生产状态的同时，调节不同环境因素，并且可以通过分箱体拼接的方式设计不同的栽培条件来进行实验，整个实验可调节范围大，所测得实验结果更具有价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明连续收集装置的结构示意图；

图2是生长箱的结构示意图；

图3是负离子模式下无Cd处理的离子流色谱图；

图4是负离子模式下1mg/kg Cd处理的离子流色谱图；

图5是负离子模式下30mg/kg Cd处理的离子流色谱图；

图6是正离子模式下无Cd处理的离子流色谱图；

图7是正离子模式下1mg/kg Cd处理的离子流色谱图；

图8是正离子模式下30mg/kg Cd处理的离子流色谱图。

图中1、光源，2、喷淋装置，3、喷雾装置，4、隔板，5、生长箱，6、可拉升掩体，7、尼龙网或玻璃丝网，8、第一阀门，9、过滤箱，10、循环装置，11、把手，12、刻度，13、遮光布，14、尼龙布盖板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

如图1所示，本发明提供了一种实验用湿地植物根系分泌物连续收集装置，包括：生长箱5，所述生长箱5内设置有用于种植植物的土壤；过滤箱9，设置在所述生长箱5的下方，所述过滤箱9内设置有滤料；灯架，设置在所述生长箱5的上方，所述灯架上设有可调控的光源1；喷淋装置2，设置在所述生长箱5和所述灯架之间；喷雾装置3，设置在所述生长箱5和所述灯架之间；循环装置10，连通所述过滤箱9和所述喷淋装置2。

所述灯架上设置的可调控的光源1，用来模拟日照辐射并确保光照时间，可以根据不同的光照辐射量进行光照的设置和调节，灯架下方设置有喷淋装置2和喷雾装置3，喷雾装置3用来培育所要实验植物的温度和环境湿度，喷淋装置2用来保证植物的营养养分，过滤箱9内的滤料吸附作用将所需的根系分泌物进行萃取分离，根据实验需求，可以选取不同的滤料；循环装置10一方面可以保证植物分泌物的顺利流出，另一方面循环装置10可以将过滤后多余的液体输送至喷淋装置2中，通过喷淋装置2进入植物生长箱5中进行循环。

在实验时，在生长箱5中种植湿地植物，通过此连续收集装置的系统设计形成闭合的循环，此连续收集装置可以根据实验条件设计光照时间、温度、湿度、养分和水分等各类条件，连续定量、定性地收集植物根系分泌物。

所述过滤箱9和生长箱5之间设有第一阀门8，所述过滤箱9和所述喷淋装置2之间设有第二阀门，过滤箱9通过第一阀门8和第二阀门接入到此连续收集装置中，上下两端可拆卸的连接，过滤箱9可以单独由此连续收集装置中取出，便于更换并可以避免重复污染。

所述生长箱5内设置尼龙网或玻璃丝网7，所述生长箱5由若干个分箱体连接而成，相邻分箱体之间由隔板4分离。通过此分离的设计，既可以设置不同的污染胁迫浓度，也可以设置不同生长因素，所述尼龙网或玻璃丝网7在生长箱5中的位置可以根据植物的根系具体长度进行调整，也可以根据实验设计需要进行调整。

所述喷淋装置2包括喷淋器喷头，所述喷雾装置3包括喷雾器，所述循环装置10包括蠕动泵和软管，所述蠕动泵的进口通过所述软管和所述过滤箱9的出口连通，所述蠕动泵的出口通过所述软管和所示喷淋器喷头的进口连通。蠕动泵可以保证植物分泌物的顺利流出，蠕动泵也可将过滤后多余的液体输送到喷淋器喷头中，通过喷淋器喷头将液体喷淋到生长箱5中。

所述生长箱5的上端设置有隔板4，所述生长箱5的材质为棕色有机玻璃，所述生长箱5的外部覆盖有可拉升掩体6，这样的生长箱5可以根据实验需求调整整个装置的光照条件。

具体实施例为：

选取典型的湿地植物香蒲作为实验植物，香蒲根部成熟，叶片数目为5-7片，植株高度为50-60cm，将其种植于生长箱5中，生长箱5内为镉染毒土壤，染毒浓度分别为0、1、5、10、30mg/kg干土，采用CdCl2•2.5H2O水溶液进行染毒。将染毒后土壤进行饱水配比，饱水率配为75%，种植香蒲，模拟植物生长期最为旺盛的日照辐射进行光照设置，确保光照辐射量为159.2W/m2，喷雾装置3一直保持开启状态，确保环境湿度为50-70%RH，喷淋装置2每天使用2次，进行水分补给，确保土壤饱水率。

如图2所示，生长箱5尺寸为20×20×40cm，方体，内部装有染毒土壤，土壤底部为尼龙布盖板14，生长箱5上有隔断，尼龙布盖板14可根据植物根系长度进行防治，盖板有把手11，用于提拉盖板，方便清洗、更换。

生长箱5由棕色有机玻璃制，生长箱上5设有刻度12，外部覆盖遮光布13，可做避光设置。底部设置液体流出孔，液体经软管流出至过滤箱9，软管与过滤箱9连接处有可拆卸阀门可将过滤箱9直接装卸，过滤箱9尺寸为8×8×20cm，内部装填XAD-2型选择性吸附树脂，液体向下渗流的过程中将根系分泌物向下淋洗，使根系分泌物在过滤箱9中被不断富集。过滤箱9底部也装可拆卸阀门，出水结束后，可将过滤箱9直接拆卸，用去离子水和甲醇淋洗得到根系分泌物。

将得到的根系分泌物经旋转蒸发仪低温旋蒸至10mL，后经氮吹仪氮吹浓缩至10μm，上机检测。

经LC-MS检测，经过本装置收集的分泌物共鉴定出正模式62、负模式100种化合物，包括蔗糖、棉籽糖、葡萄糖胺等糖类及衍生物，苯丙氨酸、丝氨酸等氨基酸，麦芽糖醇、核糖醇等糖醇；乙酰乙酸、琥珀酸、柠苹酸等有机酸，十九烷酸、硬脂酸、花生四烯酸等脂肪酸及磷酯类物质。香蒲植物根系物的LC-MS总离子流色谱图见图3至图8。

从图3至图8可见，在正负离子模式下，不同Cd浓度处理下香蒲根系分泌物的色谱峰存在显著变化，随着Cd浓度的增加，色谱峰个数明显减少，同时，峰高和峰面积也随之降低。30mg/kg Cd处理下的根系分泌物色谱峰个数最少，基线较平稳。推测不同Cd浓度处理下根系分泌物的组成或含量存在差异。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。