一种蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定的方法与流程

本发明属于植物苗期根部发育研究，尤其涉及一种蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定的方法。

背景技术：

1、植物根部是植物的营养器官，具有固着和支持植物体，以及营养物质吸收、运输和分配储藏等作用。长期以来，植物根部因为位于地下而被人们忽视，对根部生长发育的研究远落后于地上部分。同时，由于不同的土壤和环境条件对根系生长发育的影响极大，也会导致根系研究的滞后性和不确定性。

2、作物苗期对生长状况对后期生长及产量等具有决定性作用，而作物整个生长周期内面临着大量的逆境胁迫，比如干旱、湿涝、缺肥、病害等，根部的生长发育状况对地上部的营养健康状况具有决定性的作用。对于砧木种质资源的精准鉴定，品种的选育及嫁接机理的研究而言，苗期根部的研究尤为重要。传统的苗期根系逆境胁迫研究主要通过培养皿、发芽袋、盆栽、ct扫描等方法进行，但是，上述方法在根系研究中均存在一定的缺陷。首先，培养皿和发芽袋主要采用培养基或营养液等物质作为根部的发育环境，与植物根系实际的生长环境差异较大，影响研究结果的准确性。其次，采用盆栽研究，其土培时需要洗根，容易导致根的损伤及观测的不连续性；水培时用营养液，对根型构成及根系发育影响较大。最后，虽然ct扫描法可以观察到植物根型的连续整体变化，但对根系的颜色及根部病害发生状态等难以观察，存在成本较高，且存在健康安全风险、操作门槛高，对研究场所要求较高，难以大范围普及。

3、目前对于作物根部逆境胁迫处理及鉴定对人工依赖较大，且较实际存在一定差异，例如水分胁迫需要人工浇水难以定量，肥料控制主要是单次的盈缺后的逐渐减少，根部病害难以考察过程性、连续性表现。同时，根部水肥药等复合处理鉴定较难开展，且难以持续性进行胁迫处理鉴定。

技术实现思路

1、针对现有根系生长发育研究方法存在的缺陷，本发明提供一种蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定的方法，该方法中通过低成本的简易装置即可模拟蔬果类作物苗期的生长环境，进行根部持续性或定期的单一或复合逆境胁迫鉴定的研究。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定的方法，包括如下步骤：

4、(1)根鉴定研究用装置的组装

5、所述根鉴定研究用装置，包括匹配设置的根部生长观察容器、加料模组、容器支架、收料盘和观察装置；

6、所述根部生长观察容器为透明的长方体扁桶形结构，包括第一长侧壁、第一短侧壁、第二长侧壁、第二短侧壁和容器底板；所述第一短侧壁和所述第二短侧壁相对设置且宽度相等，所述第一短侧壁和所述第二短侧壁的宽度分别为1-3cm；所述第一长侧壁和所述第二长侧壁相对设置且宽度相等，所述第一长侧壁和第二长侧壁的宽度分别为10-80cm；所述第一长侧壁的外侧可拆卸的设置有不透明遮挡层，所述第二长侧壁上设置有标尺，所述第二长侧壁为上侧边和下侧边分别设有1组通过卡夹与上下侧边连接的可左右滑动的长度及角度测量标尺，所述第二长侧壁的外侧设置有观察装置；所述容器底板上设置有多个底孔；

7、所述加料模组，包括软管以及软管上依次设置的过滤阀、浇水器、止回阀、三通和出水头；所述出水头端设置于所述根部生长观察容器内；

8、将所述根部生长观察容器的第一长侧壁、第一短侧壁、第二长侧壁、第二短侧壁和容器底板组装为长方体扁桶形结构的根部生长观察容器；将所述加料模组的过滤阀、浇水器、止回阀、三通、出水头依次与软管连接，并将出水头设置于所述根部生长观察器内；在所述第一长侧壁的外侧放置所述观察装置；

9、(2)生长介质填充

10、将生长介质填充至步骤(1)中安装好后的根部生长观察容器内；

11、(3)育苗定植

12、在步骤(2)填充了生长介质后，在根部生长观察容器内生长介质上表面进行挖孔，将用于逆境胁迫鉴定的蔬果类作物种子胚根朝下播种，然后盖上生长介质；

13、(4)植株生长管理

14、将所述根部生长观察容器放置于所述容器支架，所述容器支架下方对应所述底孔位置设置有所述收料盘；在加料模组的浇水器端加入水，并根据逆境胁迫鉴定研究需要加入胁迫因子；将加料模组的出水头插入生长介质中，所述出水头设置于蔬果类作物种子周边或两粒种子之间；通过加料模组进行水、肥、菌的逆境胁迫因子的添加和生长管理；

15、(5)植株根部及整体生长发育观察

16、通过设置于所述第二长侧壁外侧的所述观察装置对植物根部进行拍摄记录和观察；并且通过第一长侧壁外侧的不透明遮挡层打开进行观察和记录，可比对暴露外部光线的根发育与未暴露外部光线的根发育的差异；通过观察和记录蔬果类作物根部逆境胁迫的拍照结果和数据，进行蔬果类作物根部逆境胁迫鉴定。

17、优选的，在步骤(1)中：

18、所述根部生长观察容器采用透明塑料板制备获得。

19、进一步优选的，所述根部生长观察容器的一种具体组装方式为：将5mm厚、10-80cm宽的第一、第二长侧板透明塑料板，5mm厚、1-3cm宽的第一、第二短侧板透明塑料板，和5mm厚的底板进行胶连成长方体扁桶形结构。

20、所述底孔优选为直径为1cm的孔；进一步优选的，所述底孔为3-8个；所述底孔用于流出多余的水分，所述收料盘用于收集所述底孔流出的多余水分。

21、进一步优选的，所述容器底板上设置有一推拉板，可调节底孔大小及开闭。

22、进一步优选的，所述根部生长观察容器还包括纱网，所述纱网黏贴覆盖于所述容器底板内侧，与所述底孔相匹配，用于阻挡沙土流失。所述纱网优选为800目纱网。

23、所述不透明遮挡层为不透光的纸、布或者板中的至少一种。所述不透明遮挡层能够使第一长侧壁一侧的作物根避免光线照射，并且在需要观察第一长侧壁一侧的作物根生长情况时，只需要拆下不透明遮挡层即可观察、拍照或摄像，并不影响根部的自然生长状态。

24、所述软管内径与所述过滤阀、浇水器、止回阀、三通和出水头的部件接头相适配。

25、所述出水头设置于所述根部生长观察器高度的三分之一处。所述出水头中部管道为螺旋形结构，所述出水头的螺旋性结构上设置有多个螺旋形出水孔，多个出水孔及螺旋形的设置均能够有效减缓水流速度，降低水对生长介质冲击力，以减少水流对周围根部的伤害以及对生长介质冲刷形成空洞。

26、所述观察装置包括用于摄像、拍照或观察的装置中的至少一种。可以为固定式或移动式的拍照或摄像设备。所述观察装置还包括测量光合等生理作用的叶绿素荧光成像、远红外成像等监测、成像仪器等，用以考察生理及表型动态表现。当观察装置数量多时可安装自动导轨，循环定时拍摄、监测；也可结合网络设备，用于远程控制、考察，获取信息及改变研究方法等。

27、优选的，在步骤(2)中：

28、所述生长介质为育苗基质、沙土、砂石或农田土中的至少一种；所用的生长介质根据根部逆境胁迫实验的需要添加相应的胁迫因子，所述胁迫因子包括高盐、高碱或水肥盈缺等胁迫因子中的至少一种。

29、进一步优选的，所述生长介质按常规育苗标准用水拌后再进行根部生长观察容器内的填充。更进一步优选的，填充至根部生长观察容器的六分之五处。

30、优选的，在步骤(3)中：

31、所述蔬果类作物种子在播种前进行浸种催芽处理。

32、进一步优选的，所述播种时可播种两种或两种以上不同作物的种子，用于研究作物间在逆境胁迫过程中的根部相互影响关系；由于在逆境胁迫作用下物种间的根部相互作用，在传统的根部观察过程中，存在将植物根部从生长介质中取出后观察的缺陷，难以实时观察物种间根部在生长过程中的相互影响过程，因此，采用本发明中的根部生长观察容器及其鉴定方法，能够实现实时观察作物之间根部在逆境胁迫下的相互影响及整个根部发育过程；对于蔬果类作物根部逆境胁迫条件下物种间的相互作用研究具有重要意义。

33、优选的，在步骤(4)中：

34、所述胁迫因子为高盐、高碱或水肥盈缺等胁迫因子中的至少一种；所述胁迫因子需要与水混溶进行灌溉的，就与水一起加入到浇水器中进行混合后进行加料，所述胁迫因子不需要与水混溶进行灌溉的，就可以单独施加胁迫因子。进一步优选的，在加入水的过程中，可同时加入水、肥、药；按照研究目的仅插入水分的出水头，或水肥药两个或三个合并的出水头或水、肥、药独立的出水头。

35、所述生长管理，具体为按照作物生长规律或研究目的进行水、营养(肥料)、药、光照、温度的处理，需要的水、肥、药通过出水头施用；光照和温度通过生长环境控制。

36、进一步优选的，根据研究需要，每个根部生长观察容器可以根据需要连接1个仅加水的出水头或水肥药不同的多个出水头。同时，每个加料模组可以连接1个生长观察容器或多个生长观察容器，但需保证每个试验同一处理的不同材料分配的加水设备分配容量相同。可通过网络远程控制浇水(或肥、药)单独的时长、频率及流量或水肥药不同组合的模式，同时可根据试验设计设置自动的浇水模式。

37、优选的，在步骤(5)中：

38、所述根部逆境胁迫鉴定，通过考察植株地上部和地下根部表型、生理生化的指标，结合生长过程中拍照和成像获得的图像数据，进行蔬果类作物根部逆境胁迫鉴定。

39、本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下的有益效果：

40、1.本发明针对现有蔬果类作物根系逆境胁迫鉴定研究方法存在的缺陷，通过应用低成本的简易装置(根部生长观察容器和加料模组)可模拟实际蔬果类作物的生长环境，进行远程自动化的水、肥、药等各种单独或复合逆境胁迫鉴定，包括不同胁迫因子定时或不定时的同时持续性处理、间隔不同时长处理、不同顺序处理以及不同强度处理等，并可进行根部或根部与地上部同时对逆境胁迫响应的连续性远程观察研究，用于栽培技术研究、种质资源评价鉴定、品种选育、生理生化研究等。

41、2.本发明中研究方法所用的根部生长观察容器，通过透明的一侧以及1-3cm的容器间隙，可更好的实现对其中种植的蔬果类作物的根部生长发育进行全面观察，并且不需要对根进行损伤；同时通过不透明一侧(第一长侧壁的外侧可拆卸的设置有不透明遮挡层)的不透明遮挡层的拆装实现根部无光线生长的最佳还原状态，并且可以随时取下不透明遮挡层进行观察和记录、以及与另一侧透明状态的比对；根生长观察容器内可填充各种生长介质，可研究各类生长介质以及生长介质紧实度等条件对蔬果类作物苗期根部生长发育的影响，以及生长介质与水肥药等胁迫环境的协同互作作用；可通过生长介质中微生物、病原菌等设计，研究观察其对根发育的影响，观察分析根部病虫害发生全过程的表观及生理表现。

42、3.本发明的蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定研究方法，可以通过在生长观察容器种植两种或多种不同作物或不同品种，用于物种间或种内品种间互相作用研究，并且通过根生长观察容器对物种间苗期互作进行持续观察研究，对根部实时观察研究具有重要价值。

43、4.本发明的蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定研究方法，通过生长容器的组合和拆解，可获得不同胁迫阶段的根系完整标本，可用于根系发育的教学、科普、研究，具有较好的实用性和经济推广价值。

44、5.本发明的蔬果类作物苗期根部逆境胁迫鉴定研究方法，通过远程化、自动化的添加水肥药等，同时结合网络化设备，连接自动化导轨及检测、拍照、摄像等设备，实现数据的自动化、精准化获取，实现高通量的根部逆境胁迫鉴定，可节约大量人工，同时可提高精准度，减少人为误差。