[發明專利]一種用于監測室內培養植物根系生長的方法

在審

• 申請號: 201710253110.2
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107027536A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 馬闖;金磊;王遠宏;龍鴻;于瑋瑋;侯澄輝;劉子敬
• 申請（專利權）人: 天津農學院
• 主分類號: A01G9/02
• 分類號: A01G9/02;G01N33/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于植物研究領域，涉及一種用于監測室內培養植物根系生長的方法。

背景技術

根系是植物體的重要的功能器官，不僅為植物的生長提供支撐，而且具有吸收、運輸水分和無機鹽的功能，是聯系植物體和土壤的通道。細根在生態系統物質和能量循環中起著重要的作用。在森林生態系統中，20％～80％的凈生產力由細根生長貢獻，而且細根也是碳循環的重要組成部分。根系的呼吸、生產、分解和周轉受二氧化碳濃度升高、溫室效應以及氮沉降的影響，進而影響全球生態系統的物質循環。因此，根系研究受到廣泛重視，各國科研人員對不同植物根系的分枝結構、形態、生物量等方面都開展了大量工作。

在植物生長研究中，人們長期以來關注地上部分的動態，而忽略地下根系的研究。這主要是由于根系生長在土壤里，造成采樣困難。因此，傳統的研究方法多以挖掘為主。土芯法(Sequential core)即利用根鉆等工具挖掘一定體積的土壤，從而獲得里面的根系。胡小寧等(2010)采用內徑6.8cm根鉆在黃土高原地區挖掘最深2m的刺槐根系。Achat(2008)等采用挖槽(10cm×10cm)和土芯的方法，研究了松樹(Pinus pinaster)樣地80cm根系垂直分布特征，認為采用挖槽的辦法可以降低采用誤差。

在土芯法的基礎上，研究人員常用內生長法(Ingrowth core)來動態研究根系的生長過程。劉金梁等(2009)采用此方法，利用根鉆鉆取土樣后，將土樣中的根系清理出來，然后填回，于第二年在同一地點取樣，從而評價施肥對水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落葉松(Larix gmelinii)細根生長的影響。Ostonen等(2005)發現采用內生長法所獲得的挪威云杉(Picea abies)細根年凈初級生產力只有土鉆法的38.5％。由于填回的土壤改變了原有土壤的性質，質地更松軟，保水性強，透氣性強，有利于根系生長。為避免這一問題，Lukac和Godbold(2001)采用尼龍網包裹同樣質地的土壤作為土芯，每次更換土芯，從而獲得一定時間間隔內細根的生長量。

生物量法(挖掘法、根鉆法、內生長法)簡單快捷、成本低，是研究根系生產力和周轉的常用方法。采用根鉆法時，研究誤差較大，采樣過程中受地形地貌的影響，而且對于根鉆的規格沒有統一的標準，在采樣過程中，有時會出現無細根的情況(甘卓亭和劉文兆2008；De Silva et al.1999)。采用內生長法研究根系生長速率時，不僅回填的土壤理化性質改變，而且根系受到破壞，生長狀況改變。

近年來，微根管技術大量應用在根系研究中。該技術最早源于上個世紀四十年代，研究者在土壤中埋入透明塑料或玻璃，用于觀察根系在其表面的生長。隨著光電子技術的發展，該方法得到改進，可以采用攝像頭對貼附于管道外壁的根系掃描，通過監視器或錄影帶實時記錄，形成的根系全息影像用于數據分析。史建偉等(2007)采用微根管技術對水曲柳和落葉松細根生長研究發現，落葉松細根年生長量(0.94mm·cm-2)和年死亡量(0.72mm·cm-2)明顯低于水曲柳(1.52mm·cm-2和1.21mm·cm-2)。Noguchi et al.(2011)采用微根管技術研究疏伐對日本扁柏細根生產力的影響，發現35％疏伐強度降低直徑小于1mm的細根年生產力15.9％。

微根管法是一種非破壞性觀察，能夠直觀監測根系的生長狀況，已經被廣泛應用在野外調查以及大田實驗中，而其在室內的研究開展較少。室內定量控制實驗是需要在水分和溫度相對穩定的室內，通過在培養基中進行鹽、干旱或施肥等處理，進而觀察植物根系在不同土壤條件下的生長狀態。與大田實驗相比，此類實驗可以獲得更加準確的數據，闡明植物根系生長機理，在科學研究中具有重要的意義。另一方面，在農作物、蔬菜、苗木等品種設施栽培中，也需要對其根系實時監測，以便確定和調節其水肥供應。然而，由于缺乏合適的測量裝置和合理的測量方法，在室內環境下植物根系的測量一直困擾研究者。因此，設計一種可用于室內進行的、簡便的植物根系生長監測方法，對根系研究和農業生產都具有重要意義。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種用于監測室內培養植物根系生長的方法，通過該方法可以在室內條件下，控制土壤條件并觀察植物根系生長狀況。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種用于監測室內培養植物根系生長的方法，包括以下步驟：

①選取泡沫塑料箱和PC透明管，PC透明管一側封閉，一側開口；