CN100359312C - 一种植物根分泌物连续收集方法及其装置 - Google Patents

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一种植物根分泌物连续收集方法及其装置，其特征是将植物置于装有石英砂的栽培皿中，栽培皿底部开口经管路连通至一个装有树脂的玻璃瓶，玻璃瓶底部开口，再经管路回通至栽培皿，构成一循环的系统，针对所要收集的根分泌物呈中性、酸性或碱性三种不同类型，用不同的溶液加入循环管路中，使根分泌物随着循环流动的溶液流径树指时吸附于树脂表面，一定时向后，将树脂上获取的根分泌物经洗脱、浓缩、过滤后进行测定。

Description

一种植物根分泌物连续收集方法及其装置
一、技术领域
本发明涉及植物根分泌物的收集，尤其是一种植物根分泌物连续收集方法及其装置，属土壤、微生物及植物科学领域。
二、背景技术
除了脱落的细胞和所产生的粘液外，植物根也分泌种类繁多的可溶性物质，如分子量大小不一的糖类、有机酸、氨基酸、脂肪酸、甾类、酶、植物生长素等，其中主要为糖类、有机酸和氨基酸。根分泌物因植物种类、生理因子(如年龄，营养状况)和非生物条件(如温度，土壤结构，通气性和水分含量)而差异很大，也与微生物的活性(消耗数量)，从根分泌出来后再进入根内的数量和根的损伤程度等有关，若在土壤中收集则与微量取样器的位置有关。根分泌物易被微生物所利用，通常认为是根际微生物数量和活性增加的主要原因之一。总的根系分泌物占植物光合作用产物的很大一部分，有时高达70-80％的量被转移到根部，但一般为12-40％。根分泌物是根际微生态系统中物质迁移和调控的重要组成部分，因此研究根分泌物具有重要的意义。
然而，当今我们对根际化学的了解是极其有限的，主要因为在研究根际分泌物时研究者常面临以下三个方面的问题：所要收集的分泌物通常含量极低，从而需要大量的植物和延长收集时间来获得足够量的分泌物；样品的收集和处理是很繁琐的，一些不太稳定的化合物就会变性；传统溶剂萃取法收集微量分泌物时生长基质、容器、营养液、水、萃取剂等将会对样品造成严重的污染。尽管根际土壤溶液取样器能原位直接抽提土壤溶液，但是其PVC管含有30％的增塑剂和少量的稳定剂，痕量的样品能进入样品，加之，所取的溶液常含有大量的土壤有机质，因此也会对样品造成较大的污染和干扰。另外，土壤是一个非常复杂的多相体系，土壤溶液化学的影响因素还没有弄清，再加之土壤中存在时空变异，这给采集具有代表性的土壤溶液增加了许多困难，从而就难以收集到能代表真正根分泌物的溶液。
三、发明内容
为了克服现有技术收集根分泌物的缺点，本发明提出了一种植物根分泌物连续收集方法及其装置，其技术方案如下：
一种植物根分泌物连续收集方法，其特征是将植物置于循环管路中，该管路中设有树脂吸附剂，针对所要收集的根分泌物呈中性、酸性或碱性三种不同类型，用不同的溶液加入循环管路中，使根分泌物随着循环流动的溶液流经树脂时吸附于树脂表面，一定时向后，将树脂上获取的根分泌物经洗脱、浓缩、过滤后进行测定。可将植物置于装有石英砂的栽培皿中，栽培皿底部开口经管路连通至一个装有树脂的玻璃瓶，玻璃瓶底部开口，再经管路回通至栽培皿，构成一循环的系统，60-72小时后，将树脂上获取的根分泌物经洗脱、浓缩、过滤后进行测定。连续收集前，需进行以下预备工作：
①石英砂：选白色石英砂、粒径0.5-1mm，用稀盐酸(2mol/L)浸泡24小时，然后用自来水冲洗石英砂，直至冲洗后溶液为中性(PH＝7.0)，然后灭菌、烘干装入栽培皿中，并将皿底封口，防止石英砂漏出；
②树脂：收集化感化合物类中性不带电荷的极性有机根分泌物，用中性交换树脂，树脂装入玻璃瓶前用甲醇淋洗去杂质；收集氨基酸类带正电荷的酸性根分泌物，用阳离子交换树脂，树脂装瓶前用去离子水和稀盐酸(0.1mol/L)配制成酸性(PH＝4.0)的溶液淋洗去杂质；收集有机酸类带负电荷的碱性根分泌物用阴离子交换树脂，树脂装瓶前用去离子水和NaOH(0.1mol/L)配制成碱性(PH＝8.0)的溶液淋洗去杂质；用各自的洗涤液浸泡后装瓶，三种类型的根分泌物可分别收集或同时收集，同时收集时，玻璃瓶中的树脂经各自溶液淋洗后分层放置，各层之间用玻璃棉隔离，同时收集两种根分泌物中，有中性根分泌物的情况或三种同时收集时，中性树脂应放置在最下层。收集过程步骤如下：
①首先将成活的植物幼苗或将要出芽的健康种子移入栽培皿内的石英砂中，将栽培皿底部的连通管断开，定时用营养液从栽培皿顶部浇入冲洗数次，待营养液流干后，将栽培皿底部连通管关闭，再加入一定量的营养液和维持植物正常生长所需的水分；
②收集中性根分泌物：将装有前述处理过的中性交换树脂的玻璃瓶接入连通管路，形成循环管路，并在管路中接入充气口，开动充气泵，使气泡推动溶液循环，树脂上将吸附不带电荷的极性有机根分泌物，收集60-72小时后，将玻璃瓶取下，抽出柱中树脂内多余水分，用前述中性洗涤液洗出根分泌物，然后在真空减压条件下于40±1℃水浴槽中浓缩，最后定容过滤，滤液在冰箱中保存直至测定。
③收集酸性或碱性根分泌物：在上述①项之基础上，再先后用蒸馏水及去离子水冲洗数次，然后将装有处理过的阳离子树脂或阴离子树脂玻璃瓶，接入连通管路，以下过程同②；
④中性、酸性、碱性根分泌物同时收集：收集过程同②，只是玻璃瓶中装入三层各自处理过的树脂，最后分层洗脱、浓缩、过滤后分别测定。
⑤上述冼脱、浓缩和过滤过程是用各自的洗涤液分别洗出根分泌物数次，各部分根分泌物溶液分别在真空减压条件下于40±1℃水浴槽中浓缩至15mL，然后洗涤定容至20mL，过0.45um的醋酸纤维微孔滤膜，将滤液在冰箱中保存直至测定，调节循环溶液的流速为1L/h。
一种植物根分泌物连续收集装置，其特征是设置一个内装有石英砂的植物栽培皿，其底部开口，开口处用橡皮塞密封，橡皮塞上开有通孔，插入一根连通管，连通管口与石英砂之间设有玻璃棉隔离，连通管下端经过一个阀门后连通至装有树脂的玻璃瓶上口，玻璃瓶上口亦设有开有通孔的密封橡皮塞，玻璃瓶下口由玻璃棉隔离后，经连通管再返通至栽培皿上口，在此段管路中设有充气口，栽培皿与玻璃瓶均为不透光壁。充气口最好位于玻璃瓶中心高度，充气前应排出玻璃瓶中空气。
本发明用吸附法收集，相对于现有技术而言，收集过程时间较短，所收集到的根分泌物真正具有代表性。
四、附图说明
图1是本发明中的连续收集装置的一种结构。
五、具体实施方式
如图1所示，将供试植物1置于玻璃栽培皿4的石英砂3内，栽培皿4最好为棕色并在外壁用铝箔2包贴，以达到更好的不透光效果。栽培皿4的顶部也用铝箔盖好，但开有一孔洞供植物伸出，并用脱脂棉塞好洞缘，以防绿藻生长。塞上开有小孔供玻璃连通管8穿入，塞6上表面与石英砂3之间可设置经盐酸浸泡后用自来水冲净后的玻璃棉层5，以防石英砂漏下。连通管8上设有调节阀7，下口经橡皮塞9中孔连通至装有树脂11的玻璃瓶10，外表亦要用铝箔2遮光。玻璃瓶10下口，用玻璃棉隔离后，再经矽胶或Teflon管12弯曲向上，经T形充气泵口13和玻璃管14返通至植物栽培皿。在玻璃瓶内树脂顶部及底部也应塞好一定量的玻璃棉5，橡皮塞6和9的外表最好涂一层硅酮，以防塞中的有机成分溶出，干扰收集效果。
[实施例1]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC-50阳离子树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该树脂将吸附氨基酸。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，洗脱，浓缩和过滤。衍生或不经衍生后测定氨基酸。
[实施例2]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供接种菌根真菌的植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC-50阳离子树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该树脂将吸附氨基酸。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，洗脱，浓缩和过滤。衍生或不经衍生后测定氨基酸。
[实施例3]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次(每次200ml)。将装有Dowex-1阴离子树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，树脂将吸附有机酸。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，洗脱，浓缩和过滤。测定有机酸。
[实施例4]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供重金属超积累植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次(每次200ml)。将装有Dowex-1阴离子树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，树脂将吸附有机酸。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，洗脱，浓缩和过滤。测定超积累植物根分泌物有机酸。
[实施例5]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，将装有XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该树脂将吸附不带电荷的极性有机根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，洗脱，浓缩和过滤。测定极性有机物。
[实施例6]以1/3强度的霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲洗无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例7]以100％的霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例8]以100％的休伊特(Hewitt)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲洗无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例9]以1/3强度的休伊特(Hewitt)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲洗无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例10]以1/3强度的缺磷霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例11]以1/3强度的富磷霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例12]以1/3强度的缺铁霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲冼无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。
[实施例13]以1/3强度的富铁霍格兰(Hoagland)营养液提供植物生长所需的营养元素，待植物生长到一定时期(约20天)后，用蒸馏水冲洗无底玻璃皿中石英砂4次(每次200ml)，然后用去离子水(18.2MΩcm)冼2次。将装有Amberlite IRC50阳离子交换树脂、Dowex-1阴离子交换树脂、XAD-4中性交换树脂的玻璃瓶等装置装上，接上电源，充气泵充入连续的气泡，气泡将使得溶液循环流经玻璃瓶中的树脂，该三层不同的树脂将吸附带不同电荷的根分泌物。收集60-72小时后，将玻璃瓶中的溶液抽干，分层洗脱，浓缩和过滤。测定各层的根分泌物。

Claims (3)

1.一种植物根分泌物连续收集方法，其特征是将植物置于循环管路中，该管路中设有树脂吸附剂，针对所要收集的根分泌物呈中性，酸性或碱性三种不同类型，用不同的溶液加入循环管路中，使根分泌物随着循环流动的溶液流经树脂时吸附于树脂表面，一定时间后，将树脂上获取的根分泌物经洗脱、浓缩，过滤后进行测定；
具体操作是，将植物置于装有石英砂的栽培皿中，栽培皿底部开口经管路连通至一个装有树脂的玻璃瓶，玻璃瓶底部开口，再经管路回通至栽培皿，构成一循环的系统，60-72小时后，将树脂上获取的根分泌物经洗脱、浓缩、过滤后进行测定；
连续收集前，需进行以下预备工作：
①石英砂：选白色石英砂、粒径0.5-1mm，用稀盐酸浸泡，然后用自来水冲洗石荚砂，直至冲洗后溶液为中性，然后灭菌、烘干装入栽培皿中，并将皿底封口，防止石英砂漏出；
②树脂：收集化感化合物类中性不带电荷的极性有机根分泌物，用中性交换树脂，树脂装入玻璃瓶前用甲醇淋洗去杂质；收集氨基酸类带正电荷的酸性根分泌物，用阳离子交换树脂，树脂装瓶前用去离子水和稀盐酸配制成酸性的溶液淋洗去杂质：收集有机酸类带负电荷的碱性根分泌物用阴离子交换树脂，树脂装瓶前用去离子水和Na0H配制成碱性的溶液淋洗去杂质；用各自的洗涤液浸泡后装瓶，三种类型的根分泌物可分别收集或同时收集，同时收集时，玻璃瓶中的树脂经各自溶液淋洗后分层放置，各层之间用玻璃棉隔离。
2.根据权利要求1所述的植物根分泌物连续收集方法，其特征是同时收集两种根分泌物中，有中性根分泌物的情况或三种同时收集时，中性树脂应放置在最下层。
3.根据权利要求1或2所述的植物根分泌物连续收集方法，其特征是收集过程步骤如下：
①首先将成活的植物幼苗或将要出芽的健康种子移入栽培皿内的石荚砂中，将栽培皿底部的连通管断开，定时用营养液从栽培皿顶部浇入冲洗数次，待营养液流干后，将栽培皿底部连通管关闭，再加入一定量的营养液和维持植物正常生长所需的水分；
②收集中性根分泌物：将装有前述处理过的中性交换树脂的玻璃瓶接入连通管路，形成循环管路，并在管路中接入充气口，开动充气泵，使气泡推动溶液循环，树脂上将吸附不带电荷的极性有机根分泌物，收集60-72小时后，将玻璃瓶取下，抽出柱中树脂内多余水分，用前述中性洗涤液洗出根分泌物，然后在真空减压条件下于40±1℃水浴槽中浓缩，最后定容过滤，滤液在冰箱中保存直至测定；
③收集酸性或碱性根分泌物：在上述①项之基础上，再先后用蒸馏水及去离子水冲洗数次，然后将装有处理过的阳离子树脂或阴离子树脂玻璃瓶，接入连通管路，以下过程同②；
④中性、酸性、碱性根分泌物同时收集：收集过程同②，只是玻璃瓶中装入三层各自处理过的树脂，最后分层洗脱、浓缩、过滤后分别测定；
⑤上述冼脱、浓缩和过滤过程是用各自的洗涤液分别洗出根分泌物数次，各部分根分泌物溶液分别在真空减压条件下于40±1℃水浴槽中浓缩至15ml，然后洗涤定容至20ml，过0.45um的醋酸纤维微孔滤膜，将滤液在冰箱中保存至测定，调节循环溶液的流速为1L/h。
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CN101766100B (zh) * 2009-12-25 2011-07-20 山东省农业科学院土壤肥料研究所 植物根系分泌物化感作用研究用装置及其应用方法

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