CN103141255B - 一种植物根系生长与微生物肥料及肥效的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物根系生长与微生物肥料及肥效的测定方法。它是将萌发的玉米种子栽入栽培盒的上层土壤，将微生物肥料拌入中层土壤，下层只装入土壤，栽培盒里栽培5株玉米；将栽培盒置于自然光照下，室内自然温度栽培，栽培期间每天浇无菌水控制栽培盒内土壤含水量并透过钢化玻璃观察玉米植株根的生长；当观察到玉米植株根长至栽培盒底端时收获玉米苗并测量玉米苗的生长和土壤状况及微生物肥料的肥效。本发明的测定方法可以直接观察到玉米植株根长至栽培盒底端时收获玉米苗，收获并测量玉米苗的生长和土壤状况及微生物肥料的肥效，从而为农业技术领域建立了一种研究植物根系和微生物肥料的新方法。

Description

一种植物根系生长与微生物肥料及肥效的测定方法

本申请得到国家自然科学基金资助项目（# 31172029）；天津市自然科学基金资助项目（# 07JCYBJC15400）；天津市农委项目（#0802220）；天津市科技支撑重点项目（#12ZCZDNC00600）资助。

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种植物根系生长与微生物肥料及肥效的测定方法。特别是一种能够直观地观察到植物地下部分生长动态，并且能够通过微域取样研究施用微生物肥料后植物根部土壤生理生化指标变化的栽培盒及微生物肥料肥效的测定方法。

背景技术

在农业生产和科研领域，人们常常需要了解植物根系生长和根区微生物的状况。齐飞飞等(齐飞飞等：luxAB基因标记的K2116L菌株在棉花根际中的定殖[J].生态学杂志，2008,27（2）：192-196）采用根盒试验追踪了标记菌株K2116L在棉花根部的定植动态，常慧萍等（常慧萍等：luxAB标记的N2106-L在小麦根圈的定植动态[J].中国微生态学杂志，2009,21（3）：213-216.）采用根盒试验追踪了标记菌株N2106-L在小麦根圈的定植状态，结果表明，标记菌株N2106-L在小麦根表定植密度大于根际定植密度，且两种标记菌株均随着根的伸长不断向根尖方向扩散。龙伟文等（龙伟文等：荧光假单胞菌Pf.X16L2与丛枝状菌根真菌Glomus mosseae在小麦跟圈内的相互关系[J].土壤学报，2000,37（3）：410-418.）在根盒一士壤微宇宙中，研究了发光酶基因(1uxAB)标记的荧光假单孢菌菌株Pf. X16L2与丛枝状菌根真菌摩西球孢囊霉（Glomus mosseae） 两者在小麦根圈的相互关系，G. mosseae 对Pf. X16L2 的种群密度和生理活性都有着抑制作用，因而能降低小麦根圈内Pf. X16L2的富集程度，而Pf. X16L2 在一定程度上能提高Gl. mosseae的菌根感染率，但会降低菌丝中琥珀酸脱氢酶(SDH)活性，两者可共同促进小麦中后期的生长。

研究者们也用土培根盒试验来研究作物根际土壤营养（如磷素）的吸收转化。吴龙华等（吴龙华等：白浆土-植物系统营养物质转化机制及其有效性研究V.有机物对磷根际有效性的影响[J].应用生态学报,1999,10（5）：576-578.）采用根盒试验研究了施用紫花苜蓿腐解物对白浆土-小麦根际磷素形态转化、有效性及小麦植株磷素吸收的影响，结果表明施用有机肥料使土壤有效磷显著上升。李志洪等（李志洪等：玉米根际有机磷的亏缺与积累[J].吉林农业大学学报，2003，25（6）：639-642.）利用根盒培养方法研究了黑土和黑钙土玉米根际有效磷的亏缺和积累的状况，结果表明玉米苗期根际活性和中等活性有机磷存在明显亏缺现象。陈志超等（陈志超等：接种AM真菌对短命植物生长发育及矿质养分吸收的影响[J].植物生态学报，2008,32（3）：648～653.）采用两室根盒培养系统研究了接种AM真菌对两种短命植物生长发育及矿质养分吸收的影响，结果表明接种AM真菌提高了两种植物的生物量、株高及N、P养分吸收量。

但是，以上试验采用的根盒均由有机玻璃制成，并且构造上存在着一定的缺陷。例如，有机玻璃板在使用过程中由于植物根系生长的力量容易使其变形，且其透明度不高；另外以上实验采用的根盒使用尼龙网将根区限定在2cm土壤范围内，而尼龙网为内置，植物根区的根系生长动态不能够清晰地观察到。为此我们设计制作出新型栽培盒，创立了一种采用新型栽培盒测定植物根系生长与微生物肥料及肥效的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种新的更为完善的栽培盒，能够更好地研究植物根系生长与测定微生物肥料肥效。为实现此目的，本发明公开了如下的技术方案：

一种观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的栽培盒，其特征在于它包括两块钢化玻璃板1和一个泡沫塑料U型框2；其中两块钢化玻璃板之间设置泡沫塑料U型框且通过成套螺钉螺母3将两块钢化玻璃板与泡沫U型框加以固定构成盒状体。其中两块钢化玻璃板的尺寸均为长50cm，高25cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框的长为25cm+50cm+25cm，高为1cm，厚度为1cm。成套螺钉螺母设置的个数为5个。所述的植物指的是玉米。

本发明进一步公开了采用所述观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的栽培盒进行观察的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

1）土壤过筛，筛孔直径为2mm，100℃烘干后置于高压蒸汽灭菌锅中121℃湿热灭菌1h，备用；

2）选取颗粒饱满大小均一的玉米种子，置于25℃恒温培养箱中，萌发3天，筛选出芽一致的萌发种子，备用；

3）取两块50cm×25cm厚度为0.5cm的钢化玻璃板和一个1cm厚的(25cm+50cm+25cm) ×1cm 泡沫塑料U型框，用成套螺钉螺母固定，制成盒状体，试验前将栽培盒消毒灭菌备用；

4）萌发种子的栽培：将土壤分上、中、下3层装入栽培盒内，每一土层高度均为7cm，控制土壤含水率为15%；

其中步骤2）萌发的玉米种子栽入栽培盒的上层土壤，将2mL～4mL微生物肥料，拌入中层土壤，下层只装入7cm土壤，栽培盒里栽培5株玉米；将栽培盒置于自然光照下，室内自然温度栽培，栽培期间每天浇无菌水控制栽培盒内土壤含水量为15%，并透过钢化玻璃观察玉米植株根的生长；

5）收获玉米苗及结果分析: 直接观察到玉米植株根长至栽培盒底端时收获玉米苗，收获并测量玉米苗的生长和土壤状况及微生物肥料的肥效。

本发明更加详细的方法如下：

更具体的是研究植物根系生长和测定微生物肥料肥效的实验方法，主要包括如下的步骤：

1）微生物肥料：微生物肥料产品登记证号为微生物肥料（2003）临字（0265）号，漳州三炬生物科技有限公司，液体状。

2）玉米种子：天塔9号，产于内蒙古，购于天津市西青种子公司。

3）土壤：供试土壤采自天津师范大学生物科技园，土壤的理化特性见表1：

表1 天津师范大学生物科技园土壤特性

                                                 

土壤过筛，筛孔直径为2mm，100℃烘干后置于高压蒸汽灭菌锅中121℃湿热灭菌1h，备用。

4）选取颗粒饱满大小均一的玉米种子，置于25℃恒温培养箱中，萌发3天，筛选出芽一致的萌发种子，备用。

5）自制栽培盒：取两块50cm×25cm厚度为0.5cm的钢化玻璃板和一个1cm厚的(25cm+50cm+25cm) ×1cm 泡沫塑料U型框，用成套螺钉螺母固定，制成盒状体。试验前将栽培盒消毒灭菌。

6）萌发种子的栽培：试验共设4个处理，分别为CK、J2、J3、J4。其中，CK为4mL无菌水，J2、J3、J4分别为2mL、3mL、4mL微生物肥料，拌入中层土壤。共4个栽培盒，每个栽培盒里栽培5株玉米。装土时将土壤分上、中、下3层装入栽培盒内，土壤含水率为15%。将萌发的玉米种子栽入栽培盒的上层土壤中，将各栽培盒置于自然光照下，室内自然温度培养，栽培期间恒重法浇无菌水控制栽培盒内土壤含水量，并透过钢化玻璃观察玉米植株根的生长。

7）收获玉米苗及对根系的测定结果：直接观察到玉米植株根长至栽培盒底端时，见图1，收获玉米苗。收获玉米苗后剪下来的地下部分，首先测定根长、根系鲜重和根体积，测定结果见表2。

表2  玉米苗地下部分测量结果

处理	根长（cm）	根系鲜重（g）	根系体积（cm3）
				CK	23.56	1.8690	2.08
J2	28.86	2.0206	2.48
				J3	33.67	2.7204	3.02
J4	30.29	2.2864	2.58

分析发现，在玉米苗根长方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2提高了22.50%，J3提高了42.92%，J4提高了28.57%。由此看出，微生物肥料能够促进玉米苗根系的生长。在玉米苗根系鲜重方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2比CK增加了8.11%，J3比CK增加了45.55%，J4比CK增加了22.33%。说明微生物肥料对玉米苗的根鲜重有促进作用。在玉米苗根体积方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2提高了19.23%，J3提高了45.19%，J4提高了24.03%。说明微生物肥料对玉米苗的根体积有明显的促进作用。

8）然后用剪刀截取植株根中间接触微生物肥料的部分，混匀、称取样品，用氯化三苯基四氮唑法（张志良等：植物生理学实验指导.北京：高等教育出版社，2009，30-33.）测定玉米根系的活力。测定结果见图2。如图2所示，分析发现拌入不同剂量微生物肥料的处理组与CK相比， J3比CK高出26.70%。由此可知，适量的微生物肥料能促进玉米苗的根活力。

9）对玉米苗根区土壤变化的检测结果：收获玉米苗的时候，打开栽培盒，在玉米苗根区原位用药匙小心挖取栽培盒中层接触微生物肥料的根系附近的土壤，采用钼锑抗比色法测定有效磷含量。结果见图3。结果表明，与CK相比，施用适量的微生物肥料可以提高土壤有效磷的含量，特别是J4。

10）玉米苗测定结果：测量玉米苗地上部分的生长状况，包括株高、株鲜重和株干重。结果见表3。

表3  玉米苗地上部分测量结果

处理	株高（cm）	鲜重（g）	干重（g）
				CK	39.98	1.9134	0.9910
J2	44.86	2.1574	1.1140
				J3	46.73	2.4640	1.2540
J4	44.37	1.9870	1.0740

测定结果表明，在玉米苗株高方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2提高了12.21%，J3提高了16.88%，J4提高了10.98%，表明微生物肥料对玉米苗株高有明显的促进作用。在玉米苗株鲜重方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2提高了12.75%，J3提高了28.78%，J4处理提高了3.85%。由此看出，微生物肥料有增加玉米苗株鲜重的作用。在玉米苗株干重方面，拌入微生物肥料的处理组与CK相比，J2增加了12.41%，J3增加了26.54%，J4增加了8.38%，这说明，微生物肥料也能够明显提高玉米苗的株干重。

本发明采用了钢化玻璃为材料，钢化玻璃不仅不易变形，且其透明度比有机玻璃更好，新型栽培盒的内径宽设计为1cm，使得植物在生长过程中它的地下部分生长动态能够被更为清晰地观察到。我们栽培时将栽培盒土壤分为上、中、下三个区域，每一层土壤高度均为7cm。中层土壤拌入微生物肥料，研究者可以更深入地探究植物根系与土壤微生物的相互作用，即根系分泌物和脱落物为微生物提供了一个很好的生存条件，土壤微生物通过固氮、解磷、解钾代谢作用为植物提供N、P、K营养的情况。

综上所述，本发明的栽培盒不仅能够直观地观察到植物根系的生长动态，而且能够测定微生物肥料肥效，从而为农业技术领域建立了一种研究植物物根系和微生物肥料的新方法。

本发明所设计的观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的栽培盒与现有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）我们采用了钢化玻璃为材料，钢化玻璃不仅不易变形，且其透明度比有机玻璃更好，新型栽培盒的内径宽设计为1cm，使得植物在生长过程中它的地下部分生长动态能够被更为清晰地观察到。

（2）栽培时将土壤分层装入栽培盒，中层土壤拌入微生物肥料，研究者可以更深入地探究植物根系与土壤微生物的相互作用。

附图说明:

   图1为通过钢化玻璃观察到玉米植株根的生长情况；

图2为玉米苗根活力测定结果;

图3为玉米苗根区土壤有效磷含量测定结果；

图4为栽培盒平面结构示意图；

图5为栽培盒侧视示意图；

其中1为玻璃板； 2为泡沫塑料U型框；3为成套螺钉螺母。

具体实施方式

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合较佳实施例，对本发明做进一步的描述，特别加以说明的是，其中微生物肥料有市售（购买于漳州三炬生物科技有限公司）。本发明所用到的其它原料均可以从市场上买到。

实施例1

结合附图4~5观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的栽培盒，它包括两块钢化玻璃板（1）和一个泡沫塑料U型框（2）；其中两块钢化玻璃板之间设置泡沫塑料U型框且通过成套螺钉螺母（3）将两块钢化玻璃板与泡沫塑料U型框加以固定构成盒状体。两块钢化玻璃板的尺寸均为长50cm，宽25cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框的长为25cm+50cm+25cm，宽为1cm,厚度为1cm。固定两块钢化玻璃板的成套螺钉螺母设置的个数为5个，其目的是固定两块钢化玻璃板与泡沫U型框使其成为一个盒状容器。其中的植物指的是玉米。

实施例2

采用观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的栽培盒观察植物根系生长的方法，其特征在于按如下的步骤进行

1）土壤过筛，筛孔直径为2mm，100℃烘干后置于高压蒸汽灭菌锅中121℃湿热灭菌1h，备用；

2）选取颗粒饱满大小均一的玉米种子，置于25℃恒温培养箱中，萌发3天，筛选出芽一致的萌发种子，备用；

3）用成套的螺钉固定栽培盒，制成盒状体，试验前将栽培盒消毒灭菌备用；

4）萌发种子的栽培：将土壤分上、中、下3层装入栽培盒内，每一土层的高度均为7cm，控制土壤含水率为15%；其中步骤2）萌发的玉米种子栽入栽培盒的上层土壤，将2mL～4mL微生物肥料，拌入中层土壤，下层土壤只装入7cm土壤，栽培盒里栽培5株玉米；将栽培盒置于自然光照下，室内自然温度栽培，栽培期间每天浇无菌水控制栽培盒内土壤含水量为15%；

5）收获玉米苗及结果分析: 直接观察到玉米植株根长至根盒底端时收获玉米苗。

观察到的结果：

（1）植物根系在伸长（主根变粗、须根越来越多）。

（2）经过中层微生物肥料的作用后，J2、J3、J4的根生长速度加快，其中J3的根生长速度最快。

（3）施加微生物肥料后的中层土壤中土壤团聚体比对照多。

实施例3

对比试验

常规的试验观察：常规用来研究植物根系生长与微生物相互关系的方法除了采用宏观的盆栽和大田实验方法以外，也有许多研究者采用根盒实验方法。他们采用的根盒为有机玻璃制成，规格如长15cm、宽8cm、高9cm等，在根盒中由两块尼龙网将根盒分隔为一个根室和两个边室，根室长度（两块尼龙网之间距离）一般为2cm左右，边室长度不等，植物种植于根室中。研究者通过尼龙网隔离可大致区分开根际区域与非根际区域，也可以研究植物根系生长与微生物的相互关系，但采用该装置由于边室充满土壤而不能观察到植物根系的生长，且对于根际区域的定位研究不是很精确，还有由于根盒很大，植物生长的局部无杂菌环境不容易控制。

采用本发明栽培盒进行的实验既可以清晰地观察到植物根系的生长情况以及栽培盒土壤变化情况的定位测量，且可将根际区域划分的更精细，另外本发明采用的栽培盒将根区限定在内径宽1cm范围内，通过土壤的分层处理可以为植物生长创造一个局部无杂菌的环境，更能精确地研究植物根系与微生物之间相互关系。

结论：本发明的栽培盒不仅能够直观地观察到植物根系的生长动态，而且能够较为深入地研究微生物肥料的肥效状况，从而为农业技术领域建立了一种研究植物物根系和微生物肥料的新方法。

Claims (1)

1.一种采用栽培盒观察植物根系生长与测定微生物肥料肥效的方法，其特征在于栽培盒的结构包括：两块钢化玻璃板(1)和一个泡沫塑料U型框(2)；其中两块钢化玻璃板之间设置泡沫塑料U型框且通过设置5个成套螺钉螺母(3)将两块钢化玻璃板与泡沫塑料U型框加以固定构成盒状体；其中两块钢化玻璃板的尺寸均为长50cm，高25cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框(2)的长为50cm，高为25cm，厚度为1cm；所述的植物指的是玉米；其测定微生物肥料肥效的方法如下 ：

1）土壤过筛，筛孔直径为2mm，100℃烘干后置于高压蒸汽灭菌锅中121℃湿热灭菌1h，备用；

2）选取颗粒饱满大小均一的玉米种子，置于25℃恒温培养箱中，萌发3天，筛选出芽一致的萌发种子，备用；

3）取两块50cm×25cm，厚度为0.5cm的钢化玻璃板和一个1cm厚的泡沫塑料U型框，用成套螺钉螺母固定，制成盒状体，试验前将栽培盒消毒灭菌备用；

4）萌发种子的栽培：将土壤分上、中、下3层装入栽培盒内，每一土层高度均为7cm，控制土壤含水率为15%；

其中步骤2）萌发的玉米种子栽入栽培盒的上层土壤，将2mL～4mL微生物肥料，拌入中层土壤，下层只装入7cm土壤，栽培盒里栽培5株玉米；将栽培盒置于自然光照下，室内自然温度栽培，栽培期间每天浇无菌水控制栽培盒内土壤含水量为15%，并透过钢化玻璃观察玉米植株根的生长；

5）收获玉米苗及结果分析: 直接观察到玉米植株根长至栽培盒底端时收获玉米苗，收获并测量玉米苗的生长和土壤状况及微生物肥料的肥效。