CN103141368B - 直接观察植物根系生长与微生物相互关系的透明装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接观察植物根系生长与微生物相互关系的透明装置及方法，它包括两块钢化玻璃板和一个泡沫塑料U型框；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。采用本发明公开的透明装置可以清楚地观察到植物根系生长与微生物相互关系的过程，为探究玉米根系与微生物的互作关系提供了依据。
Description
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，涉及一种研究植物根系和微生物相互作用的方法。特别是一种透明的直接观察植物根系生长与微生物相互关系的装置以及采用此装置种植玉米的方法。
背景技术
植物通过根系获得充足的营养才能茁壮生长。植物营养与土壤中微生物的数量、存在状况密切相关。研究土壤微生物在植物生长过程中的行为和数量变化是研究植物营养的重要部分，特别是在提倡发展绿色农业、有机农业、生态农业以来，这个问题更是迫切需要解决的。生态农业中发展微生物肥料为植物生长提供养分。其原理是利用微生物肥料中有益土壤微生物与植物的代谢互作。植物根系分泌物和脱落物为土壤微生物提供生存条件，土壤微生物的固氮、解磷、解钾代谢过程为植物提供N、P、K营养。因此，微生物肥料中的生物成分在微生物肥料施入土壤后，肥料中的生物的生活轨迹与植物营养及微生物肥料的肥效密切相关。
如何能够观察到土壤微生物与植物根系间的关系及发展动态，是一个很多研究人员迫切想解决的问题。曾经有人创建了根箱法，专利：用于根际土壤取样的植物根箱培养装置（专利申请号：200710069993.8），其特征是包括一个可拆卸式的方框体，在其中对称地夹放2张根室分隔网片，从而将方框体分隔成中室和2个边室，在中室里种上植物，栽培结束后，分别取中室和2个边室里的土壤，这个装置能够方便准确的对离根不同距离的土壤进行取样。应用这种方法可以分别分析植物根区和植物根际土壤微生物的状况。
为了能够了解土壤微生物与植物根系在自然条件下的动态发展，我们创制出了一种透明的，可以直接观察在植物根系生长过程中根系微生物动态发展的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种直接观察玉米根系生长及与微生物相互关系的种植方法，本发明采用自制盒状体，以Arnon-Hoagland营养液制成培养基，培养玉米。以微生物，即单细胞绿色微藻为土壤微生物指示物，并使绿藻附着在玉米根上观察玉米根与微生物相互关系的情况。由于钢化玻璃和培养基透明度非常好，这种装置可以直观、透明地观察到植物根系生长及与微生物相互关系的过程。
为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：
一种直接观察植物根系生长与微生物相互关系的透明装置，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塑料U型框加以固定构成盒状体。其中两块钢化玻璃板(1)的尺寸均为长32.0cm，宽15.0cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框(2)的长为15.0cm +32.0cm +15.0cm，宽为1.0cm，高为1.0cm。成套螺钉螺母设置的个数为5个。其中所述的植物指的是玉米。
本发明进一步公开了采用透明装置观察玉米根系生长的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
1）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用；
2）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h；将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，保证种子的湿润环境；待种子长出1cm芽的时候，插于泡沫板上，做水培处理；
3）培养盒处理：用15%新洁尔灭浸泡培养盒2~3min。
4）玉米苗的种植：待玉米长出两片真叶时，选择高度一致，长势相同的玉米苗，将玉米苗的根蘸取单细胞绿色微藻，每个根盒种植5棵玉米，然后装满含有0.2~2% 琼脂的Arnon-Hoagland 营养液；优选0.3~1.5% 琼脂的Arnon-Hoagland营养液。自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分。观察玉米根系生长情况及单细胞绿色微藻分布情况；其中单细胞绿色微藻液30ml，细胞浓度为1×107个/ml。其中的单细胞绿色微藻，为椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）。（原始来源）中国科学院水生生物研究所淡水藻种保藏库 (FACHB)，Chlorella ellipsoidea 的保藏号：FACHB-40。
本发明更加详细的制备方法如下：
1）获得玉米苗：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净后在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h。将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，进行种子的萌发；待种子长出1cm的芽时，插于泡沫板上，水培环境发苗。
2）自制培养盒：培养盒长为32.0 cm，高为15.0 cm，宽为2.0 cm（0.5cm+1.0cm+0.5cm)，用15%新洁尔灭浸泡培养盒2~3min，做消毒处理。
3）栽培玉米苗：取玉米苗，实验组玉米的根蘸取单细胞绿色微藻之后，将玉米苗种进培养盒内。培养盒内装满已灭菌的0.2~2% 琼脂的Arnon-Hoagland 营养液，其中Arnon-Hoagland 营养液配方见参考文献（熊庆娥：植物生理学实验教程. 四川：四川科学技术出版社. 2013：8-9.）。对照组不蘸单细胞绿色微藻，其他处理同实验组。自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分。观察玉米生长情况及单细胞绿色微藻分布情况。
采用本发明公开的透明装置观察玉米根系生长的方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：
本发明公开的直接观察植物根系生长与微生物相互关系的透明装置，肉眼直观可见，便于随时观察，无需拆卸，具有经济适用的显著特点。本发明的透明装置能够直接观察到植物根系生长的过程，微生物与植物根系间的关系及发展动态。
附图说明：
图1为直接观察到的微生物与植物根系；其中图A为对照，图B为和玉米根一起生长的单细胞绿色微藻；
图2为透明装置的平面结构示意图；
图3为透明装置的侧视示意图；
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，本发明所用到的各种原料均可以从市场上买到（Arnon-Hoagland 营养液的配制方法与上文中参考文献相同）。
单细胞绿色微藻为椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）。（原始来源）中国科学院水生生物研究所淡水藻种保藏库 (FACHB)，Chlorella ellipsoidea 的保藏号：FACHB-40。
实施例1
结合图2，图3，直接观察植物根系生长与微生物相互关系的透明装置，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1的尺寸均为长32.0cm，宽15.0cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框(2)的长为15.0cm +32.0cm +15.0cm，宽为1.0cm，高为1.0cm。
两块钢化玻璃板成套螺钉螺母设置的个数为5个，其目的是将泡沫塑料U型框与玻璃板固定。其中的植物根系指的是玉米根系。
实施例2
1）玉米种子：天塔九号，购于天津市西青种子公司；
2）藻种：单细胞绿色微藻，为椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）。（原始来源）中国科学院水生生物研究所淡水藻种保藏库 (FACHB)，Chlorella ellipsoidea 的保藏号：FACHB-40
3）培养盒结构：钢化玻璃=长×宽×厚=32.0 cm×15 .0cm×0.5cm，将2块无色透明的钢化玻璃与1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5个成套螺钉螺母固定。
4）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用。
5）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h；将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，做发芽处理；待种子长出1cm芽的时候，插于泡沫板上，做水培处理。
6）培养盒处理：用15%新洁尔灭浸泡根盒2min。
7）玉米苗的种植：待玉米长出两片真叶时，选择高度一致，长势相同的玉米苗，设置实验组和对照组。将实验组玉米的根蘸取单细胞绿色微藻，其中单细胞绿色微藻液30ml，细胞浓度为1×107个/ml，每个培养盒种植5棵玉米，然后装满含有适量(0.5%)琼脂的已灭菌的Arnon-Hoagland 营养液。对照组不蘸单细胞绿色微藻，其他处理同实验组。自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分。观察玉米根系生长情况及单细胞绿色微藻分布情况。图1为直接观察到的微生物和植物根系。
实验结果发现，微生物始终与玉米根共生长，并且只有在玉米根表面看到有绿色微藻生长，培养基的其他地方没有绿色微藻生长。说明微生物与植物根系存在代谢互作，以微生物制剂蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，发挥微生物肥料的作用。
实施例3
1）玉米种子：天塔九号，购于天津市西青种子公司；
2）藻种：单细胞绿色微藻，为椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）。（原始来源）中国科学院水生生物研究所淡水藻种保藏库 (FACHB)，Chlorella ellipsoidea 的保藏号：FACHB-40
3）培养盒结构：钢化玻璃=长×宽×厚=32.0 cm×15.0 cm×0.5cm，将2块无色透明的钢化玻璃与1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5个成套螺钉螺母固定。
4）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用。
5）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h；将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，做发芽处理；待种子长出1.0cm芽的时候，插于泡沫板上，做水培处理。
6）培养盒处理：用15%新洁尔灭浸泡培养盒3min。
7）玉米苗的种植：待玉米长出两片真叶时，选择高度一致，长势相同的玉米苗，设置实验组和对照组。将实验组玉米的根蘸取单细胞绿色微藻，其中单细胞绿色微藻液30ml，细胞浓度为1×107个/ml，每个培养盒种植5棵玉米，然后装满含有适量(1%)琼脂的已灭菌的Arnon-Hoagland 营养液。对照组不蘸单细胞绿色微藻，其他处理同实验组。自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分。观察玉米根系生长情况及单细胞绿色微藻分布情况。
实验结果发现，微生物始终与玉米根共生长，并且只有在玉米根表面看到有绿色微藻生长，培养基的其他地方没有绿色微藻生长。说明微生物与植物根系存在代谢互作，以微生物制剂蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，发挥微生物肥料的作用，促进玉米苗的生长。
实施例4
对比试验：
常规的玉米苗观察实验：
1）玉米种子（Zea Mays L.），购自广州市农业科学研究所。
2）试验用盆：塑料盆钵=高×直径=16.0cm×15.0cm。
3）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用。
4）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h，将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，做发芽处理，每12h换水1次，保证种子的湿润环境。
5）露白时，选取饱满、大小均匀一致的玉米种子播于尼龙根际袋中，每袋3颗，置于温室中，温室的日间温度为25℃，夜间温度18℃，自然光照条件。
6）试验用盆中，共装土500g，其中200g装在300目的尼龙网袋中，尼龙网袋放在盆的中央，袋周围及底部为相同处理的300g土，并保持袋内外土壤高度相同，60%田间持水量于温室中平衡5d使用。
7）玉米种植45d后收获，分别采集不同处理的根际土和非根际土，尼龙网袋内土壤视为根际土，袋外离尼龙网袋1cm以外的土壤视为非根际土，非根际土取样深度与根袋内土壤相同。
采用本发明进行观察的实验:
1）玉米种子：天塔九号，购于天津市西青种子公司；
2）藻种：单细胞绿色微藻，为椭圆小球藻（Chlorella ellipsoidea）。（原始来源）中国科学院水生生物研究所淡水藻种保藏库 (FACHB)，Chlorella ellipsoidea 的保藏号：FACHB-40
3）培养盒结构：钢化玻璃=长×宽×厚=32.0 cm×15.0 cm×0.5cm，将2块无色透明的钢化玻璃与1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5个成套螺钉螺母固定。
4）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用。
5）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h；将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，做发芽处理，每12h换水1次，保证种子的湿润环境；待种子长出1cm芽的时候，插于泡沫板上，做水培处理。
6）培养盒处理：用15%新洁尔灭浸泡根盒2~3min。
7）玉米苗的种植：待玉米长出两片真叶时，选择高度一致，长势相同的玉米苗，设置实验组和对照组。将实验组玉米的根蘸取单细胞绿色微藻，其中单细胞绿色微藻液30ml，细胞浓度为1×107个/ml，每个培养盒种植5棵玉米，然后装满含有适量(1.5%)琼脂的已灭菌的Arnon-Hoagland 营养液。对照组不蘸单细胞绿色微藻，其他处理同实验组。自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分。观察玉米根系生长情况及绿色微藻分布情况。
实验结果发现，微生物始终与玉米根共生长，并且只有在玉米根表面看到有绿色微藻生长，培养基的其他地方没有绿色微藻生长。说明微生物与植物根系存在代谢互作，以微生物制剂蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，发挥微生物肥料的作用。
对比结论：常规土培玉米实验，不能直观观察到玉米根系生长情况，只能在玉米收获期时，拆除玉米培养装置后测定其相关生理指标，以确定数据，而本实验可以达到随时观察及测定的目的；其次，常规土培玉米实验，只能通过根际袋等外界手段，人为界定根际微生物与非根际微生物，取土测定相关指标，从而达到实验目的，而本实验根据玻璃板透明及无色培养液（含有适量琼脂）的特点，采用蘸取单细胞绿色微藻的方法，示踪微生物与根系生长的动态关系，达到肉眼直观可见的效果，是对定量实验做的定性补充。
Claims (1)
1.一种采用透明装置直接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）玉米种子的预处理：挑选饱满完整，大小均一、色泽一致的种子，洗净备用；
2）玉米种子的萌发：在25℃恒温培养箱中，清水浸种12h；将浸泡的种子置于瓷盘上，用浸湿的纱布盖住，做发芽处理，每12h换水1次，保证种子的湿润环境；待种子长出1cm芽时，插于泡沫板上，做水培处理；
3）培养盒处理：用15%新洁尔灭浸泡培养盒2~3min；
4）玉米苗的种植：待玉米长出两片真叶时，选择高度一致，长势相同的玉米苗，将玉米苗的根蘸取单细胞绿色微藻，每个根盒种植5棵玉米，然后装满含有0.2~2%琼脂的Arnon-Hoagland 营养液，自然光照，室内自然温度条件下，培养15d，以无菌水补充培养盒内的水分，观察玉米根系生长情况及单细胞绿色微藻分布情况；其中单细胞绿色微藻液30ml，细胞浓度为1×107个/ml；所述的透明装置指的是：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(1)的尺寸均为长32.0cm，宽15.0cm，厚度0.5cm；泡沫塑料U型框(2)的长为15.0cm +32.0cm +15.0cm，宽为1.0cm，高为1.0cm，成套螺钉螺母(3)设置的个数为5个；其中所述的植物指的是玉米。
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