CN104396607A - 一种用于研究植物种内或种间相互作用的装置及体系 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于研究植物种内或种间相互作用的装置，该装置包括以下部分：顶部开口的柱状种植区，营养区，营养液区和避光包裹层；其中，种植区位于装置的上部，营养区位于装置的中部，营养液区位于装置的下部，三个部分紧密连接；避光包裹层覆盖装置侧表面。本发明进一步提供了在所述装置的基础上构建的一种研究植物种内或种内或种间相互作用的体系。

Description

一种用于研究植物种内或种间相互作用的装置及体系
技术领域
本发明涉及植物栽培技术领域，具体涉及了一种研究植物种内或种间相互作用的装置及体系。
背景技术
植物种内或种间相互作用是植物栽培领域的研究热点。传统研究种内或种间相互作用的装置一般为花盆或者根箱，植物一般生长在土壤或石英砂介质中，每天以营养液或水浇灌来维持植物正常生长。这种传统装置存在的问题是每天浇灌水或者营养液无法像田间土壤环境那样提供持续不间断的养分供给，可能会对根系的生长产生计划外的影响；同时，常规方法进行营养液浇灌会不可避免的导致根系分泌物随浇水而损失，进而对一些试验研究的结果产生影响。相反，如果不进行频繁浇灌，养分得不到不及时供应，可能导致植物生长不正常，则很难得到可靠的实验数据。此外，众多科研工作者使用容器中加入营养液进行纯液体栽培进行根系互作试验，然而纯液体栽培无法还原植物的自然生长状态，不利于对植物种内或种间相互作用的研究。
在现有的种内及种间根系互作研究体系中，植物所占的生长空间并不一致，这将导致植物可占据的生长体积、养分含量不同，并且这些效应很难去计算，难以还原田间现象。即使通过添加分隔层区分生长空间，现有的分隔技术会将植物地下部分的相互作用完全阻隔，不利于对植物种内或种间相互作用的综合研究。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中存在的缺陷，提供一种用于研究植物种内或种间相互作用的简易装置。
本发明提供了一种用于研究植物种内或种内或种间相互作用的装置，该装置包括以下部分：顶部开口的柱状种植区，营养区，营养液区和避光包裹层；其中，种植区位于装置的上部，营养区位于装置的中部，营养液区位于装置的下部，三个部分紧密连接；避光包裹层覆盖装置侧表面。
所述种植区为种植植物的区域，植物的生长范围限于该区域。该区域填充植物生长所需的培养基质，所述培养基质为固体，包括土壤、石英砂、蛭石等。所述培养基质中间存在的缝隙可以形成毛细作用，将下方的营养液向上吸引至植物根系生长区域。
所述种植区侧面为非透明结构，其顶部开放，底部覆盖一层厚度均匀的可以使液体通过的隔离层。为了便于实验室研究，种植区的横截面直径优选为8～10cm。种植区开放的顶部可以使植物自由生长，并发生地上部分的相互作用。底部隔离层的作用为防止植物根系进入下方区域并防止固态培养基质流失，同时保证来自下方的营养液可以顺利通过，到达种植区；所述隔离层的材料选自可以实现上述作用的任意材料，优选为脱脂棉。
所述种植区可以不包含分隔层，也可以包含部分分隔层或完全分隔层；其中，部分分隔层为孔隙直径小于植物根系直径的均匀网状结构，其材料可选用硬质尼龙网；完全分隔层为无孔隙结构，其材料可选用塑料膜。
所述分隔层应垂直贯穿种植区和营养区，并将种植区分隔成拥有相等空间的多个分隔区；在研究植物种内相互作用时，将同种植物等量、均匀种植于不同的分隔区中；在研究植物种间相互作用时，将不同种植物分别均匀种植于不同的分隔区中。分隔层的作用在于将同种或不同种植物的生长区域均匀分隔开，以便于对植物种内或种间相互作用进行研究；同时还可以为植物提供大小相同的生长空间，从而排除因空间不同造成的植物生长差异为研究植物间相互作用带来的干扰。
所述分隔层的设置可以根据对植物种内或种间相互作用研究的需要进行选择，具体而言：当不设置分隔层时，植物的地下部分自由延伸，发生直接接触，且营养物质和植物的分泌物会自由扩散，因此，不设置分隔层的装置可用于研究同种或不同种植物之间的地上部分相互作用和地下部分直接相互作用；当设置部分分隔层时，植物的地下部分不会发生直接接触，且生长空间相同，但是营养物质和植物的分泌物可以穿过网状结构的孔隙自由扩散，从而对另外一个分隔区中的植物产生间接的影响，因此，设置部分分隔层的装置可用于研究同种或不同种植物之间的地上部分相互作用和地下部分的间接相互作用；当设置完全分隔层时，植物的地下部分无法直接接触，生长空间相同，且营养物质和分泌物也无法通过分隔层，不会对异种植物造成间接影响，因此，设置完全分隔层的装置可以用于研究同种或不同种植物之间的地上部分相互作用。
所述营养区的作用为：通过该区域对营养液的直接吸收作用，为植物提供持续不间断的养分供给。此外，位于种植区的培养基质之间的缝隙形成许多毛细管，这些毛细管通过毛细作用为营养液由下至上运输提供动力，保证营养液的持续供应。本发明将营养液由下向上转移，可以确保为植物持续提供充足养分供应的同时，使植物根系避免接受到水流由上而下的冲刷，从而保持与自然种植相似的形态参数，同时避免了因水流冲刷导致的植物分泌物流失为研究植物种内或种间相互作用带来的干扰。
所述营养区为一根顶端为锥形结构的圆柱形空心管；其圆柱形管状部分的横截面内径为种植区横截面内径的30～50％，优选为40％，可在确保营养液吸收速度的同时避免占据过多的营养区空间，若内径小于该范围则影响液体的吸收速率，造成植物生长后期养分供应不足，若内径大于该范围则影响营养区液体储存量，增加营养液的添加次数，增大工作量及误操作的可能性；营养区顶端与种植区底部边缘紧密连接，顶端的锥形结构为营养物质的均匀分布提供了空间，同时确保了营养液被种植区中植物根系吸收的连续性；营养区底端插入营养液区，以确保营养液区中的营养液能够进入营养区。
所述营养区可选用漏斗结构；所述漏斗的圆柱形管状部分横截面内径为种植区横截面内径的30～50％，优选为40％，漏斗的顶端与种植区底部边缘紧密连接，底端插入营养液区。
所述营养液区为侧面和底部非透明的容器，用于盛装为植物生长提供营养成分的营养液；其顶部开放，顶部边缘与营养区紧密相连。该区域可以确保在种植和研究过程中方便地添加或更换营养液。
所述避光包裹层为将装置侧表面完全覆盖的非透明结构，其材料可选用锡箔纸。该包裹层的作用为：模拟植物自然生长的环境，使植物的地下部分完全避光，尤其是将三个区域之间的连接部分充分遮挡，避免透光。
本发明所述装置的组装方法简便，具体为：将所述营养液区、营养区、种植区由下至上放置，紧密连接，固定，在侧表面覆盖避光包裹层，即得装置。
本发明所提供的装置可以应用于植物种内或种间相互作用的研究，具体而言，可以在所述装置的基础上构建一种研究植物种内或种间相互作用的体系。
本发明进一步提供了一种用于研究植物种内或种间相互作用的体系，该体系的构建方法包括以下步骤：
(1)将营养液区、营养区、种植区由下至上放置，紧密连接，固定，在侧表面覆盖避光包裹层，即得装置；所述营养液区中添加植物所需营养液；
(2)根据植物的特性选择培养基质，均匀添加到种植区中；
(3)将萌发的同种或不同种植物种子均匀种在的种植区中，或将萌发的同种植物种子均匀种在种植区的不同分隔区中，或将萌发的不同种植物种子分别均匀种在种植区的不同分隔区中，置于适于植物生长的环境中，即得体系。
其中，所述营养液的配方优选为：K2SO47.5×10-4mol/L,MgSO4·7H2O 6.5×10-4mol/L，KCl 1.0×10-4mol/L，KH2PO42.5×10-4mol/L,MnSO4·H2O 1.0×10-6mol/L,CuSO4·5H2O 1.0×10-7mol/L,ZnSO4·7H2O 1.0×10-6mol/L,Ca(NO3)2·4H2O 2.0×10-3mol/L,(NH4)6Mo7O24·4H2O 5.0×10-9mol/L,H3BO31.0×10-5mol/L,EDTA-Fe(Na)1.0×10-4mol/L；
所述培养基质优选为石英砂；
所述植物生长的环境优选为：光照时间为16h，光照温度为25～30℃，黑暗时间为8h，黑暗温度为18～22℃。
本发明提供的装置及体系可以带来以下显著的技术效果：(1)原料易得，装置结构简洁，组装方式简单，体积小，便携，应用十分方便；(2)使营养液由下向上移动被植物根系所吸收，提供持续不间断的养分供给，避免传统装置中频繁浇灌对植物根系带来的影响，同时避免浇灌造成的植物地下部分分泌物的流失；(3)能够明确地区分植物间的地上部分相互作用、地下部分直接相互作用以及地下部分间接相互作用；(4)可以为植物提供相同的地下部分生长空间，避免了生长空间不同为植物种内或种间相互作用研究带来的干扰；(5)可以方便地添加或更换营养液；(6)结合了基质栽培与营养液栽培方法的优势，接近植物自然生长状态。
附图说明
图1为实施例1所得装置；图中，1为种植区，2为营养区，3为营养液区，4为避光包裹层。
图2为实施例5或6所得体系；图中，1为种植区，2为营养区，3为营养液区，4为避光包裹层，5为分隔层；在实施例5中，分隔层为均匀网状结构，在实施例6中，分隔层无孔隙。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的装置
装置包括以下部分：顶部开口的圆柱状种植区，营养区，营养液区和避光包裹层；其中，所述种植区位于装置的上部，为非透明结构，其顶部开放，底部为一层厚度均匀的脱脂棉，种植区的横截面直径为10cm；所述营养区位于装置的中部，为漏斗结构，漏斗的顶部与种植区底部边缘紧密相接，漏斗的圆柱形管状部分内径为4cm，圆柱形管状部分的底端插入营养液区；所述营养液区位于装置的底部，为非透明柱状容器，其顶部开放，顶部边缘与营养区紧密相连接；所述避光包裹层为锡箔纸，覆盖装置侧表面。
实施例2：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的装置
与实施例1的区别仅在于，所述漏斗圆柱形管状部分内径为10cm；设置分隔层，该分隔层垂直贯穿种植区和营养区，将种植区分隔成拥有相等空间的两个分隔区；所述分隔层为孔径为400目(38微米)的硬质尼龙网。
实施例3：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的装置
与实施例2的区别仅在于，所所述漏斗圆柱形管状部分内径为4cm；所述分隔层为无孔的塑料膜。
实施例4：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的体系
按照以下步骤制备体系：
(1)取实施例1所得装置；在营养液区中添加植物所需营养液，营养液配方为(单位mol/L)：K2SO47.5×10-4,MgSO4·7H2O 6.5×10-4,KCl 1.0×10-4,KH2PO42.5×10-4,MnSO4·H2O 1.0×10-6,CuSO4·5H2O1.0×10-7,ZnSO4·7H2O 1.0×10-6,Ca(NO3)2·4H2O 2.0×10-3,(NH4)6Mo7O24·4H2O 5.0×10-9,H3BO31.0×10-5,EDTA-Fe(Na)1.0×10-4；
(2)根据植物的特性选择培养基质石英砂，均匀添加到种植区中；
(3)将萌发的玉米种子均匀种在的种植区中，置于适于植物生长的环境中，光照时间为16h，光照温度为25～30℃，黑暗时间为8h，黑暗温度为18～22℃，即得体系。
实施例5：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的体系
按照以下步骤制备体系：
(1)取实施例2所得装置；在营养液区中添加植物所需营养液，营养液配方为(单位mol/L)：K2SO47.5×10-4,MgSO4·7H2O 6.5×10-4,KCl 1.0×10-4,KH2PO42.5×10-4,MnSO4·H2O 1.0×10-6,CuSO4·5H2O1.0×10-7,ZnSO4·7H2O 1.0×10-6,Ca(NO3)2·4H2O 2.0×10-3,(NH4)6Mo7O24·4H2O 5.0×10-9,H3BO31.0×10-5,EDTA-Fe(Na)1.0×10-4；
(2)根据植物的特性选择培养基质石英砂，均匀添加到种植区中；
(3)将萌发的小麦和玉米种子分别均匀种在种植区中的两个分隔区中，置于适于植物生长的环境中，光照时间为16h，光照温度为25～30℃，黑暗时间为8h，黑暗温度为18～22℃，即得体系；该体系示意图见图2。
实施例6：用于研究植物种内或种内或种间相互作用的体系
按照以下步骤制备体系：
(1)取实施例3所得装置；在营养液区中添加植物所需营养液，营养液配方为(单位mol/L)：K2SO47.5×10-4,MgSO4·7H2O 6.5×10-4,KCl 1.0×10-4,KH2PO42.5×10-4,MnSO4·H2O 1.0×10-6,CuSO4·5H2O1.0×10-7,ZnSO4·7H2O 1.0×10-6,Ca(NO3)2·4H2O 2.0×10-3,(NH4)6Mo7O24·4H2O 5.0×10-9,H3BO31.0×10-5,EDTA-Fe(Na)1.0×10-4；
(2)根据植物的特性选择培养基质石英砂，均匀添加到种植区中；
(3)将萌发的小麦和玉米种子分别均匀种在种植区中的两个分隔区中，置于适于植物生长的环境中光照时间为16h，光照温度为25～30℃，黑暗时间为8h，黑暗温度为18～22℃，即得体系；该体系示意图见图2。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于研究植物种内或种间相互作用的装置，其特征在于，包括以下部分：顶部开口的柱状种植区，营养区，营养液区和避光包裹层；其中，种植区位于装置的上部，营养区位于装置的中部，营养液区位于装置的下部，三个部分紧密连接；避光包裹层覆盖装置侧表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述营养区为一根顶端为锥形结构的圆柱形空心管，其圆柱形管状部分的横截面内径为种植区横截面内径的30～50％，顶端与种植区底部边缘紧密连接，底端插入营养液区。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述营养区为漏斗结构；所述漏斗的圆柱形管状部分横截面内径为种植区横截面内径的40％，顶端与种植区底部边缘紧密连接，底端插入营养液区。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的装置，其特征在于，所述种植区侧面不透明，底部为可以使液体通过的隔离层。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述种植区包含垂直贯穿种植区和营养区的分隔层；所述分隔层将种植区分隔成拥有相等空间的多个分隔区。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分隔层为孔隙直径小于植物根系直径的均匀网状结构。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分隔层为无孔隙结构。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述营养液区的侧面和底部均不透明，其顶部边缘与营养区紧密连接。
9.权利要求1～8任意一项所述装置在研究植物种内或种间相互作用中的应用。
10.一种用于研究植物种内或种间相互作用的体系，其特在于，包含权利要求1～8任意一项所述的装置；所述体系由以下步骤构建而成：
(1)将营养液区、营养区、种植区由下至上放置，紧密连接，固定，在表面覆盖避光包裹层，即得装置；所述营养液区中添加植物所需营养液；
(2)根据植物的特性选择培养基质，均匀添加到种植区中；
(3)将萌发的同种或不同种植物种子均匀种在的种植区中，或将萌发的同种植物种子均匀种在种植区的不同分隔区中，或将萌发的不同种植物种子分别均匀种在种植区的不同分隔区中，置于适于植物生长的环境中，即得体系。
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