CN106546588A - 可视化和量化植物根际pH值的方法 - Google Patents
可视化和量化植物根际pH值的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106546588A CN106546588A CN201610937214.0A CN201610937214A CN106546588A CN 106546588 A CN106546588 A CN 106546588A CN 201610937214 A CN201610937214 A CN 201610937214A CN 106546588 A CN106546588 A CN 106546588A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- rhizosphere
- agar
- root
- plant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
- G01N21/80—Indicating pH value
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
一种可视化和量化植物根际pH值的方法，首先是将植物在不同生境水培条件下培养一段时间，然后把根系镶嵌于含有溴甲酚紫指示剂的琼脂凝胶板中，将根部避光并置于植物生长箱中培养显色4~8h，随后经图像扫描仪(EPSON Ver.2.05J)扫描琼脂凝胶板，最后对根际琼脂显色图像进行处理和数字化分析，根据根际微域pH变化与色阶之间的关系，来计算根际pH值的大小。本方法能够可视化和量化植物根际pH值酸碱变化的程度；另外，本发明方法易行、直观，材料易得，成本廉价。
Description
技术领域
本发明涉及一种量化植物根际pH值的实验方法技术领域。具体涉及一种植物根际pH可视化和量化的实验及计算方法。
背景技术
根际是距离植物根表面几微米到几毫米距离的区域，是土壤与植物生态系统物质交换的活跃界面，是根系自身活动和代谢对土壤生物化学性质影响最直接、最强烈的微域，根际环境在根系作用下时刻处于动态变化之中。植物根系不仅能够从土壤中吸收养分和水分，还能向根际分泌200多种物质，有质子、离子、有机物质等，一般认为，根系表面1~2mm处0.5~1个pH单位的变化归结于土壤化学组分的变化，而根际pH的变化主要由与植物根系养分吸收相耦联的质子和有机酸的分泌作用引起的，根际pH变化对土壤元素的有效性有很大影响。如何动态监测和量化植物根际pH，一直是相关研究人员试图解决的问题。国内外测定根际pH值的方法主要有三种，第一种是使用酸度计，它通过选择电极（如玻璃电极）来测量水培溶液或根际土壤溶液的pH值，它仅能反映介质中氢离子的强度指标，不能衡量容量指标，该方法缺乏直观性和准确性；第二种是利用微电极离子流测定技术(MicroelectrodeIon Flux Estimation Technique, MIFE) 测定水培条件下植物根部不同区域H+流速的变化，根域离子的动态流动为组织和细胞内离子稳态的调控提供了准确信息，该方法操作快速，具有非损伤测量的优势, 但缺乏直观性且仪器相对昂贵；第三种是琼脂-指示剂原位显色测定根际pH值，此方法操作简单直观，可观察到根际区域发生的pH变化，但该方法不能量化根际微域酸化或碱化程度的大小。可见，上述方法均有一定的局限性，涉及到微电极离子流、非损伤微测技术（NMT）等仪器昂贵，导致试验成本增加。
发明内容
本发明的目的是研制一种原位量化植物根际pH值的显色实验方法。解决了前人研究方法操作复杂、测定结果不准确、成本昂贵等问题。
一种可视化和量化植物根际pH值的方法，首先将植物在不同生境水培条件下培养一段时间，然后把根系镶嵌于含有溴甲酚紫指示剂的琼脂凝胶板中，将根部避光并置于植物生长箱中培养显色4~8h，随后经图像扫描仪扫描琼脂凝胶板，对得到的根际琼脂显色扫描图片进行处理和数字化分析，根据根际微域pH变化与色阶之间的关系，来计算根际pH值的大小。
具体操作步骤如下：
1. 植物培养及显色过程：
（1）选取均一大小的种子进行消毒与萌发；待种子露白后，将其固定在萌发纸上进行溶液培养，培养到所需时间后进行显色；
（2）小心地将根取出，挑选长势比较整齐均匀的根，先将其浸入0.2mMCaSO4溶液中，五分钟后，将根取出，用去离子水冲洗~4遍备用；
（3）配置琼脂凝胶培养基，其组成为：9.0g/L琼脂，0.1g/L溴甲酚紫指示剂，高压灭菌30分钟，之后将琼脂凝胶pH值调节到5.0~5.5之间，待冷却到55°后，均匀平铺于有机透明玻璃板凹槽内，琼脂厚度为3mm；
（4）将整个植物的根系部分展开平铺在琼脂凝胶板上，轻轻的将根系镶嵌于琼脂中，然后在琼脂凝胶板的两侧放置透明胶条垫厚至6 mm，用另一块大小一致的有机玻璃板覆盖之上，根系部分避光处理后置于人工气候生长箱中，培养4~6h显色后进行扫描，溴甲酚紫作为酸碱指示剂，由酸性到碱性显色是从黄色到紫色的渐变过程；
2. 图像扫描：扫描仪扫描琼脂凝胶板，得扫描图片；
3. 图像处理：用Photoshop软件对扫描图片进行优化处理；
4. 图像显色量化过程：用Scion Image软件对优化后的扫描图片数字化分析得到用Excel打开的可见根际灰度值数据输出表；
5. 图像显色pH值计算过程：
（1）建立琼脂pH实测值和其灰度值之间的线性关系式：y = ax + b，其中y为pH值，x为灰度值，灰度值变化范围在pH 4.0~7.2之间，琼脂颜色变化从黄色至紫色；
（2）根据显色区域的pH值，计算根际酸碱化程度的总量，H+的计算公式为：
H+ = ［(10-pHt ) - (10-pH 0 )］× 109 × Pa / 1000，其中H+是质子的数量，在每个像素区域中pH的变化；pH 0 和 pH t 是指在每个像素中最初pH和最终pH值；Pa是像素区域的体积(cm3)，为 0.01875 cm3 (0.0625cm2 ×0.3cm)。计算结果正值表明酸化，负值则表明碱化。
本发明和现有的植物根际pH值测定方法相比，具有的优点和改进如下：
第一 本方法以溴甲酚紫作为酸碱指示剂，根据酸碱显色原理，建立琼脂pH实测值与琼脂色阶之间的关系，通过图像扫描和图像分析来计算根际pH的变化值，所得pH值更加精确，兼有定性和定量化的优点。
第二 本方法能够模拟植物根系的生长环境，可避免根际pH变化受人为因素的干扰，根际pH变化显色过程的可视化程度高，操作便利。
总之，本发明可操作性强，容易控制，成本廉价，可模拟不同的生境条件，直观地观测到根际pH值的变化，且进行量化，目前国内外尚未发现此种方法。
附图说明
图1为用Photoshop软件优化的扫描图像；
图2为本发明可见根际灰度值数据输出表的部分截图；
图3为本发明图像显色pH值计算的部分截图；
图4为本发明根际酸化或碱化总量的部分截图。
具体实施方式
下面对本发明的操作过程结合实验原理做进一步说明，主要操作步骤如下：
1. 植物培养及显色过程：
（1）选取均一大小的种子进行消毒与萌发；待种子露白后，将其固定在萌发纸上进行溶液培养，培养到所需时间后进行显色。
（2）小心地将根取出，挑选长势比较整齐均匀的根，先将其浸入0.2mMCaSO4溶液中，五分钟后，将根取出，用去离子水冲洗3~4遍备用。
（3）配置琼脂凝胶培养基（比例为9.0g/L琼脂，0.1g/L溴甲酚紫指示剂），高压灭菌30分钟，之后将琼脂凝胶pH值调节到5.0~5.5之间，待冷却到55°后均匀平铺于有机透明玻璃板凹槽内，琼脂厚度为3mm。
（4）将整个植物的根系部分展开平铺在琼脂凝胶板上，轻轻的将根系镶嵌于琼脂中，然后在琼脂凝胶板的两侧放置透明胶条垫厚至6 mm，用另一块大小一致的有机玻璃覆盖之上，根系部分避光处理后置于人工气候生长箱中，培养4~6h显色后进行扫描，溴甲酚紫作为酸碱指示剂，由酸性到碱性显色是从黄色到紫色的渐变过程。
2. 图像扫描：
打开电脑（PC机）及扫描仪 (EPSON Ver. 2.05J，其它型号也可以)，进入程序EPSONScan设置，单击模式按钮，选择家庭模式（home mode），图像类型选彩色（color），目标设备选其他（other），分辨率选96 dpi（90/92）；单击亮度框选3/4（最大亮度的3/4）。单击配置按钮：在预览窗口大小选中等，像素取样区选1×1像素，点击确定。单击色彩按钮：在ICM中来源选EPSON，目标选sRGB，点击确定后至主页面，先单击预览，再扫描琼脂凝胶板，图片保存格式为TIFF文件。
3. 图像处理：
用Photoshop软件打开扫描后的图片。首先，用工具栏的矩形框选择完整的根系显色区域，单击编辑标题选择拷贝，单击文件标题选择新建，单击编辑标题选择预设（自定），分辨率设为96（和扫描时一致），然后粘贴矩形框内图像，以JPG格式保存图片，保存图片时弹出JPG选项对话框，选择图像品质为最佳，选择基线已优化。
单击图像标题，下拉菜单至调整选色调分离，色阶统一为定值（3或者4），点击ok。然后用套索工具将图像中的杂质去除（颜色应与周边颜色一致），同时把根系颜色变为与无显色区域相同的颜色。单击图像标题下拉菜单至模式选灰度→拼合，图像变灰。点击图像标题至图像大小对话框，分辨率为15，其他3项都打勾√（见图1）。最后保存文件，文件存储为Tiff格式，其他不变。
4. 图像显色量化过程：
打开Scion Image（4.03）软件。打开保存的图像文件，点击Analyze标题，下拉菜单至Show histogram，点击File标题选数据输出Export，然后选择Text格式保存文件，结果用Excel打开可见根际灰度值表，详见图2。
5.图像显色pH值计算过程：
（1）建立琼脂pH实测值和其灰度值之间的线性关系式：y = ax + b，其中a、b为参数，y为pH值，x为灰度值，灰度值变化范围在pH 4.0 ~7.2之间，琼脂颜色变化从黄色至紫色，相应的灰度颜色变化从灰白到黑灰色。根据建立的关系式，计算显色区域的pH值，详见图3。
（2）根据显色区域的pH值，计算根际酸碱化程度的总量，H+的计算公式为：H+ = ［(10-pHt ) - (10-pH 0 )］× 109 × Pa / 1000，其中H+是质子的数量，在每个像素区域中pH的变化；pH 0 和 pH t 是指在每个像素中最初pH和最终pH值；Pa是像素区域的体积(cm3)，为0.01875 cm3 (0.0625cm2 ×0.3cm)。计算结果正值表明酸化，负值则表明碱化。计算数据如图4。
Claims (2)
1.一种可视化和量化植物根际pH值的方法，其特征是首先将植物在不同生境水培条件下培养一段时间，然后把根系镶嵌于含有溴甲酚紫指示剂的琼脂凝胶板中，将根部避光并置于植物生长箱中培养显色4~8h，随后经图像扫描仪扫描琼脂凝胶板，对得到的根际琼脂显色扫描图片进行处理和数字化分析，根据根际微域pH变化与色阶之间的关系，来计算根际pH值的大小。
2.根据权利要求1所述的一种可视化和量化植物根际pH值的方法，其特征是：具体操作步骤如下：
植物培养及显色过程：
（1）选取均一大小的种子进行消毒与萌发；待种子露白后，将其固定在萌发纸上进行溶液培养，培养到所需时间后进行显色；
（2）小心地将根取出，挑选长势比较整齐均匀的根，先将其浸入0.2mMCaSO4溶液中，五分钟后，将根取出，用去离子水冲洗~4遍备用；
（3）配置琼脂凝胶培养基，其组成为：9.0g/L琼脂，0.1g/L溴甲酚紫指示剂，高压灭菌30分钟，之后将琼脂凝胶pH值调节到5.0~5.5之间，待冷却到55°后，均匀平铺于有机透明玻璃板凹槽内，琼脂厚度为3mm；
（4）将整个植物的根系部分展开平铺在琼脂凝胶板上，轻轻的将根系镶嵌于琼脂中，然后在琼脂凝胶板的两侧放置透明胶条垫厚至6 mm，用另一块大小一致的有机玻璃板覆盖之上，根系部分避光处理后置于人工气候生长箱中，培养4~6h显色后进行扫描，溴甲酚紫作为酸碱指示剂，由酸性到碱性显色是从黄色到紫色的渐变过程；
图像扫描：扫描仪扫描琼脂凝胶板，得扫描图片；
图像处理：用Photoshop软件对扫描图片进行优化处理；
图像显色量化过程：用Scion Image软件对优化后的扫描图片数字化分析得到用Excel打开的可见根际灰度值数据输出表；
图像显色pH值计算过程：
（1）建立琼脂pH实测值和其灰度值之间的线性关系式：y = ax + b，其中y为pH值，x为灰度值，灰度值变化范围在pH 4.0~7.2之间，琼脂颜色变化从黄色至紫色；
（2）根据显色区域的pH值，计算根际酸碱化程度的总量，H+的计算公式为：，其中H+是质子的数量，在每个像素区域中pH的变化；pH 0 和 pH t 是指在每个像素中最初pH和最终pH值；Pa是像素区域的体积(cm3)，为0.01875 cm3 (0.0625cm2 ×0.3cm)；计算结果正值表明酸化，负值则表明碱化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610937214.0A CN106546588A (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 可视化和量化植物根际pH值的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610937214.0A CN106546588A (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 可视化和量化植物根际pH值的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106546588A true CN106546588A (zh) | 2017-03-29 |
Family
ID=58392984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610937214.0A Pending CN106546588A (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 可视化和量化植物根际pH值的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106546588A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111830118A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-27 | 兰州大学 | 一种利用稳定碳同位素测定豆科植物根系释放质子的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101663968A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-10 | 华南农业大学 | 一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法 |
| CN105929137A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-09-07 | 福建农林大学 | 绘制根际平面pH分布图的装置及方法 |
-
2016
- 2016-11-01 CN CN201610937214.0A patent/CN106546588A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101663968A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-10 | 华南农业大学 | 一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法 |
| CN105929137A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-09-07 | 福建农林大学 | 绘制根际平面pH分布图的装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李先婷: "盐胁迫对豌豆幼苗离子平衡和根际pH变化的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 农业科技辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111830118A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-27 | 兰州大学 | 一种利用稳定碳同位素测定豆科植物根系释放质子的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Martiel et al. | Measurement of cell traction forces with ImageJ | |
| CN102506772A (zh) | 一种基于手机的快速检测叶片面积的方法及装置 | |
| CN103969168B (zh) | 一种疏松矿物横截面孔隙率的定量测定方法 | |
| ATE481635T1 (de) | Verfahren zur analyse des intrazellulären metabolischen flusses unter verwendung eines mit isotop markierten substrates | |
| CN102507471B (zh) | 沉积物溶解态反应性磷（drp）二维分布的获取方法 | |
| CN104897592A (zh) | 基于高光谱技术的盐渍化土壤盐分离子含量监测方法 | |
| CN103257099A (zh) | 用于测量多孔介质渗吸的装置 | |
| García Moreno et al. | Shadow analysis of soil surface roughness compared to the chain set method and direct measurement of micro-relief | |
| CN104359884A (zh) | 一种pH荧光传感膜及碱性沉积物pH二维动态分布检测方法 | |
| Wagner et al. | Two-dimensional visualization and quantification of labile, inorganic plant nutrients and contaminants in soil | |
| CN106546588A (zh) | 可视化和量化植物根际pH值的方法 | |
| Lamb et al. | Digitalization of colourimetric sensor arrays for volatile fatty acid detection in anaerobic digestion | |
| Tang et al. | Impedance-based tracking of the loss of intracellular components in microalgae cells | |
| CN202442942U (zh) | 用于测量多孔介质渗吸的装置 | |
| Kibirige et al. | Off-site calibration approach of EnviroScan capacitance probe to assist operational field applications | |
| McBratney et al. | Two soil profile reconstruction techniques | |
| Wang et al. | Analysis on hydraulic characteristics of improved sandy soil with soft rock | |
| CN105510179B (zh) | 一种基于环刀法自动化测土密度仪 | |
| Marenco et al. | The intersection grid technique for quantifying the extent of bioturbation on bedding planes | |
| Baskin et al. | Kinematic characterization of root growth by means of Stripflow | |
| Stylianou et al. | Atomic force microscopy nano-characterization of 3D collagen gels with tunable stiffness | |
| Comegna et al. | Scaling the saturated hydraulic conductivity of a vertic ustorthens soil under conventional and minimum tillage | |
| CN105571532A (zh) | 一种叶面积的测量方法 | |
| CN205982086U (zh) | 一种土壤氧气二维分布测量装置 | |
| Ouk et al. | 3-D reconstruction of rice leaf tissue for proper estimation of surface area of mesophyll cells and chloroplasts facing intercellular airspaces from 2-D section images |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170329 |