CN107094518A - 一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法 - Google Patents

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徐小健
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    • A01G7/00—Botany in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，属于生态修复工程和植物信息检测技术领域。该方法由高到低依次设置不同磷含量的培养液同时对长势一致的植物分别进行培养，经过2周以上处理后，测定并计算植物组织中的磷含量C；将磷含量最高的培养液培养过的植物组织中的磷含量作为参照，计算各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量RC，分别相加得到各磷含量的培养液培养后的累积相对磷含量TRC；比较不同植物间的TRC数值大小，定量不同植物的固有抗低磷胁迫能力。本发明具有操作简便，测定效率高，不受外界环境影响等优点，可用于土壤瘠薄且生态环境脆弱地区适生物种的快速筛选。

Description

一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法
技术领域
本发明属于生态修复工程和植物信息检测技术领域，具体涉及一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法。
背景技术
中国西南喀斯特地区岩石易溶且土壤瘠薄，土壤中的有效磷含量大约仅为0.033mmol/L，十分匮乏，不利于植物的正常生长，生态系统十分脆弱，导致当地经济产量低下，影响农民收入，使得地区贫困现象日益加剧，较低的有效磷含量是植被恢复的重要限制因子之一。为了营建一个功能良好的稳定的生态系统，植被恢复的成败与否至关重要，在生态系统脆弱的喀斯特地区发展与培育优势物种已被证明是可行的。然而在喀斯特地区的缺磷环境中进行植树造林，合适物种的筛选仍然是关键所在，这也成为限制喀斯特地区生态修复的技术瓶颈。
磷在植物的生长和代谢活动中发挥着非常重要的作用，植物对低磷的适生机制也可以成为其对喀斯特环境的适生策略之一。植物在长期的进化过程中形成了各种不同的对土壤缺磷的适应性反应，以完成其生命周期。
缺磷条件下大多数植物最典型的变化是根冠比增加，可使植物利用有限的碳水化合物形成更大的吸收根表面积，以获得更多的营养。缺磷胁迫还会增加植物根系有机酸分泌量，根系分泌的有机酸通过酸化、络合或鳌合作用以活化土壤中难溶性磷化合物如钙磷、铁磷和铝磷，从而缓解磷胁迫。缺磷条件下不同植物不仅因所表现出的适应性反应不同而对土壤磷的利用能力不同，而且同一植物的不同品种在对土壤中磷的吸收以及体内磷的利用率方面也可能存在明显差异。
植物组织中磷含量的变化特征能够反映植物对土壤中无机磷的吸收利用情况，植物较强的无机磷获取能力能够减缓缺磷胁迫下植物组织中磷含量的下降速率，维持植物的正常生长，从而增强植物对喀斯特地区低磷环境的适应性。因此可以依据植物在缺磷环境下磷含量的相对下降速率判断不同植物的固有抗低磷胁迫能力，为筛选喀斯特适生植物提供新方法。
考虑到喀斯特环境的高度异质性，即使在同一地区，也存在着程度大小不一的低磷胁迫，为了能够使抗低磷胁迫能力不同的植物合理配置到对应的缺磷环境中，需要定量比较不同植物的抗低磷胁迫能力。
对现行专利《利用根系有机酸的分泌特征检测植物抗缺磷胁迫能力》(CN103163238A)，主要利用根系分泌的有机酸对磷的提取成本来检测植物的抗低磷胁迫能力，由于根系分泌物本身的复杂性，对测试方法要求较高，需要对几种有机酸分别进行分离纯化和浓缩。同时，无法高度还原自然状况下植株在土壤中的分泌情况。
也有许多研究主要集中在植物对低磷胁迫的适生机制，光合、生理特性、根系形态和生长对低磷胁迫的响应，以及植物对磷的吸收能力等方面。研究结果仅仅定性分析了不同植物对低磷胁迫的适应能力。
在喀斯特地区，为了提高脆弱生态环境的治理效率，适生物种与异质性环境的精确锚定需要一种能够高效、准确定量植物固有抗低磷胁迫能力的方法。利用植物在缺磷环境下磷含量的相对下降速率能够定量植物固有抗低磷胁迫的能力。
发明内容
本发明提供了一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，以更快速、准确、高效的比较不同植物的固有抗低磷胁迫能力，为筛选喀斯特适生植物提供新的指标体系。
本发明采用的技术方案为：
一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，包括以下步骤：
步骤一，实验室内采用同样规格的穴盘萌发植物种子，配制培养液培养植物幼苗，至3叶期以上，随机选取生长状况相似的植物幼苗，由高到低依次设置不同磷含量的培养液，分别对选取的植物幼苗进行相同时间段的培养；
步骤二，选取每一磷含量的培养液培养后的植物5株，将植物组织置于烘箱中烘干、研碎、过筛，并称取0.3～0.5g研碎的粉末进行消解；
步骤三，测定消解液中磷的浓度n，并计算植物组织中的磷含量C；
步骤四，将磷含量最高的培养液培养过的植物组织中的磷含量作为参照，计算各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值RCi，i为1，2，3…；
步骤五，将各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值相加得到植物组织累积相对磷含量值TRC；
步骤六，比较植物组织累积相对磷含量值TRC的大小，从而定量计算出不同植物固有抗低磷胁迫的能力。
进一步，所述步骤一中培养的时间不少于2周。
进一步，所述步骤三中采用连续流动分析仪测定消解液中磷的浓度n。
进一步，所述步骤四中各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值的计算公式为RCi＝Ci/C1，其中Ci为第i个磷含量的培养液培养后的植物组织中的磷含量，i为1，2，3…。
进一步，所述步骤五中植物组织累积相对磷含量值TRC的计算公式为TRC＝ΣRCi＝RC1+RC2+RC3+…，i为1，2，3…。
本发明的有益效果为：
1)本方法采用连续流动分析仪对植物组织消解液中磷的浓度进行测定，无需分离纯化过程，技术成熟，工作效率高，精确度高，一次性可以对大量植物进行检测评估。
2)本方法不受任何时间和空间地理因素的影响，只需对比分析随根系周围营养液中无机磷浓度的下降，不同植物体内磷含量的相对下降速率，在实验室就可以进行检测，具有较好的可控性。
3)喀斯特石灰土多为低磷环境，植物对低磷环境的适应性在一定程度上能够表征其对喀斯特环境的适应性，因此本法可直接用于喀斯特适生植物的筛选。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的的技术方案作进一步详细说明。
实验室内采用同样规格的穴盘萌发牵牛花、金银花和爬山虎种子，配制培养液培养植物幼苗，至3叶期以上，随机选取生长状况相似的牵牛花、金银花和爬山虎幼苗，由高到低依次设置浓度分别为1.000、0.500、0.250、0.125、0.063和0.032mmol/L共6个不同磷含量的培养液，分别对牵牛花、金银花和爬山虎幼苗同时进行水培，其中以磷含量为1.000mmol/L的培养液水培后的一组作为对照组。
水培处理30天后，于同一天同一时刻，选取各磷含量的培养液水培后的牵牛花、金银花和爬山虎各5株，同时将其叶片分别置于烘箱中烘干、研碎、过筛，并准确称取0.3～0.5g研碎的粉末进行消解。
利用连续流动分析仪分别测定消解液中磷的浓度n，单位为mg/L；植物叶片中的磷含量C，单位为mg/g，通过如下公式计算：
其中：d是稀释倍数；V是消解液的体积，单位为mL；M是用于消解的植物叶片的干重，单位为g，计算结果如表1所示。
表1各磷含量的培养液水培后的牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的磷含量
表1是各磷含量的培养液水培后的牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的磷含量，从表1中可以看出，在根系周围环境中的磷含量水平下降的情况下，金银花叶片中的磷含量在各磷含量的培养液水培处理后均为最高，牵牛花次之，爬山虎则最低，说明在缺磷环境下金银花叶片中的磷含量下降速率较慢，而爬山虎则下降最快。将对照组中的牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的磷含量作为参照，分别计算各磷含量的培养液水培后的三种植物叶片中的相对磷含量值RCi，i为1，2，3，4，5，6。
各磷含量的培养液水培后的植物叶片中的相对磷含量值的计算公式为：
RCi＝Ci/C1 (2)
其中：Ci为第i个磷含量的培养液水培后的植物叶片中的磷含量，i分别为1，2，3，4，5，6。
将各磷含量的培养液水培后的牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的相对磷含量值分别相加得到累积相对磷含量值TRC，即
TRC＝ΣRCi＝RC1+RC2+RC3+RC4+RC5+RC6 (3)
分别比较待测牵牛花、金银花和爬山虎叶片的累积相对磷含量TRC数值的大小，定量计算三种植物的抗低磷胁迫能力。
表2各磷含量的培养液水培后牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的相对磷含量
表2是各磷含量的培养液水培后牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的相对磷含量，从表2可以看出，牵牛花、金银花和爬山虎叶片中的累积相对磷含量值TRC的大小分别为5.029，6.427和3.412，从而定量计算出不同植物抗低磷胁迫的能力为：金银花＞牵牛花＞爬山虎。因此，本发明可以由累积相对磷含量值TRC的大小来判定植物的抗低磷胁迫能力。缺磷环境下，植物较强的无机磷获取能力能够减缓缺磷胁迫下植物组织中磷含量的下降速率，维持植物的正常生长，从而增强植物对喀斯特地区低磷环境的适应性。植物叶片中的磷含量下降越慢，植物叶片中的累积相对磷含量值就越大，其抗低磷胁迫能力就越强。
以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明保护。

Claims (5)

1.一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，实验室内采用同样规格的穴盘萌发植物种子，配制培养液培养植物幼苗，至3叶期以上，随机选取生长状况相似的植物幼苗，由高到低依次设置不同磷含量的培养液，分别对选取的植物幼苗进行相同时间段的培养；
步骤二，选取每一磷含量的培养液培养后的植物5株，将植物组织置于烘箱中烘干、研碎、过筛，并称取0.3～0.5g研碎的粉末进行消解；
步骤三，测定消解液中磷的浓度n，并计算植物组织中的磷含量C；
步骤四，将磷含量最高的培养液培养过的植物组织中的磷含量作为参照，计算各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值RCi，i为1，2，3…；
步骤五，将各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值相加得到植物组织累积相对磷含量值TRC；
步骤六，比较植物组织累积相对磷含量值TRC的大小，从而定量计算出不同植物固有抗低磷胁迫的能力。
2.如权利要求1所述的一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，其特征在于，所述步骤一中培养的时间不少于2周。
3.如权利要求1所述的一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，其特征在于，所述步骤三中采用连续流动分析仪测定消解液中磷的浓度n。
4.如权利要求1所述的一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，其特征在于，所述步骤四中各磷含量的培养液培养后的植物组织中的相对磷含量值的计算公式为RCi＝Ci/C1，其中Ci为第i个磷含量的培养液培养后的植物组织中的磷含量，i为1，2，3…。
5.如权利要求1所述的一种定量计算植物固有抗低磷胁迫能力的方法，其特征在于，所述步骤五中植物组织累积相对磷含量值TRC的计算公式为TRC＝ΣRCi＝RC1+RC2+RC3+…，i为1，2，3…。
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CN108956863A (zh) * 2018-05-21 2018-12-07 中国科学院地球化学研究所 一种基于无机氮素利用效率的植物抗岩溶干旱能力的检测方法

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CN105009963A (zh) * 2015-08-10 2015-11-04 中国科学院地球化学研究所 植物对低磷环境的适应性的鉴定方法
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张吉海: "《玉米不同基因型耐低磷胁迫初探》", 《四川农业大学硕士学位论文》 *

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