CN107976330B - 土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置及方法，属于生物技术领域中。植物原位土壤培养仓置于底座上，该底座底面的中部固定连接中隔板，斜面板固定在中隔板左侧的底座中，该斜面板与上方的植物原位土壤培养仓的底部平行，该斜面板上方的空间是根系分泌物收集仓；带孔底板放置在中隔板右侧的底座中，上方的空间是根际土壤收集仓，以及循环装置。优点可以最大程度的反映植物在土壤中生长时根系分泌物的真实情况。由于离土根系与土壤中的根系是连为一体、相互连通的，因此离土根系分泌物的分泌情况能最大限度的趋近于土壤中根系分泌物的分泌情况。

Description

土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置及方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域中的植物根系分泌物和根际土壤的收集采样，具体涉及一种土壤培养植物的根系分泌物及根际土壤的原位收集装置和收集方法。

背景技术

植物根是植物的重要器官，不仅能固持植物体，吸收、储藏水分和营养物质，还能分泌各种物质到其所处的环境中，植物根系分泌到生长基质中的各种物质构成了植物的根系分泌物。植物根系分泌物具有重要的生态作用，在土壤结构形成、土壤养分活化、植物营养吸收、环境胁迫应答和缓解等方面都具有重要的作用。对根系分泌物的研究是植物营养、化感作用、污染胁迫、环境修复等领域的重要研究内容，受到国内外学者的普遍关注。但是，由于土壤中微生物对根系分泌物的吸收、利用以及根系分泌物本身组分复杂、含量低，种类和数量随植物类型、根际环境而异等特点，使得根系分泌物难以有效提取。根系分泌物的收集一直是困扰根系分泌物相关研究的重大问题，目前广泛采用的有溶液收集、基质培养收集或土培收集等方法，但是现行的这些收集方法都存在着各种不足，例如，虽然溶液收集法的操作比较容易，但是植物尤其是旱生植物在溶液中生长，和真实生长环境的差异很大，对根的生长没有机械阻力，且根系长期浸泡于水中容易缺氧烂根，收集的分泌物与实际情况有很大的出入；而基质培养收集如砂培收集法能够保证植物的透气性，也有较大的机械阻力，但是在培养过程中容易滋生青苔，污染培养系统，收集的分泌物难保其准确性；土培法最能真实体现植物根系分泌物在土壤中的分泌情况，但是土壤本身就是一种内含物极其复杂的物质，其收集到的物质含有大量原土壤所含的物质，不易区分原土含物与根系分泌物，且分泌物受到土壤微生物利用后产生更多更复杂的次生代谢物，结果与真实根系分泌物情况差异更大。总之，这些根系分泌物的收集方法一方面培养条件与自然环境存在较大差别，且忽视了土壤微生物等的影响，另一方面，极易对根造成伤害，导致试验结果可能与植物根系正常分泌结果有较大差异。

发明内容

本发明提供一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置及方法，以解决现有技术中只考虑根系分泌物本身，而忽视土壤微生物及土壤与根系分泌物之间存在密切关系的客观现实的问题，能最大限度的减少因清洗植物根系而对其造成的机械损伤，并尽可能的减少土壤内含物及土壤微生物对根系分泌物的干扰，提供一种能最大程度地反映土壤、根系分泌物和土壤物生物三者之间关系的收集装置和方法。

本发明采取的技术方案是：

底部呈V型的植物原位土壤培养仓置于底座上，该底座底面的中部固定连接中隔板、该中隔板位于植物原位土壤培养仓脊线的正下方且与该脊线平行，该中隔板和脊线之间的缝隙宽2-5mm、以使中隔板两侧相通，斜面板固定在中隔板左侧的底座中，该斜面板与上方的植物原位土壤培养仓的底部平行，该斜面板上方的空间是根系分泌物收集仓；带孔底板放置在中隔板右侧的底座中，至少一个土壤收集器放置在带孔底板上方，且最上层的土壤收集器的位置与斜面板的位置以中隔板为镜面呈镜像位置，带孔底板上方的空间是根际土壤收集仓，带孔底板下方的空间是储水仓，纯水箱经阀门一与循环泵连接，超声波雾化加湿装置与雾气风机连接，管路一一端穿过底座侧面与斜面板上部根系分泌物收集仓相通、另一端分别经阀门四与雾气风机连接和经阀门二与循环泵连接，斜面板最低处两个角上的出液孔分别与管路二连接，该管路二汇成一路后分别与循环泵连接和经阀门三与取样口连接。

本发明所述植物原位土壤培养仓的结构是：由两块相对的矩形围板、两块相对的五边形围板和底部两块斜面孔板合围而成，两块斜面孔板连接处形成脊线；

所述五边形围板的顶角α为140度～160度，顶角对应的两个底角β为直角。

所述土壤收集器结构是：框架上部铺粘500目的尼龙网。

所述框架厚度为2-4mm，采用亚克力板。

所述带孔底板厚度为2-5mm，采用亚克力板。

一种根系分泌物和根际土壤的原位收集方法，包括下列步骤：

(1)植物的培养

将植物繁殖体种植于植物原位土壤培养仓中，培养至植物根系穿过其斜面孔板进入下部收集空间，期间利用雾气风机将超声波雾化加湿装置产生的湿气吹入根系分泌物收集仓和根际土壤收集仓，以维持植物离土根系正常生长，当植物根系平铺满于斜面板和土壤收集器时，将植物原位土壤培养仓取下，用无菌超纯水清洗外露的离土根系，用无菌滤纸吸去根部的多余水分，下部斜面板和无土土壤收集器同样用无菌超纯水清洗；

(2)根系分泌物的收集，包括下列两种情况：

(a)根系分泌物的湿法收集

将植物原位土壤培养仓和底座重新组合，通过循环泵将一定体积的用于收集根系分泌物的超纯水经过进口泵入根系分泌物收集仓，从出液孔流回循环泵循环收集，循环到规定时间后，打开阀门三，从取样口收集分泌液，备用；

(b)根系分泌物的干法收集

先将与斜面板相同大小的无菌滤纸平铺于斜面板上，然后将植物原位土壤培养仓和底座重新组合，根系所分泌的分泌物被滤纸所吸收，待到规定收集时间后，取出滤纸，再置于离心管中，加入甲醇浸提，离心，取上清液浓缩干燥，所获干燥物即为根系分泌物，冻存备用；

(3)根际土壤的收集

取下根际土壤收集仓中的土壤收集器并倒置呈尼龙网在下，称取过筛土壤平铺于收集器内，压实以确保土面紧贴于尼龙网面，再用带孔底板或土壤收集器扣于表面，然后尼龙网面斜向上与斜面板呈镜像位置放置；土壤收集器数量根据需要确定，且只有最下层的土壤收集器扣在带孔底板上，植物根系平铺于土壤收集器上表面的500目尼龙网上，植物根系不能透过该尼龙网，但是根系分泌物可以自由通过该尼龙网进入另一侧的土壤中，到达规定时间后，取下土壤收集器，收集受根影响的根际土壤。

本发明具有如下优点：

利用本发明可以最大程度的反映植物在土壤中生长时根系分泌物的真实情况。由于离土根系与土壤中的根系是连为一体、相互连通的，因此离土根系分泌物的分泌情况能最大限度的趋近于土壤中根系分泌物的分泌情况。

收集经过无菌超纯水冲洗后的离土根的根系分泌物，既避免了土壤内容物对根系分泌物的干扰，也减少了土壤微生物对根系分泌物的次生代谢影响。

本发明使用的装置和方法，最大限度地减少了对植物根系的扰动，能避免其它土培法中清洗根系上的土壤而造成植物根系的机械损伤，根系内容物从伤口流出而干扰根系分泌物的分析，因此，本发明的装置和方法能够更真实地体现植物根系分泌物在土壤中的分泌情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明植物原位土壤培养仓的结构示意图；

图3是本发明去掉植物原位土壤培养仓的结构示意图；

图4是本发明土壤收集器的结构示意图；

图5是本发明带孔底板5的结构示意图。

具体实施方式

底部呈V型的植物原位土壤培养仓1置于底座18上，该底座底面的中部固定连接中隔板4、该中隔板位于植物原位土壤培养仓1脊线104的正下方且与该脊线平行，该中隔板和脊线之间的缝隙宽2-5mm、以使中隔板两侧相通，斜面板19固定在中隔板左侧的底座中，该斜面板19与上方的植物原位土壤培养仓1的底部平行，该斜面板上方的空间是根系分泌物收集仓2；带孔底板5放置在中隔板右侧的底座中，至少一个土壤收集器6放置在带孔底板上方，且最上层的土壤收集器的位置与斜面板19的位置以中隔板4为镜面呈镜像位置，带孔底板5上方的空间是根际土壤收集仓3，带孔底板5下方的空间是储水仓7，纯水箱8经阀门一9与循环泵10连接，超声波雾化加湿装置11与雾气风机12连接，管路一13一端穿过底座侧面与斜面板上部根系分泌物收集仓相通、另一端分别经阀门四20与雾气风机12连接和经阀门二14与循环泵10连接，斜面板最低处两个角上的出液孔1901分别与管路二15连接，该管路二汇成一路后分别与循环泵10连接和经阀门三16与取样口17连接。

本发明所述植物原位土壤培养仓的结构是：由两块相对的矩形围板101、两块相对的五边形围板102和底部两块斜面孔板103合围而成，两块斜面孔板103连接处形成脊线104；

所述五边形围板101的顶角α为140度～160度，顶角对应的两个底角β为直角。

所述土壤收集器6结构是：框架601上部铺粘500目的尼龙网602。

所述框架厚度为2-4mm，采用亚克力板。

所述带孔底板厚度为2-5mm，采用亚克力板。

一种根系分泌物和根际土壤的原位收集方法，包括下列步骤：

(1)植物的培养

将植物繁殖体种植于植物原位土壤培养仓1中，培养至植物根系穿过其斜面孔板103进入下部收集空间，期间利用雾气风机12将超声波雾化加湿装置11产生的湿气吹入根系分泌物收集仓2和根际土壤收集仓3，以维持植物离土根系正常生长，当植物根系平铺满于斜面板19和土壤收集器6时，将植物原位土壤培养仓1取下，用无菌超纯水清洗外露的离土根系，用无菌滤纸吸去根部的多余水分，下部斜面板19和无土土壤收集器6同样用无菌超纯水清洗；

(2)根系分泌物的收集，包括下列两种情况：

(a)根系分泌物的湿法收集

将植物原位土壤培养仓1和底座18重新组合，通过循环泵10将一定体积的用于收集根系分泌物的超纯水经过进口泵入根系分泌物收集仓2，从出液孔1901流回循环泵10循环收集，循环到规定时间后，打开阀门三16，从取样口17收集分泌液，备用；

(b)根系分泌物的干法收集

先将与斜面板19相同大小的无菌滤纸平铺于斜面板19上，然后将植物原位土壤培养仓1和底座18重新组合，根系所分泌的分泌物被滤纸所吸收，待到规定收集时间后，取出滤纸，再置于离心管中，加入甲醇浸提，离心，取上清液浓缩干燥，所获干燥物即为根系分泌物，冻存备用；

(3)根际土壤的收集

取下根际土壤收集仓中的土壤收集器6并倒置呈尼龙网在下，称取过筛土壤平铺于收集器内，压实以确保土面紧贴于尼龙网面，再用带孔底板5或土壤收集器6扣于表面，然后尼龙网面斜向上与斜面板19呈镜像位置放置。土壤收集器数量根据需要确定，且只有最下层的土壤收集器扣用带孔底板5，植物根系平铺于土壤收集器6上表面的500目尼龙网602上，植物根系不能透过该尼龙网，但是根系分泌物可以自由通过该尼龙网进入另一侧的土壤中，到达规定时间后，取下土壤收集器6，收集受根影响的根际土壤。

通过放入盛满土壤的、不同数量的土壤收集器，可以更精确地研究植物根系对土壤的影响范围，确定根际范围。

Claims (7)

1.一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：底部呈V型的植物原位土壤培养仓置于底座上，该底座底面的中部固定连接中隔板、该中隔板位于植物原位土壤培养仓脊线的正下方且与该脊线平行，该中隔板和脊线之间的缝隙宽2-5mm、以使中隔板两侧相通，斜面板固定在中隔板左侧的底座中，该斜面板与上方的植物原位土壤培养仓的底部平行，该斜面板上方的空间是根系分泌物收集仓；带孔底板放置在中隔板右侧的底座中，至少一个土壤收集器放置在带孔底板上方，且最上层的土壤收集器的位置与斜面板的位置以中隔板为镜面呈镜像位置，带孔底板上方的空间是根际土壤收集仓，带孔底板下方的空间是储水仓，纯水箱经阀门一与循环泵连接，超声波雾化加湿装置与雾气风机连接，管路一一端穿过底座侧面与斜面板上部根系分泌物收集仓相通、另一端分别经阀门四与雾气风机连接和经阀门二与循环泵连接，斜面板最低处两个角上的出液孔分别与管路二连接，该管路二汇成一路后分别与循环泵连接和经阀门三与取样口连接。

2.根据权利要求1所述的一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：所述植物原位土壤培养仓的结构是：由两块相对的矩形围板、两块相对的五边形围板和底部两块斜面孔板合围而成，两块斜面孔板连接处形成脊线。

3.根据权利要求2所述的一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：所述五边形围板的顶角α为140度～160度，顶角对应的两个底角β为直角。

4.根据权利要求1所述的一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：所述土壤收集器结构是：框架上部铺粘500目的尼龙网。

5.根据权利要求4所述的一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：所述框架厚度为2-4mm，采用亚克力板。

6.根据权利要求1所述的一种土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置，其特征在于：所述带孔底板厚度为2-5mm，采用亚克力板。

7.一种使用如权利要求4或5所述的土培植物根系分泌物和根际土壤的原位收集装置的原位收集方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)植物的培养

将植物繁殖体种植于植物原位土壤培养仓中，培养至植物根系穿过其斜面孔板进入下部收集空间，期间利用雾气风机将超声波雾化加湿装置产生的湿气吹入根系分泌物收集仓和根际土壤收集仓，以维持植物离土根系正常生长，当植物根系平铺满于斜面板和土壤收集器时，将植物原位土壤培养仓取下，用无菌超纯水清洗外露的离土根系，用无菌滤纸吸去根部的多余水分，下部斜面板和无土土壤收集器同样用无菌超纯水清洗；

(2)根系分泌物的收集，包括下列两种情况：

(a)根系分泌物的湿法收集

将植物原位土壤培养仓和底座重新组合，通过循环泵将一定体积的用于收集根系分泌物的超纯水经过进口泵入根系分泌物收集仓，从出液孔流回循环泵循环收集，循环到规定时间后，打开阀门三，从取样口收集分泌液，备用；

(b)根系分泌物的干法收集

先将与斜面板相同大小的无菌滤纸平铺于斜面板上，然后将植物原位土壤培养仓和底座重新组合，根系所分泌的分泌物被滤纸所吸收，待到规定收集时间后，取出滤纸，再置于离心管中，加入甲醇浸提，离心，取上清液浓缩干燥，所获干燥物即为根系分泌物，冻存备用；

(3)根际土壤的收集

取下根际土壤收集仓中的土壤收集器并倒置呈尼龙网在下，称取过筛土壤平铺于收集器内，压实以确保土面紧贴于尼龙网面，再用带孔底板或土壤收集器扣于表面，然后尼龙网面斜向上与斜面板呈镜像位置放置；土壤收集器数量根据需要确定，且只有最下层的土壤收集器扣在带孔底板上，植物根系平铺于土壤收集器上表面的500目尼龙网上，植物根系不能透过该尼龙网，但是根系分泌物可以自由通过该尼龙网进入另一侧的土壤中，到达规定时间后，取下土壤收集器，收集受根影响的根际土壤。