CN108519250B - 一种原位收集沉水植物根系分泌物装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位收集沉水植物根系分泌物装置及使用方法，砂芯漏斗通过聚四氟乙烯管与带阀三通活塞分接头相连，带阀三通活塞分接头连接树脂柱，树脂柱下通过软管接入蠕动泵，软管通过玻璃管连接聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管进入箱体；砂芯漏斗上铺设玻璃棉，树脂柱底部有砂芯，聚四氟乙烯管转弯处用玻璃管连接，砂芯漏斗下方接有微生物滤膜。方法是：1）预处理：将石英砂经氯化氢溶液侵泡，高温灭菌；2)填充：在箱体隔板铺设石英砂和沉积物，注入湖水；3）植物种植；4)分泌物收集：植物移栽，进行分泌物收集；5)分泌物鉴定。结构简单，使用方便，解决了根系烂根、分泌物易受到微生物的分解、取样易损伤根系且重复性不好的问题。
Description
技术领域
本发明属于环境生物技术领域，具体涉及一种原位收集沉水植物根系分泌物装置，本发明还涉及一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的使用方法。
背景技术
植物将5%-21%的光合作用固定的碳从根系分泌输出，这些根系分泌物介导了植物根系和微生物之间的相互关系，因而根系分泌物作为植物根区研究的核心而不断被探索。根系分泌物是指植物正常生长过程中向外界环境中释放的一系列化学物质，高分子量化合物包括粘液，蛋白质等，低分子量有机化合物包括氨基酸，有机酸，糖类，酚类和次生代谢产物等。根系分泌氨基酸、糖类化合物可以作为化学引诱剂吸引植物促生菌（PGPR）的定殖，这些PGPR中的某些物种可以利用根系分泌的色氨酸，合成植物生长激素。根系分泌物在促进植物生长、养分活化、改善环境胁迫方面具有重要作用。
目前，关于根系分泌物的收集方法多以为陆生植物为对象。根据植物根系所在的培养系统，可将根系分泌物的收集方法分为：溶液收集法、土培收集法、基质( 蛭石、沙培、琼脂培) 收集法。溶液收集法是将植物种植在水培液中，进行胁迫处理，收集分泌物，再进行过滤、浓缩，最后进行分离鉴定。土培收集法是将植物种植在土壤中，生长一段时间之后直接获取根际土壤，将其与无菌水按一定的比例混合，震荡或离心，过滤，所得滤液，即为根系分泌物。或将生长一段时间后的植株根系用蒸馏水淋洗，所得根系淋洗物为植物的根系分泌物。基质收集法与土培收集法具有相似性，不同之处在于根系生长的介质不同。
沉水植物是湖泊生态系统的关键组成成分，在维持浅水湖泊清水稳态方面发挥了重要作用。沉水植被的恢复是受污染湖泊生态恢复的主要任务和重要标志。植被恢复中遇到的诸多问题，如繁殖体萌发、内源污染控制这些过程的发生与植物根区有密切联系，因而有必要针对沉水植物根际区域开展研究，以期为沉水植被的恢复策略提供更有力的科学支持，加快建立并长效保持湖泊清水草型稳态。
然而对于植株全部沉于水下的沉水植物而言，还没有系统的根系分泌物收集方法，目前沉水植物根区根系分泌物的研究受制于该生态型植物根系分泌物的收集，因而建立一种完善的沉水植物根系分泌物收集装置尤为重要。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种原位收集沉水植物根系分泌物的装置，结构简单，使用方便，几乎还原了原位生长的环境，解决了根系烂根、分泌物易受到微生物的分解、采样空间小、取样易损伤根系且重复性不好的问题，同时填补了沉水植物根系分泌物收集装置的空白。
本发明的另一个目的是在于提供了一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的使用方法。其中微生物滤膜可拆，防止循环路径堵塞。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种原位收集沉水植物根系分泌物装置，它由第一树脂柱砂芯、第二树脂柱砂芯、第一软管、第二软管、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一XAD-4树脂、第二XAD-4树脂、第一树脂柱、第二树脂柱、第一带阀三通活塞分接头、第二带阀三通活塞分接头、第一聚四氟乙烯管(第一段)、第二聚四氟乙烯管（第一段）、第一微生物滤膜、第二微生物滤膜、第三微生物滤膜、第四微生物滤膜、第一漏斗砂芯、第二漏斗砂芯、第三漏斗砂芯、第四漏斗砂芯、第一玻璃棉、第二玻璃棉、第三玻璃棉、第四玻璃棉、第一砂芯漏斗、第二砂芯漏斗、第三砂芯漏斗、第四砂芯漏斗、第一T型带螺纹玻璃管、第二T型带螺纹玻璃管、第一聚四氟乙烯管（第二段）、第二聚四氟乙烯管（第二段）、沉积物层、有机玻璃箱体、有机玻璃隔板、实验植物、石英砂层组成。其特征在于：在有机玻璃箱体中间设有隔板，有机玻璃箱体底部设有第一砂芯漏斗、第二砂芯漏斗、第三砂芯漏斗、第四砂芯漏斗，在第一砂芯漏斗、第二砂芯漏斗、第三砂芯漏斗、第四砂芯漏斗上铺设第一玻璃棉、第二玻璃棉、第三玻璃棉、第四玻璃棉，在第一砂芯漏斗、第二砂芯漏斗、第三砂芯漏斗、第四砂芯漏斗下端分别连接第一微生物滤膜、第二微生物滤膜、第三微生物滤膜、第四微生物滤膜，第一微生物滤膜、第二微生物滤膜、第三微生物滤膜、第四微生物滤膜分别与第一聚四氟乙烯管（第一段）、第二聚四氟乙烯管（第一段）连接，第一聚四氟乙烯管（第一段）、第二聚四氟乙烯管（第一段）分别再与第一带阀三通活塞分接头、第二带阀三通活塞分接头相连，第一带阀三通活塞分接头、第二带阀三通活塞分接头的下端磨口分别插入第一树脂柱、第二树脂柱中，第一树脂柱、第二树脂柱底部设有第一树脂柱砂芯、第二树脂柱砂芯，第一树脂柱砂芯、第二树脂柱砂芯上装满第一XAD-4树脂、第二XAD-4树脂，第一树脂柱、第二树脂柱的下端接入第一软管、第二软管，第一软管、第二软管的中间压入第一蠕动泵、第二蠕动泵，第一软管、第二软管分别通过第一T型带螺纹玻璃管、第二T型带螺纹玻璃管与第一聚四氟乙烯管（第二段）、第二聚四氟乙烯管（第二段）相连，第一聚四氟乙烯管（第二段）、第二聚四氟乙烯管（第二段）分别从侧面进入有机玻璃箱。有机玻璃箱体下面连接装置在有机玻璃隔板两侧对称分布，有机玻璃箱底部铺设石英砂，石英砂上面铺设沉积物，然后注入湖水，形成石英砂层，沉积物层和水层。其中聚四氟乙烯管转弯处用L型带螺纹玻璃管连接。实验植物移植在第二砂芯漏斗、第四砂芯漏斗的上方。
上述的技术措施中最关键的为L型带螺纹玻璃管和微生物滤膜。L型带螺纹玻璃管其特征在于连接聚四氟乙烯管拐弯处，避免具有一定硬度的聚四氟乙烯管强制弯转形成折痕导致管子堵塞；微生物滤膜其特征在于，尽可能收集更多根系分泌物的同时，防止其被微生物快速分解，可拆换的结构可以防止滤膜堵塞后及时更换。
现有根系分泌物收集装置对象多为陆生植物，该发明在提供原位生长环境的基础上解决了水生植物根系分泌物的收集问题。通过分析测定，分泌物类型包括糖类，有机酸，氨基酸，酚类，醛类等，其中每个类型又包含多种化合物，通过该收集装置，可以收集并鉴定出50-70种根系分泌物。
一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的使用方法，具体按照以下步骤实施：
1) 实验材料预处理：将石英砂经2mol/L氯化氢（HCl）溶液侵泡22－26h，冲洗干净至中性；沉积物及上覆水经120℃高温灭菌；第一XAD-4树脂、第二XAD-4树脂经甲醇淋洗浸泡后用超纯水洗净（3－6次）。
2) 实验材料填充：在有机玻璃箱体中的有机玻璃隔板两侧铺设相同厚度的石英砂(4-5cm)和沉积物(9-10cm)，然后注入湖水（20-30cm），形成石英砂层，沉积物层和湖水层。
3) 实验植物种植：将预先培养好的待收集根系分泌物植株根系固定在有机玻璃隔板一侧第二砂芯漏斗11B、第四砂芯漏斗11D上方。
4) 分泌物收集：植物移栽后约10天，便可进行分泌物收集。需打开第一蠕动泵、第二蠕动泵及阀门开关，使其循环，根系分泌物经过循环被吸附在第一树脂柱、第二树脂柱中。
5) 分泌物鉴定：洗脱树脂，获得根系分泌物，利用气相色谱-质谱仪进行分析，鉴定出50-70种根系分泌物，得到沉水植物根系分泌物的物质组成与含量。
通过上述五个步骤的技术措施：其特征在于添加了湖水层，基本还原了沉水植物的生长环境，填补了水生植物根系分泌物收集装置及方法的空白。通过循环系统连续收集，最终可检测出多达70种的根系分泌物类型。操作简单方便。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明装置只有箱体及底部连接装置两部分组成，结构简单，便于操作。本发明装置解决了沉水植物根系分泌物的原位收集，且收集过程中维持了根系机械阻力，所得根系分泌物的种类与含量与实际分泌情况更为接近。通过该收集装置，可以收集并鉴定出50-70种根系分泌物。
附图说明
图1为一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的结构示意图。
其中：1A－第一树脂柱砂芯、1B-第二树脂柱砂芯、2A－第一软管、2B-第二软管、3A－第一蠕动泵、3B-第二蠕动泵、4A－第一XAD-4树脂、4B-第二XAD-4树脂、5A－第一树脂柱、5B-第二树脂柱、6A－第一带阀三通活塞分接头、 6B-第二带阀三通活塞分接头、7A－第一聚四氟乙烯管(第一段)、 7B-第二聚四氟乙烯管(第一段)、8A-第一微生物滤膜、8B-第二微生物滤膜、 8C-第三微生物滤膜、 8D-第四微生物滤膜、9A-第一漏斗砂芯、 9B-第二漏斗砂芯、 9C-第三漏斗砂芯、9D-第四漏斗砂芯、10A-第一玻璃棉、10B-第二玻璃棉、10C-第三玻璃棉、10D-第四玻璃棉、11A－第一砂芯漏斗、11B－第二砂芯漏斗、11C－第三砂芯漏斗、11D-第四砂芯漏斗、12A－第一T型带螺纹玻璃管、12B-第二T型带螺纹玻璃管、13A－第一聚四氟乙烯管（第二段）、13B-第二聚四氟乙烯管（第二段）、14-沉积物层、15-有机玻璃箱体、16-有机玻璃隔板、17-实验植物、18-石英砂层。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种原位收集沉水植物根系分泌物装置，它由第一树脂柱砂芯1A、第二树脂柱砂芯1B、第一软管2A、第二软管2B、第一蠕动泵3A、第二蠕动泵3B、第一XAD-4树脂4A、第二XAD-4树脂4B、第一树脂柱5A、第二树脂柱5B、第一带阀三通活塞分接头6A、第二带阀三通活塞分接头6B、第一聚四氟乙烯管（第一段）7A、第二聚四氟乙烯管（第一段）7B、第一微生物滤膜8A、第二微生物滤膜8B、第三微生物滤膜8C、第四微生物滤膜8D、第一漏斗砂芯9A、第二漏斗砂芯9B、第三漏斗砂芯9C、第四漏斗砂芯9D、第一玻璃棉10A、第二玻璃棉10B、第三玻璃棉10C、第四玻璃棉10D、第一砂芯漏斗11A、第二砂芯漏斗11B、第三砂芯漏斗11C、第四砂芯漏斗11D、第一T型带螺纹玻璃管12A、第二T型带螺纹玻璃管12B、第一聚四氟乙烯管（第二段）13A、第二聚四氟乙烯管（第二段）13B、沉积物层14、有机玻璃箱体15、有机玻璃隔板16、实验植物17、石英砂层18组成。其特征在于：在有机玻璃箱体15中间设有隔板16，有机玻璃箱体15底部设有第一砂芯漏斗11A、第二砂芯漏斗11B、第三砂芯漏斗11C、第四砂芯漏斗11D，在第一砂芯漏斗11A、第二砂芯漏斗11B、第三砂芯漏斗11C、第四砂芯漏斗11D上铺设第一玻璃棉10A、第二玻璃棉10B、第三玻璃棉10C、第四玻璃棉10D，在第一砂芯漏斗11A、第二砂芯漏斗11B、第三砂芯漏斗11C、第四砂芯漏斗11D下端分别连接第一微生物滤膜8A、第二微生物滤膜8B、第三微生物滤膜8C、第四微生物滤膜8D，在第一微生物滤膜8A、第二微生物滤膜8B、第三微生物滤膜8C、第四微生物滤膜8D分别与第一聚四氟乙烯管（第一段）7A、第二聚四氟乙烯管（第一段）7B连接，在第一聚四氟乙烯管（第一段）7A、第二聚四氟乙烯管（第一段）7B分别再与第一带阀三通活塞分接头6A、第二带阀三通活塞分接头6B相连，在第一带阀三通活塞分接头6A、第二带阀三通活塞分接头6B的下端磨口插入第一树脂柱5A、第二树脂柱5B中，在第一树脂柱5A、第二树脂柱5B底部设有第一树脂柱砂芯1A、第二树脂柱砂芯1B，在第一树脂柱砂芯1A、第二树脂柱砂芯1B上装满第一XAD-4树脂4A、第二XAD-4树脂4B，在第一树脂柱5A、第二树脂柱5B的下端接入第一软管2A、第二软管2B，在第一软管2A、第二软管2B的中间压入第一蠕动泵3A、第二蠕动泵3B，在第一软管2A、第二软管2B分别通过第一T型带螺纹玻璃管12A、第二T型带螺纹玻璃管12B与第一聚四氟乙烯管(第二段)13A、第二聚四氟乙烯管(第二段)13B相连，在第一聚四氟乙烯管（第二段）13A、第二聚四氟乙烯管（第二段）13B分别从侧面进入有机玻璃箱15。有机玻璃箱15底部铺设石英砂，石英砂上面铺设沉积物，在沉积物中注入湖水，在有机玻璃箱15底部形成石英砂层18、沉积物层14和水层，石英砂层为避免循环水路堵塞，沉积物层和水层形成水生植物的原位生长环境。实验植物17移植在第二砂芯漏斗11B、第四砂芯漏斗11D的上方。
通过上述的具体实施例1可连续收集水生植物根系分泌物，获得最接近原生长环境下所有根系分泌物，以便进行进一步分析。
实施例2：
一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的使用方法，其步骤是：
1) 实验材料预处理：将石英砂经2mol/LHCL溶液侵泡22或23或24或25或26h，冲洗干净至中性；沉积物及水经120℃灭菌两小时；第一XAD-4树脂4A、第二XAD-4树脂4B经甲醇淋洗浸泡后用超纯水洗净（3或4或5或6次）。
2) 实验材料填充：在有机玻璃箱体15中的有机玻璃隔板16两侧铺设相同厚度的石英砂(4或5cm)和沉积物(9或10cm)，然后注入湖水（20或24或27或30cm），形成石英砂层18，沉积物层14和湖水层。沉积物即底泥，沉积物层和水层构成水生植物的生长环境。
3) 实验植物种植：将预先培养好的待收集根系分泌物植株固定在有机玻璃隔板16一侧第二砂芯漏斗11B、第四砂芯漏斗11D上方。适合于所有根系较发达的水生植物，如苦草，狐尾藻等。
4) 分泌物收集：植物移栽后约10天，待其适应生长环境，便可进行分泌物收集。打开第一蠕动泵3A、第二蠕动泵3B及阀门开关，使其循环，根系分泌物经过循环被吸附在第一树脂柱5A、第二树脂柱5B中。
5) 分泌物鉴定：洗脱树脂，获得根系分泌物，利用气相色谱-质谱仪进行分析，得到沉水植物根系分泌物的物质组成与含量。
下面结合实例详细说明本发明的技术内容。
收集沉水植物苦草的根系分泌物进行组分鉴定：
1）实验材料预处理后填充入有机玻璃箱体15及第一树脂柱5A、第二树脂柱5B中。
2）将生长良好的沉水植物苦草移入有机玻璃箱体15、有机玻璃隔板16一侧的第二砂芯漏斗11B、第四砂芯漏斗11D上方。
3）培养10天后，打开植物侧第一蠕动泵3A、第二蠕动泵3B开关及第一带阀三通活塞分接头6A、第二带阀三通活塞分接头6B的阀门，使系统循环，根系分泌物被第一XAD-4树脂4A、第二XAD-4树脂4B吸附。
4）洗脱树脂，将收集到的苦草根系分泌物经分离，提纯等预处理后，利用气相色谱-质谱仪进行测定。通过比对，检测到苦草中糖类，氨基酸类，有机酸类等物质达50-70种。
Claims (3)
1.一种原位收集沉水植物根系分泌物装置，它包括第一树脂柱砂芯（1A）、第一软管（2A）、第一蠕动泵（3A）、第一XAD-4树脂（4A）、第一树脂柱（5A）、第一带阀三通活塞分接头（6A）、第一聚四氟乙烯管第一段（7A）、第一微生物滤膜（8A）、第一漏斗砂芯（9A）、第一玻璃棉（10A）、第一砂芯漏斗（11A）、第一T型带螺纹玻璃管（12A）、第一聚四氟乙烯管第二段（13A）、沉积物层（14）、有机玻璃箱体（15）、有机玻璃隔板（16）、实验植物（17）、石英砂层（18），其特征在于：在有机玻璃箱体（15）中间设有有机玻璃隔板（16），有机玻璃箱体（15）底部设有第一砂芯漏斗（11A）、第二砂芯漏斗（11B）、第三砂芯漏斗（11C）、第四砂芯漏斗（11D），在第一砂芯漏斗（11A）、第二砂芯漏斗（11B）、第三砂芯漏斗（11C）、第四砂芯漏斗（11D）上铺设第一玻璃棉（10A）、第二玻璃棉（10B）、第三玻璃棉（10C）、第四玻璃棉（10D），在第一砂芯漏斗（11A）、第二砂芯漏斗（11B）、第三砂芯漏斗（11C）、第四砂芯漏斗（11D）下端分别连接第一微生物滤膜（8A）、第二微生物滤膜（8B）、第三微生物滤膜（8C）、第四微生物滤膜（8D），在第一微生物滤膜（8A）、第二微生物滤膜（8B）、第三微生物滤膜（8C）、第四微生物滤膜（8D）分别与第一聚四氟乙烯管第一段（7A）、第二聚四氟乙烯管第一段（7B）连接，在第一聚四氟乙烯管第一段（7A）、第二聚四氟乙烯管第一段（7B）分别再与第一带阀三通活塞分接头（6A）、第二带阀三通活塞分接头（6B）相连，在第一带阀三通活塞分接头（6A）、第二带阀三通活塞分接头（6B）的下端磨口插入第一树脂柱（5A）、第二树脂柱（5B）中，在第一树脂柱（5A）、第二树脂柱（5B）底部设有第一树脂柱砂芯（1A）、第二树脂柱砂芯（1B），在第一树脂柱砂芯（1A）、第二树脂柱砂芯（1B）上装满第一XAD-4树脂（4A）、第二XAD-4树脂（4B），在第一树脂柱（5A）、第二树脂柱（5B）的下端接入第一软管（2A）、第二软管（2B），在第一软管（2A）、第二软管（2B）的中间压入第一蠕动泵（3A）、第二蠕动泵（3B），在第一软管（2A）、第二软管（2B）分别通过第一T型带螺纹玻璃管（12A）、第二T型带螺纹玻璃管（12B）与第一聚四氟乙烯管第二段(13A）、第二聚四氟乙烯管第二段(13B）相连，在第一聚四氟乙烯管第二段（13A）、第二聚四氟乙烯管第二段（13B）分别从侧面进入有机玻璃箱体（15），实验植物（17）移植在第二砂芯漏斗（11B）、第四砂芯漏斗（11D）的上方。
2.根据权利要求1所述的一种原位收集沉水植物根系分泌物装置，其特征在于：所述的有机玻璃箱体（15）底部铺设石英砂，石英砂上面铺设沉积物。
3.根据权利要求1所述的一种原位收集沉水植物根系分泌物装置的使用方法，其步骤是：
1) 实验材料预处理：将石英砂经2mol/L氯化氢溶液侵泡22－26h，冲洗干净至中性；沉积物及上覆水经120℃高温灭菌；第一XAD-4树脂、第二XAD-4树脂经甲醇淋洗浸泡后用超纯水洗净3－6次；
2) 实验材料填充：在有机玻璃箱体中的有机玻璃隔板两侧铺设相同厚度的石英砂4-5cm和沉积物9-10cm，然后注入湖水20-30cm，形成石英砂层、沉积物层和湖水层；
3) 实验植物种植：将培养的待收集根系分泌物植株根系固定在有机玻璃隔板一侧第二砂芯漏斗（11B）、第四砂芯漏斗（11D）上方；其中，第一软管（2A）、第二软管（2B）分别通过第一T型带螺纹玻璃管（12A）、第二T型带螺纹玻璃管（12B）与第一聚四氟乙烯管第二段(13A）、第二聚四氟乙烯管第二段(13B）相连，第一聚四氟乙烯管第二段（13A）、第二聚四氟乙烯管第二段（13B）分别从侧面进入有机玻璃箱体（15），实验植物（17）移植在第二砂芯漏斗（11B）、第四砂芯漏斗（11D）的上方；
4) 分泌物收集：植物移栽后10天，进行分泌物收集，打开第一蠕动泵、第二蠕动泵及阀门开关，使其循环，根系分泌物经过循环被吸附在第一树脂柱、第二树脂柱中；
5)分泌物鉴定：洗脱树脂，获得根系分泌物，利用气相色谱-质谱仪进行分析，鉴定出50-70种根系分泌物，得到沉水植物根系分泌物的物质组成与含量。
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