CN108956900A - 一种田间作物根系水分含量的检测方法 - Google Patents

一种田间作物根系水分含量的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种田间作物根系水分含量的检测方法，涉及农业生产技术领域。本发明公开的田间作物根系水分含量的检测方法，其包括：步骤a：检测所述作物的叶片中的玉米素核苷含量，以及步骤b：将所述玉米素核苷含量代入回归方程式计算得到所述作物的根系中的水分含量；该检测方法通过检测作物地上部组织器官即叶片的玉米素核苷含量来计算得到位于地下部根系的水分含量；避免破坏作物根系的结构，使得检测完成后，作物可以保持正常的生长；该本方法具有无需损伤根系、精确度高、操作方便、直接有效、计算简单等优点。

Description

一种田间作物根系水分含量的检测方法
技术领域
本发明涉及农业生产技术领域，具体而言，涉及一种田间作物根系水分含量的检测方法。
背景技术
水是重要的自然资源，在农业生产中的作用不可替代。近年来，随着工矿企业的发展、城市规模的扩大、人口数量的剧增、江河湖泊的污染，农业用水呈现出日益紧张的趋势。目前，农业水资源的短缺，不仅影响着农业生产，而且威胁到粮食安全，已成为制约我国社会经济的重要因素。解决农业用水供求矛盾，实现农业可持续发展，就应该努力实现灌溉方式由丰水高产型向节水优质型的转换。为此，非充分灌溉、调亏灌溉、限量灌溉、控制性分根区交替灌溉等节水灌溉方式被提了出来并应用于农业生产。
实施农田灌溉的节水优质高效，首先必须明确作物的水分状况，进一步根据作物的水分状况、水分利用与耗水规律适时适量的进行精准灌溉。然而，目前对作物水分状况的诊断多是根据土壤水分状况来实现的。譬如：一般认为，根系活动层的土壤含水量维持在田间持水量的60％～80％，才适宜作物的生长发育。鉴于此，在土壤含水量低于田持的60％时及时灌水至上限，是目前普遍应用的田间需水信息诊断方式。然而，由于田间灌溉的主体是作物，而不是土壤；以田间土壤含水量变化作为灌溉依据的方法缺少作物(特别是作物根系)的需水信息，因此没有真正实现以作物水分状况(特别是作物根系)诊断为依据的节水优质高效灌溉。
为真正意义上依据作物体内水分状况、水分利用与耗水规律指导节水灌溉，国内外学者先后研究并获取了许多能够用于诊断作物亏水状况的指标或方法。这些指标和方法均涉及土壤与气象指标，以及作物叶片对水分亏缺的生理反应，下面就这些用于诊断作物亏水状况的指标与方法具体说明如下：
1、叶片形态与颜色：水分亏缺会导致叶片枯萎、形状改变、甚至变黄脱落。但叶形与颜色对水分亏缺的响应具有滞后性，当叶片出现枯萎变黄时，叶片已经遭受到了亏水造成的重度伤害，且无法依据叶片此时的形态与颜色量化作物的亏水程度。
2、叶片温度：水分亏缺会造成作物蒸腾的显热增加而潜热减少，从而导致叶片温度上升。因此，叶片温度变化能够反映作物的亏水状况。但土壤水分亏缺并不是叶片温度变化的唯一因素，空气温度亦会影响叶片温度的变化。
3、叶片水势：一定程度的水分亏缺能够降低叶片水势，且随着亏水的进一步加剧，叶片水势亦会呈现出降低趋势。因此，叶片水势变化在能够有效地诊断作物体内水分状况。
4、茎秆和果实微变化：水分亏缺会导致作物茎秆和果实内细胞水分减少，进而引起茎秆和果实的直径出现收缩。因此，茎秆和果实微变化能够反映作物的水分亏缺状况。但测定茎秆直径变化需要用到位移传感器，在野外排除风摇震荡干扰有一定困难。
以上诊断作物水分状况的方法，均是通过监测作物地上部形态与生理指标来实现的，且各存在这样那样的问题；同时，根系才是作物直接接触土壤并吸收土壤水分的器官。因此，依据根系状况来诊断作物水分更为科学。然而，鉴于作物根系置于土壤之中，直接测定其水分状况必然对其造成破坏，通过测定与其水分状况相关联的地上部生理指标来反映其水分状况更为实际。
发明内容
本发明的目的在于提供一种田间作物根系水分含量的检测方法，该检测方法可不用破坏田间作物的根系结构，而检测其水分含量，可用于用于判断作物根系在非充分灌溉条件下的水分状况，以指导节水灌溉。
本发明是这样实现的：
一种田间作物根系水分含量的检测方法，其包括：
步骤a：检测所述作物的叶片中的玉米素核苷含量；
步骤b：将所述玉米素核苷含量代入回归方程式计算得到所述作物的根系中的水分含量。
玉米素核苷(ZR,zeatin riboside)是由根系合成、从根区通过木质部蒸腾流向上运输、并最终在叶片积累的一种细胞分裂素，它的含量与根系含水量密切相关。亏水条件下，叶片玉米素核苷(ZR)含量会随着根系含水量的降低而逐渐减少，且两者成正相关关系。因此，可以依据叶片玉米素核苷含量变化来诊断作物根系水分状况。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述回归方程式通过如下方法得到：
步骤c：将经不同胁迫水平处理后的作物的叶片玉米素核苷含量与根系含水量进行回归分析，得到所述回归方程式。
由于亏水条件下作物根系合成ZR的量与根系水分状况相关，且根系合成的ZR能够通过木质部蒸腾流运输至叶片积累。因此，叶片ZR含量能够用来诊断作物根系水分状况。
通过监测水分亏缺条件下作物根系含水量与叶片ZR含量来建立两者之间的回归式(可以是线性回归式或非线性回归式)，并依据回归式与某一作物叶片ZR的量来确定该作物根系的含水量。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，不同胁迫水平处理的方法如下：
从田间选择生长状况正常的作物，将其移植到营养液中，进行适应性培养；
适应性培养结束后，再将所述作物分别移植到具有不同胁迫水平的多种渗透液中进行胁迫处理。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述适应性培养的时间为7-9天。
通过一定时间的适应性培养在胁迫处理前有一个适当的过渡期生长期，使移植的作物能够正常生长，避免因环境的突然改变导致的结果不准确的问题。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述胁迫处理的时间为24-48小时。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述营养液为霍格兰营养液。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述渗透液为添加有聚乙二醇-6000的霍格兰营养液。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，霍格兰营养液的成分包括：6mM KNO3、4mMCa(NO3)2·4H2O、2mM NH4H2PO4、1mM MgSO4·7H2O、25μM KCl、12.5μM H3BO3、1μM MnSO4·H2O、1μM ZnSO4·7H2O、0.25μM CuSO4·5H2O、0.25μM Na2MoO4、以及26.95g·L-1 FeNa-EDTA。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，多种所述渗透液对应的水势依次为0MPa、-0.25MPa、-1MPa、-2MPa和-4MPa。
当然，需要说明，渗透液的水势可通过改变聚乙二醇-6000的浓度来调节，在实际中，渗透液的水势可以根据实际情况进行设置。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，步骤c中所用叶片的叶位与步骤a中所用叶片的叶位一致。
在确定回归式时所用的叶片来自作物的叶位和在实际检测时所用叶片的叶位保持一致，使用同一叶位的叶片可以使得回归式更具有代表性，确保检测结果更科学合理，更可信。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，使用酶联免疫法测定各叶片玉米素核苷的含量。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，所述作物包括但不限于玉米、水稻、小麦、大麦、油菜和棉花等。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的田间作物根系水分含量的检测方法，其包括：步骤a：检测所述作物的叶片中的玉米素核苷含量，以及步骤b：将所述玉米素核苷含量代入回归方程式计算得到所述作物的根系中的水分含量；该检测方法通过检测作物地上部组织器官即叶片的玉米素核苷含量来计算得到位于地下部根系的水分含量；避免破坏作物根系的结构，使得检测完成后，作物可以保持正常的生长；该本方法具有无需损伤根系、精确度高、操作方便、直接有效、计算简单等优点；在农业生产中，该检测方法可以用于判断作物根系在非充分灌溉条件下的水分状况，以指导节水灌溉。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例以玉米为例，对本实施例提供的田间作物根系水分含量的检测方法进行说明。具体如下。
1胁迫处理
地点：江西农业大学科技园，种植面积：2亩，作物：玉米；各生育期都可以通过测定叶片ZR含量来判断根系含水量，在本试验中选择在拔节期进行试验，试验时间为2015年4月～8月。
在拔节期，从田间选择生长状况正常的玉米植株小心地从田间移植到装有营养液的盆中。
适应性培养一周后，再分别转入自然条件下各不同胁迫水平的渗透液中处理24小时。
其中，渗透液由改进的霍格兰营养液添加不同浓度的聚乙二醇-6000(PEG-6000)配制而成；
霍格兰营养液成分包括：6mM KNO3、4mM Ca(NO3)2·4H2O、2mM NH4H2PO4、1mMMgSO4·7H2O、25μM KCl、12.5μM H3BO3、1μM MnSO4·H2O、1μM ZnSO4·7H2O、0.25μM CuSO4·5H2O、0.25μM Na2MoO4、以及26.95g·L-1 FeNa-EDTA。
渗透液分为5组，每组对应的水势(Ψ)依次为0MPa(0g/L PEG-6000)、-0.25Mpa(30.81g/L PEG-6000)、-1MPa(78.49g/L PEG-6000)、-2MPa(119.57g/L PEG-6000)和-4MPa(178.34 PEG-6000)。
2回归分析
2.1检测叶片ZR含量：用液氮收获玉米倒二叶片，使用酶联免疫法测定每个处理组的叶片ZR含量，每个设置3个重复。
2.2检测根系含水量：收获作物根系，检测每个处理组的根系含水量；方法：称重(Wf)后放入105℃烘箱中烘干至恒重，再次称取(Wd)并计算根系含水量，根系含水量(％)＝(Wf－Wd)/Wf×100。
2.3使用SPSS 16.0软件，对玉米叶片ZR含量(ng/g FW，纳克每克鲜重)(见表1)与根系含水量(％)(见表1)进行线性回归或非线性回归分析。
表1 经胁迫处理后的叶片ZR含量和根系含水量
得到的回归方程式为：y＝0.621+0.025x，其中：y为根系相对含水量，x叶片ZR含量。
3检测同一田间作物的根系含水量
3.1用液氮收获田间作物同一叶位的叶片，使用酶联免疫法测定各叶片ZR含量。
3.2将测得的ZR含量代入上述回归式中确定作物根系含水量。结果见表2。
表2
叶片ZR含量 回归方程式 根系含水量
11.71 y＝0.621+0.025x 0.9138
9.103 y＝0.621+0.025x 0.8486
9.966 y＝0.621+0.025x 0.8702
综上，本发明实施例提供的田间作物根系水分含量的检测方法，通过检测作物地上部组织器官即叶片的玉米素核苷含量来计算得到位于地下部根系的水分含量；避免破坏作物根系的结构，使得检测完成后，作物可以保持正常的生长；该本方法具有无需损伤根系、精确度高、操作方便、直接有效、计算简单等优点；在农业生产中，该检测方法可以用于判断作物根系在非充分灌溉条件下的水分状况，以指导节水灌溉。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种田间作物根系水分含量的检测方法，其特征在于，其包括：
步骤a：检测所述作物的叶片中的玉米素核苷含量；
步骤b：将所述玉米素核苷含量代入回归方程式计算得到所述作物的根系中的水分含量。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述回归方程式通过如下方法得到：
步骤c：将经不同胁迫水平处理后的作物的叶片玉米素核苷含量与根系含水量进行回归分析，得到所述回归方程式。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，不同胁迫水平处理的方法如下：
从田间选择生长状况正常的作物，将其移植到营养液中，进行适应性培养；
适应性培养结束后，再将经适应性培养后的作物分别移植到具有不同胁迫水平的多种渗透液中进行胁迫处理。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述适应性培养的时间为7-9天。
5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述胁迫处理的时间为24-48小时。
6.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述营养液为霍格兰营养液。
7.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述渗透液为添加有聚乙二醇-6000的霍格兰营养液。
8.根据权利要求6或7所述的检测方法，其特征在于，霍格兰营养液的成分包括：6mMKNO3、4mM Ca(NO3)2·4H2O、2mM NH4H2PO4、1mM MgSO4·7H2O、25μM KCl、12.5μM H3BO3、1μMMnSO4·H2O、1μM ZnSO4·7H2O、0.25μM CuSO4·5H2O、0.25μM Na2MoO4以及26.95g·L-1FeNa-EDTA。
9.根据权利要求3-7任一项所述的检测方法，其特征在于，多种所述渗透液对应的水势依次为0MPa、-0.25MPa、-1MPa、-2MPa和-4MPa。
10.根据权利要求2-7任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤c中所用叶片的叶位与步骤a中所用叶片的叶位一致。
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Assignee: Shaanxi Zhongxin Ecological Agriculture Co.,Ltd.

Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980014814

Denomination of invention: A kind of detection method of root water content of field crops

Granted publication date: 20210430

License type: Common License

Record date: 20220913