CN109691385A - 用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法 - Google Patents

用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法，所述装置包括一顶部开口的箱体，箱体的顶部从下至上依次设有与箱体滑动连接的透光板和遮光板A，所述箱体的至少一个侧壁由透明材料成型，透明材料成型的侧壁外覆盖有与箱体滑动连接的遮光板B，所述箱体的内侧壁上设有固定件，所述固定件用于固定粘接有拟南芥幼苗的培养皿，所述箱体内的上部设有光源。本发明利用琼脂‑空气耦合设计的湿度梯度环境，能够模拟拟南芥根向水性，操作灵活方便、方法有效稳定。

Description

用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法
技术领域
本发明涉及植物培养技术领域，具体涉及用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法。
背景技术
培养试验是将生长介质置于特制容器中，于温室、网室或人工气候室等设施中在人工模拟或人为控制条件下进行的植物生长试验。植物根是吸收水分和养分的主要器官，也是多种激素、有机酸和代谢物质同化与合成的重要场所。根的向水性是当土壤中水分分布不均匀时，根趋向较湿的地方生长的特性，而如何设计更加接近自然环境中土壤的湿度梯度来研究向水性的试验装置尚缺乏报道。
已报道的根向水性研究方法较少，主要通过物理的方法构建水势梯度，模拟植物根生长环境中的水分分布情况，从而观察植物根的向水性，如甘油法，蛭石培养法，饱和K2CO3法等，但是甘油法由于甘油严重抑制了根的生长而未被广泛使用；蛭石培养法由于操作复杂且重复性欠佳，限制了其使用范围；饱和K2CO3法也由于无法进行精确的不同光照处理因而使用受到限制。此外，少有报道光照对植物根的向水性的影响，而植物根系在不同深度的土壤中生长时受到的光照不同，特别是土壤表层能够透过部分光，植物的根也因此而受到光照的影响，其向水性强弱也必定不同。通过在不同光照条件下对植物根向水性的研究，能够引导植物在干旱环境下寻找土壤深层次的水分，大大减少农业灌溉用水。如何设计在不同光照条件下，构建水势梯度后培养与检测植物根向水性的装置及方法尚缺乏报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于培养与检测拟南芥根向水性的装置及方法，光对拟南芥的根生长产生影响，该装置能够培养与检测拟南芥根在不同的光波下的向水性生长，避免研究过程中“不严谨结果”的产生，使植物研究者能得出“较本真的结论”。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其包括一顶部开口的箱体，箱体的顶部从下至上依次设有与箱体滑动连接的透光板和遮光板A，所述箱体的至少一个侧壁由透明材料成型，透明材料成型的侧壁外覆盖有与箱体滑动连接的遮光板B，所述箱体的内侧壁上设有固定件，所述固定件用于固定粘接有拟南芥幼苗的培养皿，所述箱体内的上部设有光源。
所述开口的两侧从下至上依次设有第一滑槽和第二滑槽，所述透光板通过第一滑槽与箱体滑动连接，所述遮光板A通过第二滑槽与箱体滑动连接。
所述箱体的侧壁上部和下部设有第三滑槽，所述遮光板B通过第三滑槽与箱体滑动连接。
所述固定件包括支撑块和定位块，所述支撑块设在箱体的内侧壁下部且用于支撑培养皿底部，所述定位块设在支撑块上方且用于夹持固定培养皿中部。
所述支撑块为两个间隔设置的三角块，竖直放置的粘接有拟南芥幼苗的培养皿底部两端分别抵靠固定在两个三角块上。
所述箱体内设有温度计和湿度计，可实时动态检测温度湿度变化，所述遮光板B的外侧壁上设有计时器，方便计时。
所述箱体的底部设有饱和盐溶液，饱和盐溶液的液面低于支撑块底部。
所述箱体为15-18cm×15-18cm×15-18cm的的透明塑料盒。
采用本发明装置进行培养与检测拟南芥根向水性的方法，包括以下步骤：
1)将灭菌处理后的培养基倒入培养皿中，再将生长5-7天的拟南芥幼苗移到培养基表面使得拟南芥幼苗沿着苗高方向粘结在培养基表面，并且使得拟南芥幼苗根尖2-3mm露出培养基边缘；
2)在箱体底部加入饱和盐溶液，将粘接有拟南芥幼苗的培养皿通过固定件竖直放置在箱体内侧壁上，并且使得拟南芥幼苗根尖朝下竖直放置；
3)合上遮光板B，合上箱体顶部的透光板以及遮光板A，打开光源，将箱体置于恒温培养箱内培养，观察拟南芥幼苗根的生长。
进一步的，步骤1)中，将灭菌处理后的的1/2MS培养基倒入培养皿中，冷却后将培养基下部的2/3切除，培养基上部的1/3用于粘结固定拟南芥幼苗。
步骤2)中，所述饱和盐溶液为饱和K2CO3溶液或饱和CaCl2溶液；步骤3)中，所述培养温度为20-24℃，培养时间为6-8小时。
本发明采用以上技术方案，利用琼脂-空气耦合设计的湿度梯度环境，能够模拟拟南芥根向水性生长，即在一个密闭的箱体内侧有湿润的琼脂，拟南芥在琼脂上生长，箱体底部的饱和盐溶液能够吸收空气中的水蒸气而使得周围空气变得干燥。琼脂上湿度最高，底部饱和盐溶液湿度最低，这样就建立起了箱体内部从琼脂到空气间的连续水势梯度。拟南芥的根具有向水性的特点，所以当将幼苗移到琼脂上使其根尖露出琼脂，一段时间后根会避开干燥的空气而向潮湿环境(琼脂)发生弯曲生长，即紧贴琼脂边缘生长，也即发生了向水性弯曲。
本发明具有以下优点：(1)箱体内的光源可更换成不同波长的光源，可以对植物进行不同波长的光照处理。(2)箱体的四个侧壁由透明材料成型，每面由遮光板挡住，用遮光板的目的是：箱体内部有不同的光源，用遮光板挡住可以避免外源光的干扰，当需要观察根生长时，拉开遮光板就可以监测根的生长。当实验人员观察完毕后，合上遮光板，还原根系生长所需的黑暗环境及不同的光波条件，尽可能少的减少外源光对植物生长的影响。(3)可以在箱体内侧四周都放置培养皿来提高每次实验的样品数量。(4)为了有效诱导向水性，使用生长5-7天的拟南芥幼苗，容易观察且向水性弯曲明显。
本发明装置可以实现原位实时的观察不同光波照射下植物根系的生长情况，从而判断植物的长势，本发明对植物根向水性生长研究和植物的耐旱性的提高以及耐旱植物的育种都具有重要的理论价值和应用前景。
附图说明
图1为用于培养与检测拟南芥根向水性的装置示意图之一(未合上遮光板)；
图2为用于培养与检测拟南芥根向水性的装置示意图之二(合上遮光板)；
图3为饱和盐溶液建立的水势梯度,横坐标所示距离琼脂块的距离为从琼脂边缘到饱和盐溶液之间的斜对角方向之间的距离；
图4为本发明装置下生长的拟南芥根向水性表型图，生长5天的拟南芥幼苗移到该装置12h后拍照，图a为生长在正常条件下的根，图b为生长在水分梯度下的根，用体式显微镜拍摄(图中标尺的长度为1mm)；
图5为不同光源对拟南芥根向水性的影响；
图6为黑暗条件下拟南芥野生型及突变体向水性弯曲；其中，Col-0,拟南芥野生型；miz1和ahr1拟南芥向水性突变体,pgm1-1，aux1-7，pin2和arf10arf16，向重性缺失的拟南芥突变体。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1或2所示，用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其包括一顶部开口的箱体1，箱体1的顶部从下至上依次设有与箱体1滑动连接的透光板2和遮光板A 3，所述箱体1的至少一个侧壁由透明材料成型，透明材料成型的侧壁外覆盖有与箱体1滑动连接的遮光板B 4，所述箱体1的内侧壁上设有固定件，所述固定件用于固定粘接有拟南芥幼苗15的培养皿5，所述箱体1内的上部设有光源6。
所述开口的两侧从下至上依次设有第一滑槽7和第二滑槽8，所述透光板2通过第一滑槽7与箱体1滑动连接，所述遮光板A 3通过第二滑槽8与箱体1滑动连接。所述箱体1的侧壁上部和下部设有第三滑槽9，所述遮光板B 4通过第三滑槽9与箱体1滑动连接。
作为本发明的一种实施方式，所述固定件包括支撑块10和定位块11，支撑块10设在箱体1的内侧壁下部且用于支撑培养皿5底部，定位块11设在支撑块10上方且用于夹持固定培养皿5中部。
在本实施方式中，所述支撑块10为两个间隔设置的三角块，竖直放置的粘接有拟南芥幼苗的培养皿5底部两端分别抵靠固定在两个三角块上。
所述箱体1内设有温度计12和湿度计13，可实时动态检测温度湿度变化，所述遮光板B外侧壁4上设有计时器14，方便计时。所述箱体1的底部设有饱和盐溶液，饱和盐溶液的液面低于支撑块10底部。
作为本发明的一种实施方式，箱体的四个侧壁和底部均由透明材料成型，可以在四个侧壁上均放置培养皿进行试验。
图3为在该装置内部不同位置处用湿度计测得的空气相对湿度，由图可知，在箱体内部琼脂-空气之间建立起了湿度梯度，距离琼脂越近则湿度越大，也即越潮湿，越靠近底部，饱和盐溶液吸水，湿度越低，也即越干燥。
实施例2
采用本发明装置培养与检测拟南芥根向水性方法，包括以下步骤：
1)将灭菌处理后的的1/2MS培养基(1％琼脂)灌注入培养皿中，冷却后用无菌的手术刀整齐的将培养基下部的2/3切除(培养基上部的1/3用于实验)，再将生长5-7天的拟南芥幼苗移到切除后的1/3培养基表面使得拟南芥幼苗沿着苗高方向粘结在培养基表面，并且使得拟南芥根尖2-3mm露出培养基边缘；
2)在箱体底部加入饱和盐溶液(饱和K2CO3溶液或饱和CaCl2溶液)，饱和盐溶液的液面为箱体高度的1/10-1/5，将粘接有拟南芥幼苗的培养皿通过固定件竖直放置在箱体内侧壁上，并且使得拟南芥幼苗根尖朝下竖直放置；
3)合上遮光板B，合上箱体顶部的透光板以及遮光板A，打开光源，然后将箱体置于20-24℃培养箱内培养，观察拟南芥幼苗根的生长。
图4为拟南芥根向水性表型图，生长5天的拟南芥幼苗移到该装置12h后拍照，图4(a)为生长在正常条件下的根，图4(b)为生长在水分梯度下的根)。由图4可知，图4(a)箱体底部为蒸馏水，环境中的空气和培养皿中琼脂的水势都一样，所以由于重力的原因根垂直向下生长。图4(b)箱体底部为饱和盐溶液，环境中的空气干燥，琼脂的水势高，在箱体内部琼脂-空气之间建立起了湿度梯度，距离琼脂越近则湿度越大，也即越潮湿，越靠近底部，饱和盐溶液吸水，湿度越低，也即越干燥，拟南芥的根具有向水性的特点，所以当移到琼脂糖培养皿上6-8h后根发生弯曲生长，即紧贴培养基底部生长，也即发生了向水性弯曲。
实施例3
在不同波长条件下拟南芥根的向水性弯曲及生长
在黑暗环境、30μmol m-2s-1红光,30μmol m-2s-1蓝光和100μmol m-2s-1白光条件下，采用本发明的装置及方法分别观察拟南芥根的向水性生长(生长5天的拟南芥幼苗移到不同光波条件下12h后统计根的生长)。
植物于实验结束后立即拍照，测量根长，测定方法见发明人发表的文章(Miao etal.,Plant Physiology,2018,176(4):pp.01563.2017)，统计分析方法采用SPSS13.0Duncan’s Multiple Range Test进行统计分析(P<0.05)。
表1不同光波条件下拟南芥根的生长
拟南芥品种 白光(mm) 黑暗(mm) 蓝光(mm) 红光(mm)
Col-0 0.89±0.02<sup>a</sup> 1.02±0.05<sup>a</sup> 0.94±0.03<sup>a</sup> 1.00±0.06<sup>a</sup>
实验结果见图5和表1，可见，装置培养下的拟南芥在白光，蓝光及红光下向水性弱，植物处于黑暗的环境下向水性明显(图5)。
实施例4
使用拟南芥野生型和不同基因突变体检测根向水性的弯曲及生长，拟南芥野生型是Col-0,；拟南芥向水性突变体miz1和ahr1,淀粉粒缺失突变体pgm1-1，向重性丢失的拟南芥突变体：aux1-7，pin2和arf10arf16(生长5天的拟南芥幼苗移到本发明装置12h后统计根的生长)。
植物于实验结束后立即拍照，测量根长，测定方法见发明人发表的文章(Miao etal.,Plant Physiology,2018,176(4):pp.01563.2017)统计分析方法采用用SPSS13.0Duncan’s Multiple Range Test进行统计分析(P<0.05)。
表2黑暗条件下拟南芥野生型和突变体根的生长
拟南芥品种 根长(mm)
Col-0 1.01±0.09<sup>a</sup>
miz1 0.95±0.07<sup>a</sup>
ahr1 1.01±0.07<sup>a</sup>
pgm1-1 0.93±0.04<sup>a</sup>
aux1-7 1.00±0.08<sup>a</sup>
pin2 0.89±0.06<sup>a</sup>
arf10arf16 0.89±0.05<sup>a</sup>
实验结果见图6和表2，由实验结果可知，向重力性缺失突变体不仅没有缺失向水性，相反，这些突变体表现出了向水性增强的趋势(图6)。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：其包括一顶部开口的箱体，箱体的顶部从下至上依次设有与箱体滑动连接的透光板和遮光板A，所述箱体的至少一个侧壁由透明材料成型，透明材料成型的侧壁外覆盖有与箱体滑动连接的遮光板B，所述箱体的内侧壁上设有固定件，所述固定件用于固定粘接有拟南芥幼苗的培养皿，所述箱体内的上部设有光源。
2.根据权利要求1所述的用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述开口的两侧从下至上依次设有第一滑槽和第二滑槽，所述透光板通过第一滑槽与箱体滑动连接，所述遮光板A通过第二滑槽与箱体滑动连接。
3.根据权利要求1所述的用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述箱体的侧壁上部和下部设有第三滑槽，所述遮光板B通过第三滑槽与箱体滑动连接。
4.根据权利要求1所述的用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述固定件包括支撑块和定位块，所述支撑块设在箱体的内侧壁下部且用于支撑培养皿底部，所述定位块设在支撑块上方且用于夹持固定培养皿中部。
5.根据权利要求4所述的用于培养与检测与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述支撑块为两个间隔设置的三角块，竖直放置的粘接有拟南芥幼苗的培养皿底部两端分别抵靠固定在两个三角块上。
6.根据权利要求1所述的用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述箱体内设有温度计和湿度计，所述遮光板B的外侧壁上设有计时器。
7.根据权利要求1所述的用于培养与检测拟南芥根向水性的装置，其特征在于：所述箱体的底部设有饱和盐溶液，饱和盐溶液的液面低于支撑块底部。
8.采用权利要求1-7任一所述的装置进行培养与检测拟南芥根向水性的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1) 将灭菌处理后的培养基倒入培养皿中，再将生长5-7天的拟南芥幼苗移到培养基表面使得拟南芥幼苗沿着苗高方向粘结在培养基表面，并且使得拟南芥幼苗根尖2-3mm露出培养基边缘；
2）在箱体底部加入饱和盐溶液，将粘接有拟南芥幼苗的培养皿通过固定件竖直放置在箱体内侧壁上，并且使得拟南芥幼苗根尖朝下竖直放置；
3）合上遮光板B，合上箱体顶部的透光板以及遮光板A，打开光源，将箱体置于恒温培养箱内培养，观察拟南芥幼苗根的生长。
9.根据权利要求8所述的培养与检测拟南芥根向水性的方法，其特征在于：步骤1）中，将灭菌处理后的1/2MS培养基倒入培养皿中，冷却后将培养基下部的2/3切除，培养基上部的1/3用于粘结固定拟南芥幼苗。
10.根据权利要求8所述的培养与检测拟南芥根向水性的方法，其特征在于：步骤2）中，所述饱和盐溶液为饱和K2CO3 溶液或饱和CaCl2溶液；步骤3）中，所述培养温度为20-24℃，培养时间为6-8小时。
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