CN109917072A

CN109917072A - 一种简单有效的非损伤观测根瘤和根系形态的方法

Info

Publication number: CN109917072A
Application number: CN201711322032.3A
Authority: CN
Inventors: 刘金隆; 曾引伟; 张恒榜
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-06-21

Abstract

实时观测根瘤及根系形态对于豆科植物研究具有重要的意义，但目前还缺乏一个便于根系观测、高效结瘤、适于生长、经济实惠的豆科植物培养体系。在这里，我们以蒺藜苜蓿为植物材料，建立了一种可实时观测根瘤及根系状态的纸袋水培法。

Description

一种简单有效的非损伤观测根瘤和根系形态的方法

技术领域

本发明涉及一种简单有效的非损伤观测根瘤和根系形态的方法。

背景技术

豆科植物的根系可与根瘤菌发生共生而形成根瘤的特殊结构。在根瘤共生系统中，宿主植物在根瘤菌开始固氮前为根瘤菌提供各种营养元素，根瘤菌通过固氮酶将N2转化为NH4+，为植物提供氮源，尤其是在缺氮的土壤当中。大量研究表明，作物与豆科植物套作或轮作可以明显改善土壤氮素营养状况，在不施或少施氮肥条件同样可以达到高产的目的。因此，随着低碳农业的日益倡导，除了植物根系对土壤中的氮素吸收、转运和利用机制外，根瘤的共生信号转导、发育与固氮机制也是最热门的研究领域之一。另外，根瘤共生系统不仅在固氮方面具有重要的作用，它在植物抗逆抗病等方面也发挥着十分积极的作用。然而，不管是根瘤固氮还是共生抗逆研究，实时掌握根瘤性状和根系形态信息十分关键。

目前，沙培、土培、蛭石培养是根瘤相关研究的常用方法，但因去沙、土、蛭石时会导致根系损伤而无法精确观测统计根瘤信息，更无法实现试验中的植物材料根系状态实时观察的目的。梁如玉和李登煜(1984)通过试管水培法给豆科植物接种根瘤菌，能够观察到根瘤的状态而精确掌控植物处理时间。Truchet等(1989)用喷雾栽培的方法在结瘤数目、根瘤状态的观察、植物生长状态方面取得了很好的效果。但是，试管结瘤和喷雾栽培都无法掌握根瘤对宿主根系生长的向地性、整体形态、侧根发育等方面的信息。因此，目前还缺少在保证植物具有良好的生长状态的条件下，实现非损伤实时全面监测根瘤和根系生长发育的便捷方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明究对沙培、喷雾栽培等多种方法进行了探索，并且初步研究了褪黑素对蒺藜苜蓿根系发育的影响，最终建立了简单、有效、低成本，且达到对根瘤和根系生长过程非损伤监测的纸袋水培法,为豆科植物的根瘤菌共生体系研究提供了一个更为优良的途径。

为了实现上述技术问题，本发明采用如下材料与方法：

所述材料：实验选用蒺藜苜蓿R108为植物材料。

所述试验试剂：本试验使用试剂(1)根瘤菌，称取5 g根瘤菌溶于1 L去离子水中;(2)褪黑素(生工生物，上海)，用去离子水配制为100 µmol•mL-1母液，4°C保存; (3) 水培营养液：1/2 Hogland营养液（使用于本实验所有培养方法）。

所述植物生长条件：植物培养温度为22°C，相对湿度57 %，16小时/8小时光周期，光照强度为 180 μmoL•M–2•S–1。

所述纸袋水培装置：使用3 L的塑料收纳盒(20 cm x 16 cm x 14 cm)作为水培容器，用黑色胶带缠绕四周使盆避光，高压灭菌；将高密度泡沫板裁剪为22 cm x 18 cm大小，并在其内部划开缝隙(17 cm x 0.3 cm)；裁剪滤纸(16.5 cmx24.5 cm)；沿底部剪开自封袋(8 #)，将裁剪好的滤纸装入剪开底部的自封袋中；将自封袋上部两端分别插入一根牙签，悬挂于泡沫板缝隙中，置于水培盒上。

本发明的有益效果在于：本研究对沙培、喷雾栽培等多种方法进行了探索，并且初步研究了褪黑素对蒺藜苜蓿根系发育的影响，最终建立了简单、有效、低成本，且达到对根瘤和根系生长过程非损伤监测的纸袋水培法,为豆科植物的根瘤菌共生体系研究提供了一个更为优良的途径。

附图说明

图1种子发芽。

图2水培育苗。

图3纸袋水培装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，进一步了解本发明的目的、工作原理和功能。

蒺藜苜蓿种子先用75%酒精浸泡6-8分钟，蒸馏水清洗3-5次，用手术刀沿种子背缝线划伤种皮（注意不要伤及胚）后，置于预先放有两层用无菌水润湿了的滤纸的皮氏培养皿(150 mm)中。将培养皿用锡箔纸包裹，置于4°C下72小时后置于22°C倒置培养(保证培养皿盖中有一定的水以供种子萌发需要)，当胚根长至4-5 cm(约2-3天)时移栽，进行水培育苗(图1，2)。当蒺藜苜蓿长至3叶期(第3片真叶刚露出)时移栽至纸袋、沙培、水培和雾培装置中进一步培养和处理。蒺藜苜蓿种植密度一致，均为12棵/盆(沙培除外)。

植物不同培养方式及效果观察：沙培：参考Labidi 等(2009)的方法；水培：参考Jeudy 等(2010)的方法；喷雾培养参考Dickstein等(2002)的方法。纸袋水培法(图1, 图3)：将自封袋中滤纸用营养液润湿，移入3叶期幼苗，用喷壶喷施营养液将根系完全展开并紧贴于滤纸上。将移入幼苗的自封袋置于裁剪好的泡沫板缝隙中，用牙签穿插于自封袋顶部两端，使其垂直悬挂于培养盒中。浇灌0.5L营养液于培养盒中，使营养液淹没自封袋底端1-3 cm，营养液每3天更换一次。当蒺藜苜蓿刚长出第5片新叶时开始接种根瘤菌，每两天接种一次，每次2 ml根瘤菌液体/株，共6次。接种完根瘤菌2星期后采集蒺藜苜蓿根系图像。

纸袋水培法对试验研究的适用性分析：为进一步探究纸袋水培法的适用性，待纸袋水培法中蒺藜苜蓿刚长出第5片新叶时向营养液中加入50μmol•L-1褪黑素或等体积去离子水，并同时接种根瘤菌，实验重复4次。接种完根瘤菌2星期后统计根系根瘤接种数量、侧根数目、侧根长短、侧根走向(与主根夹角)及有无二级侧根。

上述具体实施方式仅是本发明的基本原理和主要特征进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，凡是未脱离本发明技术精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的同等变化或改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims

1.本研究其特征在于对沙培、喷雾栽培等多种方法进行了探索，并且初步研究了褪黑素对蒺藜苜蓿根系发育的影响，最终建立了简单、有效、低成本，且达到对根瘤和根系生长过程非损伤监测的纸袋水培法,为豆科植物的根瘤菌共生体系研究提供了一个更为优良的途径。

2.实验选用蒺藜苜蓿R108为植物材料。

3.本试验使用试剂：(1)根瘤菌(多萌，北京克劳沃草业技术开发技术中心，北京)，称取5 g根瘤菌溶于1 L去离子水中;(2)褪黑素(生工生物，上海)，用去离子水配制为100 µmol•mL-1母液，4°C保存; (3) 水培营养液：1/2 Hogland营养液（使用于本实验所有培养方法）。

4.植物培养温度为22°C，相对湿度57 %，16小时/8小时光周期，光照强度为 180 μmoL•M–2•S–1。

5.使用3 L的塑料收纳盒(20 cm x 16 cm x 14 cm)作为水培容器，用黑色胶带缠绕四周使盆避光，高压灭菌；将高密度泡沫板裁剪为22 cm x 18 cm大小，并在其内部划开缝隙(17 cm x 0.3 cm)；裁剪滤纸(16.5 cmx24.5 cm)；沿底部剪开自封袋(8 #)，将裁剪好的滤纸装入剪开底部的自封袋中；将自封袋上部两端分别插入一根牙签，悬挂于泡沫板缝隙中，置于水培盒上。