CN111512901B - 一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物修复领域，具体涉及一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法。所述监测方法包括以下步骤：(1)播种，培育植物，并分别接种菌剂或灭活菌剂；(2)对上述培育植物在出苗后进行根系损伤处理；(3)监测植物叶片气孔导度，同时利用热红外成像仪监测叶片温度，根据气孔导度和叶片温度联合判断植物水分状况，判断出植物根系受损状况，评价微生物对根系损伤监测的敏感期及微生物修复效果。本发明监测方法更加可靠准确。
Description
技术领域
本发明属于生物修复领域，具体涉及一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法。
背景技术
根系是植物吸收水分和营养的重要器官，根系状态对植物水分和营养吸收至关重要。在果树栽培中需要侧根发达、须根多的根系，这样的植物更利于开花结果，为了达到这个目的，就需要对植物根系进行修剪，并且果树移植前进行根系修剪还能提高果树成活率。在农业中适当的根系修剪有利于植物节水，刺激植物生长，在干旱环境中植物根系修剪后叶片气孔导度会降低，植物根系经过一段时间的恢复后气孔导度会有提高。这是主动的根系修剪，在现实中还存在被动的根系损伤。
我国煤炭资源丰富，地下采煤占比较大，地下采煤会引起岩层和地表移动，地表出现裂缝和塌陷，致使植物根系遭受不同程度的损伤。轻微的根系损伤可能会达到与人为根系修剪近似的效果，即对植物有益，但是严重的根系损伤会导致植物水分供应不足，而水分供应不足的植物会出现干旱胁迫现象，持续的水分供应不足会导致植物严重失水，甚至枯萎。
为了方便描述，将上述果树主动的根系修剪和塌陷地植物被动的根系损伤统称为根系损伤。根系损伤对植物生长的利与弊与环境有关，在矿区不利环境下，植物根系损伤需要修复。其中，丛枝菌根真菌(简称AM真菌)在一定的条件下能够改善植物根系状况，改变植物水分利用效率和生长状况，是一种生物修复方法。
AM真菌是自然界中普遍存在的一种土壤微生物，可以和陆地90％以上的有花植物形成共生关系，AM真菌能够促进宿主植物吸收水分和营养物质。目前AM真菌对根系损伤植物修复效果主要关注植物水分利用率和生长生理状况，但是关于AM真菌对根系损伤植物水分生理状态及根系损伤状况的影响有待深入研究。
为了更加深入、全面的了解AM真菌对根系损伤植物的修复效果，了解AM真菌对植物水分生理状况和根系损伤状况的影响，需要一种能够通过监测接种AM真菌根系损伤植物的水分状况，进而反映植物根系状态的方法。传统植物水分状况的监测方法是通过监测植物叶、茎水势或气孔导度，虽然上述方法精度较高，但存在监测目标植物较多时数据采集不同步的问题，因此需要改进监测方法。论文“断根对紫花苜蓿生理生态效应的影响研究”中对苜蓿根系进行不同深度断根试验，并在不同生长时期早晨9:00～10:00测定各处理冠层温度，研究不同深度断根对植物冠层温度的影响，但是该试验并未进行日周期内温度采集，筛选日周期敏感时间；文中采集温度图像进行处理时包含土壤温度，并非植物真实的冠层温度，且未考虑到微生物对根系损伤植物的影响。综上可以发现，关于微生物对根系损伤植物的影响的监测方法有待改进。
发明内容
针对现有技术中上述不足问题，本发明提供了一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法，可以用来研究根系损伤植物修复过程中植物水分生理状况和根系损伤状况。
完成上述发明任务的方案是：
一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法，包括以下步骤：
(1)播种若干粒植物的种子，培育植物，并分别设置两种接菌模式：接种菌剂或接种灭活菌剂；接种菌剂的为接菌组；接种灭活菌剂的为对照组；
(2)对上述培育植物在出苗后第40天接菌组和对照组均分别进行不伤根处理和单侧水平1/3根系损伤处理；
(3)利用植物气孔导度监测植物水分状况，同时利用热红外成像仪监测叶片温度，根据气孔导度和叶片温度联合判断植物体水分状况，反演判断植物根系受损状况，评价微生物对损伤根系的修复效果。
优选地，所述接菌组植物气孔导度高于对照组植物的气孔导度或叶片温度低于对照组植物的叶片温度，反映土壤水分适宜，微生物对植物水分状况影响为正效应；相反，微生物对植物水分状况影响为负效应。
优选地，以根系损伤或根系正常条件下，接菌组植物叶片温度显著低于/显著高于(P<0.05)对照组的叶片温度或气孔导度显著高于/显著低于(P<0.05)对照组的气孔导度为微生物修复效果显著的判断依据。
优选地，以接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度显著性差异(P<0.05)水平为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据。
优选地，以日周期内10:00、12:00和14:00时刻不同处理的气孔导度和叶片温度的监测结果作为判断敏感时段。
优选地，由于植物根系生长缓慢，需要获得接菌组根系损伤后不同生长时期的气孔导度和叶片温度状况的敏感监测时段。
更优选地，
以根系损伤后近期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异(P<0.05)结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著(P<0.05)作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据；
以根系损伤后短期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异(P<0.05)结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著(P<0.05)作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据；
以根系损伤后远期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异(P<0.05)结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著(P<0.05)作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据。
进一步优选地，
所述根系损伤后近期为根系损伤后第1和2天；
所述根系损伤后短期为根系损伤后第8天；
所述根系损伤后远期为根系损伤后第24和25天。
特别地，本发明的判断标准是同时满足上述所有判断依据才能更加完善的利用本发明监测根系损伤生物修复效果。
优选地，所述单侧水平1/3根系损伤处理的具体步骤为：以植株茎为轴，以茎为圆心向外任意方向引一条射线，用一个平行于茎且垂直于上述射线的平面切除1/3的根系。
优选地，利用热红外成像仪获取的叶片温度和气孔导度采集数据在日周期内为同一片叶子。
优选地，所述植物为大豆；菌剂组的接种量为100g菌剂；对照组的接种量为100g灭活菌剂。
本发明监测方法的原理是：植物根系受到损伤后会改变植物水分吸收状态，影响植物气孔导度和蒸腾作用，进而影响植物叶片温度，但是微生物修复会对植物根系有一定的影响，微生物与宿主植物根系形成良好的共生关系，改善植物根系水分供应状态，改变植物气孔导度和蒸腾降温，进而影响叶片温度，对气孔导度和叶片温度的影响包含微生物与宿主植物根系共生状况及其促生效果。因此可以通过叶片温度和气孔导度联合判断植物水分生理状况和根系水分供应状况，判断微生物对植物根系损伤修复效果的影响，为全面深入了解微生物对根系损伤植物生理状况的影响提供了支持。
本发明监测方法结合了气孔导度测量精度高，可以反应植物水分状况，以及热红外成像仪可以无接触、快速获取植物叶片温度的特点，采集接种微生物根系损伤植物气孔导度和叶片温度，根据气孔导度和叶片温度判断植物水分生理状态，并根据植物水分生理状态判断植物根系损伤状况，判断植物根系水分供应状况，评价微生物对根系损伤植物的修复效果。本发明方法弥补了气孔导度测量数据采集时间不同步的问题，两者联合监测结果更为可靠准确。本发明方法可以对目标植物进行原位动态监测，并且可以研究植物水分生理状态和根系损伤状况。利用本发明方法，不仅可以应用于室内植物监测，而且还可以应用于室外植物原位动态监测，为研究采煤沉陷区根系损伤植物生物修复效果提供了一种快速有效的方法。
附图说明
图1为本发明监测方法的原理示意图；
图2A为实施例中第40天大豆植株根系纵切面图；
图2B为图2A的局部放大图；
图3为实施例中盆栽大豆热红外图像；
图4为实施例中盆栽大豆可见光图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例利用叶片气孔导度和叶片温度同步监测模拟根系损伤大豆生物的修复效果
本发明监测方法的原理是：植物根系受到损伤后(图1①)会改变植物地下部水分吸收状态(对照组植物仅根系吸收水分，接菌组植物包含根系吸收水分和菌丝运输水分)，影响植物气孔导度(图1②)和蒸腾作用，进而影响植物叶片温度(图1③)，但是微生物修复会对植物根系有一定的影响，改善植物根系水分供应状态，改变植物气孔导度和蒸腾降温，进而影响叶片温度，可以通过叶片温度判断作物水分生理状况(图1④)和根系水分供应状况，判断微生物对植物根系损伤修复效果的影响(图1⑤)，为全面深入了解微生物对根系损伤植物生理状况的影响提供支持(图1⑥)。具体请参见图1。图1为本发明监测方法的原理示意图。
1、试验地点：本试验在中国矿业大学(北京)微生物复垦实验室温室进行。
2、供试植物及处理：大豆，种子为“中黄13号”(认证号：00040319，中国农科院作物所)。经10％H2O2浸泡消毒15min后用去离子水反复清洗数遍后播种，每盆播种三粒，出苗后间苗至一株。
3、供试砂土：宝日希勒煤矿黑黏土与河砂分别磨碎，过2mm筛，121℃高温高压灭菌2h，自然风干后，按质量比1:1混合均匀，将盆栽塑料盆用75％的乙醇溶液全面擦拭，再用无菌水清洗数遍，晾干后将风干混合砂土装入盆中，每盆5.0kg，浇水到土壤最大饱和持水量，并在出苗一周后，用NH4NO3、KH2PO4和KNO3配置成营养液，营养液N、P、K的质量分数分别为100、25和150mg/kg，稀释后浇灌。
4、试验处理：试验处理分为两期。
一期为播种之时，接种菌剂或接种灭活菌剂；接种菌剂的为接菌组(AM)；接种灭活菌剂的为对照组(CK)；试验用AM真菌菌剂由北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供，经中国矿业大学(北京)微生物复垦实验室扩繁，所用菌剂：Glomus versiforme(编号：BGC NM04B)，菌丝长度为3.12m/g，孢子密度为26个/g。此时，每个处理八个重复，AM真菌处理穴施，每盆100g，CK处理加入等量灭菌菌剂。
二期为生长期第40天，对一期处理中对照组和接菌组的植物各一半进行模拟根系损伤处理(图1①)，记为根系损伤处理第1天，根系损伤时间选择11:30，以植株茎为轴，以茎为圆心向外任意方向引一条射线，用一个平行于茎且垂直于上述射线的平面切除1/3的根系，切除位置由剖面后卷尺测量植物根系分布状况而定。植物剖面图如图2A和图2B所示。图2A为实施例中第40天大豆植株根系纵切面图；图2B为图2A的局部放大图。
5、生长监测：在植物生长第37、47和64天测量株高、冠幅、地径、分蘖数和SPAD(表2)。在收获后测量植物地上干重、根干重、总干重和土壤含水率(表3)。
6、热红外成像仪、热红外数据和气孔导度采集方法：
(1)仪器说明：本实验所用仪器为FLIR T630sc，仪器主要参数如表1：
表1 FLIR T630sc主要参数
备注：拍摄采用13.1mm镜头，45°视场角，广角镜头的视场角约为标准25°镜头的2倍。
(2)热红外图像和气孔导度获取方案：
热红外数据采集在生长期第40、41、47、63和64天(根系损伤后第1、2、8、24和25天)采集(图1③)。日周期热红外数据采集时间为10:00、12:00、14:00。连续两天拍摄热红外图像过程中未补充水分。热红外图像获取在气孔导度数据采集(图1②)后，通过热红外图像获取的叶片温度和气孔导度采集数据在日周期内为同一片叶子。采用广角镜头拍摄，每次拍摄保证所有植物被同时拍摄。热红外和可见光图片如图3和图4所示。图3为实施例中盆栽大豆热红外图像；图4为实施例中盆栽大豆可见光图像。图3和图4中四列盆栽大豆照片从左向右分别为CK处理根系损伤、CK处理根系正常、AM真菌处理根系损伤和AM真菌处理根系损伤。
7、结果与分析：
(1)生长监测
由表2发现，在模拟根系损伤前，植物生长第37天，不同处理植物的株高、冠幅、地径和分蘖数均无显著性差异(P>0.05)，对照组植物叶片的SPAD显著高于接菌组的SPAD(P<0.05)。
第47天，不同处理植物的株高和地径均无显著性差异(P>0.05)，对照组根系正常植物冠幅显著低于接菌组根系正常和根系损伤处理植物的(P<0.05)，接菌组(根系正常和根系损伤)植物分蘖数显著高于对照组(根系正常和根系损伤)的(P<0.05)，接菌组根系损伤植物的SPAD显著高于对照组根系正常和根系损伤植物的SPAD(P<0.05)。根系正常状况下接种AM真菌能提高植物冠幅和分蘖数；根系损伤状况下接种AM真菌能提高植物分蘖数和SPAD；接菌组根系损伤的冠幅、分蘖数和SPAD高于对照组根系正常处理的。
第64天，不同处理植物的株高、冠幅、地径和分蘖数均无显著性差异(P>0.05)，接菌组(根系正常和根系损伤)植物分蘖数和SPAD分别显著高于对照组(根系正常和根系损伤)的(P<0.05)。根系损伤和根系正常状况下接种AM真菌能提高植物分蘖数和SPAD；接菌组根系损伤的分蘖数和SPAD高于对照组根系正常处理的。
由表3发现，接菌组(根系正常和根系损伤)植物地上干重和总干重显著高于对照组(根系正常和根系损伤)的(P<0.05)，但是不同处理根系干重差异不显著(P>0.05)。接菌组根系正常植物的土壤含水率显著低于对照组根系正常处理的(P<0.05)。根系正常状况下接种AM真菌提高了植物地上干重、总干重和土壤含水率；根系损伤状况下接汇总AM真菌提高了植物地上干重和总干重；接菌组根系损伤植物地上干重和总干重高于对照组根系正常处理的。
表2不同时期植物株高、冠幅、地径、分蘖数和SPAD
备注：括号内为根系损伤后植物生长天数。分别对每次各个监测指标进行统计分析，并在每次各个监测指标内用不同字母代表不同处理之间差异显著(P<0.05)。
表3收获后植物地上干重，根干重，总干重，土壤含水率
备注：分别对每列数据进行统计分析，不同字母代表该指标不同处理之间差异显著(P<0.05)。
(2)气孔导度监测结果
由表4知，第40和41天监测发现：第40天12:00，AM真菌处理条件下根系损伤显著降低了植物气孔导度(P<0.05)，说明根系损伤显著降低了AM真菌处理植物的水分状况，说明根系损伤对AM真菌处理植物水分状况(图1⑤)和根系状况影响显著。第40天12:00根系正常条件下AM真菌显著提高了植物叶片气孔导度(P<0.05)，但是接菌组根系损伤植物叶片气孔导度与对照组根系正常的无显著差异，说明了根系损伤处理使得AM真菌植物叶片气孔导度与根系正常CK植物的差异不显著，监测到了根系损伤对接菌植物水分状况的影响。而其余监测时刻不同处理植物气孔导度差异均不显著，这是土壤水分限制大于处理对植物气孔导度的影响的原因。
第47天监测发现：CK处理条件下，根系损伤显著提高了大豆叶片气孔导度(P<0.05)，说明了此时根系损伤暂时提高了CK处理植物水分生理状况；AM真菌处理条件下，根系正常和根系损伤大豆气孔导度差异不显著(P>0.05)。根系正常和根系损伤条件下，AM真菌降低了大豆叶片气孔导度，原因是AM真菌处理植物生长旺盛水分消耗比CK处理植物消耗快，AM真菌处理植物土壤水分含量低于CK处理土壤水分，土壤水分含量低于AM真菌发挥作用的临界点，所以导致根系损伤状况下，AM真菌处理显著降低了12:00和14:00大豆气孔导度(P<0.05)，根系正常状况下无显著性差异(P>0.05)，这说明了AM真菌对根系损伤和根系正常大豆水分状况的影响不同。通过第40天监测发现AM真菌处理植物气孔导度高于CK处理的(P<0.05)，并且发现第41天监测发现AM真菌处理植物气孔导度与CK处理的差异在缩小，说明这是土壤水分消耗的原因，并非是AM真菌不利于植物水分供应，而是AM真菌处理植物水分消耗多引起的。第47天，14:00接菌组根系损伤植物叶片气孔导度显著低于对照组根系损伤和根系正常处理的，说明接菌组根系损伤植物和对照组根系正常植物水分状况差异显著，接菌促进了根系损伤植物根系发育。
第63和64天监测发现：第63天10:00根系正常或根系损伤条件下，AM真菌处理大豆的气孔导度显著高于CK处理的(P<0.05)，接菌组根系损伤植物气孔导度显著高于对照组根系正常植物的，说明接菌组根系损伤植物水分状况显著优于对照组根系正常和根系损伤植物的水分状况，接菌促进了根系损伤植物根系发育。
表4大豆根系损伤后不同生长时期叶片气孔导度(gs，mol H2O m-2s-1)和叶片温度(T，℃)
备注：括号内为根系损伤后植物生长天数。第40和47天10:00未进行气孔导度和叶片温度测量。分别对每次气孔导度和叶片温度测量数据进行统计分析，并在每次各个监测指标内用不同字母代表不同处理之间差异显著(P<0.05)。
(3)热红外监测结果
由表4知，CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在-1.4～+0.7℃，-0.3～+2.7℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-0.8～+1.3℃，-0.7～+2.0℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在-1.4～+1.3℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。第40和41天：不同处理叶片温度无显著差异(P>0.05)，叶片温度监测结果显示根系损伤对CK和AM真菌处理植物水分状况影响未达到显著水平(图1④)。
第47天：CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在+0.2～+0.7℃，-0.5～-0.3℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-5.2～-4.2℃，-6.4～-4.7℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在+4.5～+5.7℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。12:00和14:00AM真菌显著提高了根系正常和根系损伤状况下植物叶片温度(P<0.05)，接菌组根系损伤植物叶片温度显著高于对照组根系正常植物叶片温度的，接菌促进了根系损伤植物根系发育。通过第40天监测发现AM真菌处理植物叶片温度低于CK处理的，并且发现第41天监测发现AM真菌处理植物叶片温度与CK处理的近似，说明这是土壤水分消耗的原因，并非是AM真菌不利于植物水分供应，而是AM真菌处理植物水分消耗多引起的。
第63和64天：CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在-2.4～+0℃，-0.4～+2.7℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-0.6～+3.7℃，+1.8～+6.1℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在-4.4～-1.1℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。第63和64天10:00和12:00，AM真菌处理显著降低了根系损伤植物叶片温度(P<0.05)，说明AM真菌对根系损伤大豆水分供应影响的敏感性高于对根系正常植物水分供应的影响，AM真菌促进了根系损伤植物水分生理状况，接菌促进了根系损伤植物根系发育。第63天10:00和12:00，第64天12:00，接菌组根系损伤植物叶片温度显著低于对照组根系正常植物叶片温度，说明AM真菌处理根系损伤大豆水分状况优于CK处理根系正常植物的。虽然此时AM真菌处理植物的土壤含水量低于CK处理的，但是AM真菌对植物的促进作用在当前土壤含水状况下仍有效。
8、小结
利用目标植物的气孔导度和叶片温度对目标植物进行了根系水分生理状态分析。
(1)第40、41、47、63和64天(根系损伤后第1，2，8，24和25天)监测发现CK处理和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在-5.2～+3.7℃，-6.4～+6.1℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK处理与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-2.4～+0.7℃，-0.4～+2.7℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在-4.4～+5.7℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。在10:00、12:00和14:00不同处理植物气孔导度和叶片温度之间的差异均有可能达到显著性水平，因此，10:00、12:00和14:00均需要进行监测。
(2)第40和41天(根系损伤后第1和2天)：CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在-1.4～+0.7℃，-0.3～+2.7℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-0.8～+1.3℃，-0.7～+2.0℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在-1.4～+1.3℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。第40天12:00AM真菌处理根系损伤植物气孔导度显著低于根系正常的(P<0.05)，说明监测到了根系损伤导致AM真菌处理植物水分供应不足；AM真菌显著提高了根系正常大豆气孔导度(P<0.05)，但是对根系损伤大豆气孔导度影响不显著(P>0.05)，说明根系损伤对AM真菌处理植物水分状况不利，导致接菌组根系损伤植物水分状况与对照组根系正常水分状况近似。叶片温度未监测到不同处理植物水分状况的之间的差异(P>0.05)。综合结果显示，AM真菌对根系正常和根系损伤大豆的水分状况影响不同。
(3)第47天(根系损伤后第8天)：CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在+0.2～+0.7℃，-0.5～-0.3℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-5.2～-4.2℃，-6.4～-4.7℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在+4.5～+5.7℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。12:00和14:00AM真菌显著降低了根系损伤植物气孔导度(P<0.05)，12:00和14:00AM真菌显著提高了根系正常和根系损伤植物叶片温度(P<0.05)；但这不是AM真菌不利于植物水分状况，而是AM真菌促进植物生长，导致土壤水分含量低于AM真菌发挥正效应土壤含水量临界线所致。14:00接菌组根系损伤植物叶片气孔导度显著低于对照组根系正常植物的；12:00和14:00接菌组根系损伤植物叶片温度显著高于对照组根系正常植物的(P<0.05)，说明了接菌组根系损伤植物水分状况与对照组根系正常植物的有显著差异。
(4)第63和64天(根系损伤后第24和25天)：CK和AM真菌处理条件下，根系正常与根系损伤大豆叶片温度差异分别在-2.4～+0℃，-0.4～+2.7℃(根系正常-根系损伤)之间；根系正常和根系损伤处理条件下，CK与AM真菌处理大豆叶片温度差异分别在-0.6～+3.7℃，+1.8～+6.1℃(CK-AM)之间；接菌组根系损伤与对照组根系正常植物之间的叶片温度差异在-4.4～-1.1℃(接菌组根系损伤-对照组根系正常)之间。第64天10:00根系正常和根系损伤处理条件下AM真菌处理叶片气孔导度显著高于CK处理的(P<0.05)，第63天10:00根系正常或根系损伤处理条件下AM真菌处理叶片温度显著低于CK处理的(P<0.05)，第63天12:00和第64天10:00和12:00根系损伤条件下AM真菌处理叶片温度显著低于CK处理的(P<0.05)，说明AM真菌对根系损伤大豆水分的促进作用高于对根系正常大豆的。第63天10:00接菌组根系损伤植物气孔导度显著高于对照组根系正常植物的(P<0.05)；第63天10:00和12:00，第64天12:00接菌组根系损伤植物叶片温度显著低于对照组根系正常处理的(P<0.05)；说明接菌组根系损伤处理植物水分状况由于对照组根系正常植物的。
(5)基于上述结果，总结出一种利用微生物对根系损伤植物修复，通过监测植物叶片气孔导度和叶片温度联合判断植物水分状况，进而判断植物根系损伤状况，进一步反应微生物对根系损伤植物修复效果影响的判断依据：
此处需要说明的是，申请文件中所述的显著高于或显著低于指的是在统计学上显著性水平P<0.05；极显著高于或极显著低于指的是在统计学上P<0.01。所述的显著差异指的是在统计学上P<0.05；极显著差异指的是在统计学上P<0.01。对于本发明的判断标准而言，监测结果在统计学上P<0.05被认为是已经具有显著差异性了。
判断依据1：AM真菌处理植物气孔导度高于(优选地，显著高于(P<0.05))CK处理植物的气孔导度或叶片温度低于(优选地，显著低于(P<0.05))CK处理植物的叶片温度，反映土壤水分适宜，AM真菌对植物水分状况影响为正效应；相反，AM真菌对植物水分状况影响为负效应。
土壤水分状况是AM真菌对植物水分生理状况发挥正效应或负效应的前提条件，其中“AM真菌处理植物气孔导度高于CK处理植物的气孔导度或叶片温度低于CK处理植物的叶片温度”中，气孔导度或叶片温度满足其中之一即能判断土壤水分对植物水分状况的影响。
以下判断依据均是在判断依据1前提下进行的。
判断依据2：以根系损伤或根系正常条件下，AM真菌处理植物叶片温度显著低于(P<0.05)CK处理的叶片温度或气孔导度显著高于(P<0.05)CK处理的气孔导度为微生物修复效果显著的判断依据；AM真菌处理植物叶片温度显著高于(P<0.05)CK处理的叶片温度或气孔导度显著低于(P<0.05)CK处理的气孔导度为微生物修复效果显著的判断依据。其中，①叶片温度监测结果差异达到显著水平(P<0.05)，气孔导度监测结果差异未达到显著水平(P>0.05)；②气孔导度监测结果差异达到显著水平(P<0.05)，叶片温度监测结果差异未达到显著水平(P>0.05)；③气孔导度和叶片温度监测结果差异均达到显著水平(P<0.05)。①、②和③均可作为微生物修复效果显著的判断依据。
判断依据3：以接菌组根系损伤和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著(P<0.05)为判断微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据。
其中“差异显著”包含如下情况，①接菌组根系损伤植物气孔导度与对照组根系正常植物气孔导度差异达到显著性水平(P<0.05)，接菌组根系损伤植物叶片温度与对照组根系正常植物叶片温度差异未达到显著性水平(P>0.05)；②接菌组根系损伤植物叶片温度与对照组根系正常植物叶片温度差异达到显著性水平(P<0.05)，接菌组根系损伤植物气孔导度与对照组根系正常植物气孔导度差异未达到显著性水平(P>0.05)；③接菌组根系损伤植物气孔导度与对照组根系正常植物气孔导度差异达到显著性水平(P<0.05)，接菌组根系损伤植物叶片温度与对照组根系正常植物叶片温度差异达到显著性水平(P<0.05)。①、②和③均可作为微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据。
判断依据4：以日周期内10:00、12:00和14:00时刻不同处理的气孔导度和叶片温度的监测结果作为判断敏感时段。其中，满足判断依据2可以作为微生物对修复效果显著(P<0.05)的判断依据；满足判断依据3可以作为判断微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据。
其中，上述日周期内10:00、12:00和14:00三个时刻中任一时刻满足判断依据2或判断依据3即为微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据；日周期内10:00、12:00和14:00三个时刻均不满足判断依据2和判断依据3即为微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果不显著的依据。
判断依据5：由于根系生长缓慢，本发明提出的方法需要获得接菌组根系损伤后不同生长时期的气孔导度和叶片温度的敏感监测时段(例如，根系损伤后第1、2、8、24和25天)，这样有利于更加全面的了解微生物对根系损伤植物水分状况的影响。
其中“不同生长时期气孔导度和叶片温度的敏感监测时段”的判断依据以下述判断依据6-8为标准；“不同生长时期”中日周期监测结果判断依据以判断依据4为准。
判断依据6：根系损伤后近期(例如，根系损伤后第1和2天)，以根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测结果满足判断依据2为判断微生物修复效果显著的判断依据；以接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果满足判断依据3为判断微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据。
例如，根系损伤后第1和2天，根系损伤后第1天12:00AM真菌处理根系损伤植物气孔导度显著低于根系正常的(P<0.05)，说明监测到了根系损伤导致AM真菌处理植物水分供应不足；AM真菌显著提高了根系正常大豆气孔导度(P<0.05)，但是对根系损伤大豆气孔导度影响不显著(P>0.05)，说明根系损伤对AM真菌处理植物水分状况不利，导致接菌组根系损伤植物水分状况与对照组根系正常水分状况近似。叶片温度未监测到不同处理植物水分状况的之间的差异(P>0.05)。
判断依据7：根系损伤后短期(例如，根系损伤后第8天)，以根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测结果满足判断依据2为判断微生物修复效果显著的判断依据；以接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果满足判断依据3为判断微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据。
例如，根系损伤后第8天12:00根系损伤CK处理植物气孔导度显著高于(P<0.05)根系正常CK处理和根系损伤AM真菌处理植物气孔导度，14:00AM真菌处理显著降低了根系损伤植物叶片气孔导度(P<0.05)，12:00和14:00根系正常和损伤条件下AM真菌显著提高了植物叶片温度(P<0.05)；说明AM真菌对根系损伤植物和根系正常植物的影响近似，因为接菌植物生长旺盛，水分消耗更多、更快导致土壤水分亏缺，并不是微生物对植物水分状况不利。14:00接菌组根系损伤植物叶片气孔导度显著低于对照组根系正常植物的；12:00和14:00接菌组根系损伤植物叶片温度显著高于对照组根系正常植物的(P<0.05)，说明了接菌组根系损伤植物水分状况与对照组根系正常植物的有显著差异，微生物对根系损伤植物修复效果显著。
判断依据8：根系损伤后远期(例如，根系损伤后第24和25天)，以根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测结果以满足判断依据2为判断微生物修复效果显著的判断依据；以接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果满足判断依据3为判断微生物对损伤根系水分状况和根系发育影响效果显著的依据。
例如，根系损伤后第24和25天10:00根系正常和根系损伤处理条件下AM真菌处理叶片气孔导度显著高于CK处理的(P<0.05)；根系损伤后第24天10:00根系正常或根系损伤处理条件下AM真菌处理叶片温度显著低于CK处理的(P<0.05)；说明AM真菌对根系损伤植物水分状况的影响高于对根系正常植物的。根系损伤后第24天10:00接菌组根系损伤植物气孔导度显著高于对照组根系正常植物的(P<0.05)；根系损伤后第24天10:00和12:00，根系损伤后第25天12:00接菌组根系损伤植物叶片温度显著低于对照组根系正常处理的(P<0.05)；说明接菌组根系损伤处理植物水分状况优于对照组根系正常植物的，微生物对根系损伤植物修复效果显著。
特别地，本发明的判断标准是同时满足判断依据1-8才能更加完善的利用本发明监测根系损伤生物修复效果。
基于以上发明内容的描述，本领域技术人员能够全面地应用本发明，所有相同原理或类似的改动均应视为包括在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种植物根系损伤生物修复效果的监测方法，包括以下步骤：
（1）播种若干粒植物大豆的种子至盆栽塑料盆中，培育植物大豆，并分别设置两种接菌模式：接种菌剂或接种灭活菌剂；接种菌剂的为接菌组；接种灭活菌剂的为对照组；
（2）对上述培育植物在出苗后第40天接菌组和对照组均分别进行不伤根处理和单侧水平1/3根系损伤处理；所述单侧水平1/3根系损伤处理的具体步骤为：以植株茎为轴，以茎为圆心向外任意方向引一条射线，用一个平行于茎且垂直于上述射线的平面切除1/3的根系，切除位置由剖面后卷尺测量植物根系分布状况而定；
（3）利用植物气孔导度监测植物水分状况，同时利用热红外成像仪监测叶片温度，根据气孔导度和叶片温度联合判断植物体水分状况，判断出植物根系受损状况，评价微生物对损伤根系的修复效果；
所述接菌组植物气孔导度高于对照组植物的气孔导度或叶片温度低于对照组植物的叶片温度，反映土壤水分适宜，微生物对植物体水分状况影响为正效应；相反，微生物对植物体水分状况影响为负效应；
以根系损伤或根系正常条件下，接菌组植物叶片温度显著低于/显著高于对照组的叶片温度或气孔导度显著高于/显著低于对照组的气孔导度为微生物修复效果显著的判断依据；
以接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著为判断微生物对损伤根系植物水分状况和根系发育影响效果显著的依据；
以日周期内10:00、12:00和14:00时刻不同处理的气孔导度和叶片温度的监测结果作为判断敏感时段。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，
由于植物根系生长缓慢，需要获得接菌组根系损伤后不同生长时期的气孔导度和叶片温度状况的敏感监测时段。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，
以根系损伤后近期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据；
以根系损伤后短期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据；
以根系损伤后远期，根系正常或根系损伤条件下接菌组与对照组植物叶片温度或气孔导度监测显著性差异结果作为微生物修复效果显著的判断依据；接菌组根系损伤处理和对照组根系正常处理植物气孔导度或叶片温度监测结果差异显著作为判断微生物对根系损伤植物水分状况和根系发育影响效果显著的判断依据。
4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，
所述根系损伤后近期为根系损伤后第1和2天；
所述根系损伤后短期为根系损伤后第8天；
所述根系损伤后远期为根系损伤后第24和25天。
5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，利用热红外成像仪获取的叶片温度和气孔导度采集数据在日周期内为同一片叶子。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106520604A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-22 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一株产acc脱氨酶的固氮菌及其在土壤生态修复中的应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "接种菌根真菌对模拟开采伤根植物的修复效应";毕银丽等;《煤炭学报》;20170415;第42卷(第4期);第1013-1020页 * |
| "植物表型监测技术研究进展及发展对策";高宇等;《江苏农业科学》;20170626;第45卷(第11期);第5-10页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111512901A (zh) | 2020-08-11 |
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