CN112268731B - 一种低损伤的植物木质部汁液取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低损伤的植物木质部汁液取样方法，包括以下步骤：通过扫描电子显微镜，观察植物茎秆横截面的显微结构，确定木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸；结合取样要求与木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，确定植物茎秆切口的位置和深度；根据步骤二确定的切口位置和深度，消毒后的刀片快速在植物茎秆上切出一个凹槽；使用移液器吸取所述凹槽下方切口溢出的木质部汁液，并将汁液移至样本管中，收集足量木质部汁液样本后，将样本至于液氮中，供后续实验使用；处理植物茎秆伤口，加快恢复速度。本发明易于操作、污染少、对植株伤害小、取样后植株能够存活。

Description

一种低损伤的植物木质部汁液取样方法

技术领域

本发明属于植物汁液取样技术领域，尤其涉及一种低损伤的植物木质部汁液取样方法。

背景技术

木质部汁液主要由水、矿质养分和植物根系自身合成的多种有机物组成，其组成成分与含量根据植物种类有所不同。木质部汁液中的水分是植物生长发育的必须介质，植物在含水量足够高时才能进行各种生理活动，各种生化反应中，水都起着介质或溶剂的作用。同时，水的气化也会带走大量热，起到稳定体温的作用。木质部汁液中的矿质养分，包括N、P、K、Zn、Fe、Cu等，普遍有17种，大部分都由根系从土壤或者培养基质中吸收。矿质元素作用主要有两大方面，一是用来合成自身的结构物质,如用来构成自身的核酸、蛋白质等的N、P、S等；二是用来调节自身的生命活动,如能促进花粉管伸长的B。此外，木质部汁液还包括植物根系自身合成的植物激素、多胺、糖类、氨基酸和蛋白质等有机化合物，显著影响植物生长。特别是植物激素，能有效调控植物的生长、发育与分化。

木质部汁液的组成成分以及各组分浓度变化受多种因素的共同影响，如根系和地上部的生理活性、土壤或培养液的成分、土壤水分、空气温湿度等。因此，在现代植物科学的研究中，收集木质部汁液并研究其组成成分以及各组分浓度变化，是很重要的一部分。

在植物体内，木质部和韧皮部束状排列形成了维管束。维管束多存在于茎、叶等器官中，主要有支撑植物体和为植物体运输营养物质的作用，其中木质部是植物将根部吸收或产生的各种营养物质运输至全身的通道，韧皮部是植物将叶子的光合作用产物运输到植物各处的运输通道。因此，截断茎秆，就能截断木质部和韧皮部，从而在近地切口处得到木质部汁液，在近叶切口处得到韧皮部汁液。

当前，木质部汁液的提取方法主要有以下几种：

(1)自然根压法：根压是根系的生理活动之一，为水分逆重力运输提供了除蒸腾作用外的动力。比如将一株生长旺盛的植物在近地面处切断，木质部汁液就会从与地面相连的切口中处冒出。因此，使用锋利刀片将植物茎秆距离地面3-5cm处切断，即可使用收集工具收集从切口处被根压挤出的汁液。

(2)脱脂棉法：脱脂棉经稀盐酸、蒸馏水、去离子水清洗，烘干后装入10mL离心管待用。使用刀片将植物茎秆距离地面3-5cm处切断，第一滴汁液使用去离子水冲去并使用脱脂棉擦干，然后将装有脱脂棉的离心管倒扣在茎秆上并使切口被脱脂棉包裹。并使用保鲜膜将茎秆与离心管包裹好，用来防止污染、蒸发和不慎脱落。保持12h后取下，脱脂棉吸取的汁液即为木质部汁液。

(3)压力室法：将切下的完整植株或割去地上部的植物完整根系放入压力室中，并且使其切面突出压力室外，增加压力室的气压直到切口上刚冒出汁液，然后使用收集工具将它们取出。这种方法能够很快速的提取到植物的木质部汁液，但是需要压力室等各种设备，对设备要求很高。

从上述可知，自然根压法、脱脂棉法、压力室法三种方法在取样时均会将植物茎秆完全切断，因此一株植物只能进行一次取样，完成取样后植株难以存活。

发明内容

针对上述取样技术中存在的对植株伤害极大，完成取样后植株不能存活的问题，本发明根据植物茎秆断面结构特征，提出了一种低损伤的植物木质部汁液取样方法，该取样方式有易于操作、污染少、对植株伤害小、取样后植株能够存活的特点。

本发明的技术方案是：一种低损伤的植物木质部汁液取样方法，包括以下步骤：

步骤一、观察植物茎秆断面微结构:通过扫描电子显微镜，观察植物茎秆横截面的显微结构，确定木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸；

步骤二、确定茎秆切口位置与深度:结合取样要求与木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，确定植物茎秆切口的位置和深度；

步骤三、切开植物茎秆:根据步骤二确定的切口位置和深度，消毒后的刀片快速在植物茎秆上切出一个凹槽；

步骤四、提取植物木质部汁液并保存:使用移液器吸取所述凹槽下方切口溢出的木质部汁液，并将汁液移至样本管中，收集足量木质部汁液样本后，将样本至于液氮中，供后续实验使用；

步骤五、处理植物茎秆伤口，加快恢复速度。

上述方案中，所述步骤一具体为：通过扫描电子显微镜，应用植物样本的处理方法，观察茎秆横截面中表皮、木质部、髓的显微结构，得到木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸。

上述方案中，所述步骤二具体为：根据植株状态与取样量要求，确定切断木质部的数量，根据步骤一所确定的茎秆分布特征、结构特征和几何尺寸，确定切断目标数量木质部所需要的切割位置和深度。

上述方案中，所述步骤三中凹槽下方切口倾斜角度不超过15°；凹槽的上方切口倾斜角度大于15°。

上述方案中，所述步骤三中所述刀片经丙酮消毒。

上述方案中，所述步骤五中，处理伤口前，使用脱脂棉吸干伤口周围的水分，然后在切口上喷洒营养液；处理伤口时，用嫁接膜包覆伤口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过扫描电子显微镜，观察植物茎秆横截面的显微结构，确定木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸；结合取样要求与木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，确定植物茎秆切口的位置和深度；根据步骤二确定的切口位置和深度，消毒后的刀片快速在植物茎秆上切出一个凹槽；使用移液器吸取所述凹槽下方切口溢出的木质部汁液，并将汁液移至样本管中，收集足量木质部汁液样本后，将样本至于液氮中，供后续实验使用；处理植物茎秆伤口，加快恢复速度。本发明基于对植物茎秆微结构的分析，能准确确定植物茎秆的木质部分布特征；依此确定取样位置和取样深度，既能实现足量取样，又能减少对植株的伤害，与现有根压法、脱脂棉法和压力室法等提取技术相比对植株伤害小、植株恢复后能再次对木质部汁液进行取样。

附图说明

图1为本发明一实施方式的方法流程图；

图2为本发明一实施方式的黄瓜茎秆电镜图；

图3为本发明一实施方式的茎秆切割示意正面图；

图4为本发明一实施方式的茎秆切割示意侧面图；

图5为本发明一实施方式的取样8天后黄瓜状态。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中优选的，使用的是由美国Fei公司生产的quanta200型扫描电子显微镜系统，利用扫描电子显微系统中的显微图像采集系统采集温室黄瓜茎秆的断面微观结构。本发明的实验地点是江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室玻璃温室，实验对象为黄瓜，品种为六朝绿翡翠。采用镇江培蕾基质科技发展有限公司生产的植物培养基进行育苗，待黄瓜苗生长到四到六片真叶时进行移栽工作，移栽后采用无土栽培方式进行样本培育，基质为珍珠岩，使用山崎配方营养液进行浇灌。黄瓜培育30天后开始取样。试验时选取株高茎粗相近、长势相当的6株，其中三株作为实验组进行取样，三株作为对照组用于后期对本发明对植株伤害的检测的参照。

图1所示为本发明所述低损伤的植物木质部汁液取样方法的一种较佳实施方式，所述低损伤的植物木质部汁液取样方法，包括以下步骤：

步骤一、观察黄瓜茎秆断面微结构

使用扫描电子显微镜，应用植物样本的处理方法，观察茎秆横截面的显微结构，见图2，确定黄瓜的表皮、木质部、髓等的分布，为保证代表性，观察样本最少为3个。根据显微结构，黄瓜茎秆的木质部围绕中心髓部近似均匀分布；每处木质部整体呈圆形，直径约为0.5mm，中心与表皮的距离约1mm。

步骤二、根据微结构确定切口位置与深度

根据步骤一中观察的黄瓜木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，采用切断部分茎秆的方法就能获得木质部汁液，同时考虑到木质部汁液取样量与黄瓜后期恢复，切断三分之一左右的木质部用来收集汁液即可满足取样要求。以植物直径为D(mm)，在木质部完全围绕髓部均匀分布的理想情况下，假设木质部最内侧与表皮的距离为1.25mm，计算得到切断三分之一木质部所要求的切口深度h为直径的

黄瓜直径大致为10mm，此时切口深度约黄瓜直径的0.3倍，因此切口深度为黄瓜直径的三分之一左右。

步骤三、切开黄瓜茎秆，准备取样

使用经丙酮消毒后的刀片快速在黄瓜茎秆距离地面3-5cm处切出一个凹槽，凹槽形状如图3和4所示，凹槽深度为黄瓜茎秆直径的三分之一左右，即3-4mm，凹槽的下方切口倾斜角度β不超过15°，凹槽的上方切口倾斜角度α大于15°。使用去离子水清洗两端的切口并使用脱脂棉吸干表面水分，去除破碎细胞的汁液和来自另一端的汁液，静置一分钟后再次用脱脂棉吸干切口处冒出的汁液。

步骤四、提取黄瓜木质部汁液并保存

使用移液器吸取下切口溢出的汁液，并将汁液移至2mL的样本管中。取样同时，定时擦拭上方切口，防止上方韧皮部汁液污染样本。收集到目标量的黄瓜木质部汁液后，将汁液样本至于液氮中，供后续实验使用。

步骤五、黄瓜茎秆的恢复

使用脱脂棉吸干伤口周围的水分，在切口上喷洒少量营养液；处理伤口时，用嫁接膜包覆伤口，隔绝外界病菌，方便植株恢复。

取样后植株生长实验：在完成取样和伤口处理后开始计时，营养液的浇灌方式与取样前相同。以完成取样为第0天，每隔两天采集实验组和对照组的株高、茎粗、叶面积、光合速率和蒸腾速率的数据并进行对比，光合速率和蒸腾速率的测量时间为上午十点至十一点。其中，株高是从土壤表面到植株生长点的垂直距离，使用卷尺测量；茎粗指植株三分之一高度处茎秆的直径，使用游标卡尺测量；在每株黄瓜的上部选择一片面积相近的叶子进行持续测量，测量方式是使用刻度尺测量叶片的叶长L与叶宽W，代入叶面积公式进行计算。叶面积计算公式为：

A＝14.6-5.0L+0.94L²+0.47W+0.63W²-0.62L×W(L：叶长；W：叶宽)

图5为取样后第8天切口部位的图片，由图片可知植株切口周围没有明显变化，取样后植株外表状态并没有明显受到影响。根据收集到的数据，使用SPSS软件进行差异显著性检验，数据以平均值±标准误差显示，得到每隔两天实验组与对照组株高、茎粗和叶面积增长量对比表1与实验组与对照组光合作用率和蒸腾速率对比表2。

表1实验组与对照组每两天株高、茎粗和叶面积增长量对比表

注：同组数据不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由表1中实验组与对照组每两天株高、茎粗和叶面积增长量的显著性差异分析接结果可知，同样的两天内，对照组与实验组的株高、茎粗和叶面积增长量均没有显著性差异。从8天的总增长量来说，实验组与对照组相比，株高增长量下降了6.95％，茎粗增长量下降了4.37％，叶面积增长量下降了4.01％。

表2实验组与对照组光合作用率和蒸腾速率对比表

注：同组数据不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由表2中实验组与对照组光合作用率和蒸腾速率的显著性差异分析接结果可知，每次测量中，对照组和实验组的光合作用率和蒸腾速率均没有显著性差异。

综合表1和表2，虽然本发明的取样方法会对植物的生长指标与生理指标造成一定影响，但是对照组和实验组并未体现出显著性差距，说明本发明的取样方法对植株的损伤在可接受范围内，可以用于植株的低损伤取样。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低损伤的植物木质部汁液取样方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤一、观察植物茎秆断面微结构:通过扫描电子显微镜，观察植物茎秆横截面的显微结构，确定木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸；所述植物为黄瓜，使用扫描电子显微镜，应用植物样本的处理方法，观察茎秆横截面的显微结构，确定黄瓜的表皮、木质部、髓的分布，根据显微结构，黄瓜茎秆的木质部围绕中心髓部分布；每处木质部整体呈圆形，确定直径大小，中心与表皮的距离；

步骤二、确定茎秆切口位置与深度:结合取样要求与木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，确定植物茎秆切口的位置和深度；根据步骤一中观察的黄瓜木质部的分布特征、结构特征和几何尺寸，采用切断部分茎秆的方法获得木质部汁液，切断三分之一左右的木质部用来收集汁液，以植物直径为D，切口深度为黄瓜直径的0.3倍，因此切口深度为黄瓜直径的三分之一；

步骤三、切开植物茎秆:根据步骤二确定的切口位置和深度，消毒后的刀片快速在黄瓜茎秆距离地面3-5cm处切出一个凹槽，凹槽深度为黄瓜茎秆直径的三分之一，凹槽的下方切口倾斜角度β不超过15°，凹槽的上方切口倾斜角度α大于15°；

步骤四、提取植物木质部汁液并保存:使用移液器吸取所述凹槽下方切口溢出的木质部汁液，并将汁液移至样本管中，收集足量木质部汁液样本后，将样本至于液氮中；

步骤五、处理植物茎秆伤口。

2.根据权利要求1所述的低损伤的植物木质部汁液取样方法，其特征在于，所述步骤一具体为：通过扫描电子显微镜，应用植物样本的处理方法，观察茎秆横截面中表皮、木质部、髓的显微结构，得到木质部在茎秆横截面上的分布特征、结构特征和几何尺寸。

3.根据权利要求1所述的低损伤的植物木质部汁液取样方法，其特征在于，所述步骤二具体为：根据植株状态与取样量要求，确定切断木质部的数量，根据步骤一所确定的茎秆分布特征、结构特征和几何尺寸，确定切断目标数量木质部所需要的切割位置和深度。

4.根据权利要求1所述的低损伤的植物木质部汁液取样方法，其特征在于，所述步骤三中所述刀片经丙酮消毒。

5.根据权利要求1所述的低损伤的植物木质部汁液取样方法，其特征在于，所述步骤五中，处理伤口前，使用脱脂棉吸干伤口周围的水分，然后在切口上喷洒营养液；处理伤口时，用嫁接膜包覆伤口。

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