CN112945651A - 水土共用13co2标记培养-根系分泌物收集装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水土共用13CO2标记培养‑根系分泌物收集装置及其方法,装置包括上部的同位素气体标记箱和下部植物根箱两大部分,标记箱包含玻璃罩、空气混合装置和配有气阀的13CO2气瓶,植物根箱自左向右由PVC塑料板分隔成左溶液培养室和右土壤培养室,在右右土壤培养室中由尼龙网将土壤分隔成若干个纵向隔层,每个分隔的根系生长室中埋入Micro Rhizon根际溶液采样器。该装置具有结构简单、占地面积小和成本低的特点,能够在不破坏根系生长的前提下实现同一株植物在水培和土培环境中根系分泌物的原位收集分析,从而确定不同生长时期来源于根系分泌的各类有机物种类及其在根际微域中的分布特征。
Description
技术领域
本发明涉及根系分泌物收集技术领域,特别涉及一种水土共用13CO2标记培养-根系分泌物收集装置及其方法,用于精确研究植物根际微区域中根系分泌物的种类和分布特征。
背景技术
植物可以通过向根际分泌生物活性分子来改变土壤微生物群,从而影响其后代的表现。根系分泌物除了为微生物生长提供碳和氮底物外,还作为信号分子、引诱剂、刺激剂、抑制剂和排斥剂来影响根际微生物。根系分泌物在土壤结构形成、土壤养分活化、植物营养吸收、生物污染胁迫、环境污染修复等领域均有重要作用,受到国内外学者普遍关注。目前常用的根系分泌物收集方法有溶液培收集法、基质培(蛭石培、砂培、琼脂培等)收集法及土培收集法。上述三种收集方法可以有效的收集植株根系分泌物,但同时也各自存在着缺陷。其中,溶液培收集法和基质培收集法这两种方法能精准分析根系分泌物组成,但都改变了植物的正常生长环境,不能够还原反映植物在土壤中的实际分泌情况,试验结果往往与实际土壤中根系分泌物状况存在很大差异。土培收集法虽能还原植物原始生长情况,但由于土壤本身存在复杂的化合物,很难将土壤自身的有机物与根系分泌的有机物区分开,影响研究结果的可靠性。同时,现有的根系分泌物收集装置并未系统地对同一株植物在不同培养体系中根系分泌物状况进行比较,限制了我们对不同培养环境下植物根系分泌特性差异的理解。因此,在不破坏根系生长的前提下实现根系分泌物的原位收集和精准收集一直是学术界的技术难题。
近年来稳定性同位素标记技术的应用,为根际生态学的研究提供了重要途径。其中13CO2植物(间接)标记法在根际生态学研究中具有重要作用,可以追踪碳在植物-土壤体系中的流动,以评价环境条件对碳流的影响。目前,利用13CO2植物(间接)标记法研究植物根系分泌物的培养收集装置较少,尤其缺乏在不破坏根系生长的前提下实现根系分泌物的原位收集和精准收集。
发明内容
为了解决上述技术难题,本发明的目的是提供一种水土共用13CO2标记培养-根系分泌物收集装置及其方法,可以将土壤自身的有机物与根系分泌物区分开,提高结果的可靠性,同时还可以精确定位不同根际微域中根系分泌物分布特征。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,包括上部的标记箱和下部的植物根;所述标记箱包含依次连通的玻璃罩、空气混合装置和配有气阀的13CO2气瓶,所述玻璃罩侧面设有出气口和进气口,以通过空气混合装置将13CO2气瓶输入的气体混合后通过进气口输入玻璃罩;所述植物根箱自左向右由PVC板分隔成左溶液培养室和右土壤培养室两个培养区域,在所述右土壤培养室中由尼龙网以10mm间隔分隔成的若干个纵向隔层,在每个纵向隔层中分别埋入Micro Rhizon根际溶液采样器。
进一步地,所述玻璃罩由透明有机玻璃制成。
进一步地,所述植物根箱为PVC材料。
进一步地,所述尼龙网的网孔小于25μm,各隔间的宽度为10mm,所述左溶液培养室和右土壤培养室的宽度分别为12cm。
一种根据上述所述的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置的收集方法,包括以下步骤:
S1:采用土培方法将植株培育到目标期;
S2:用蒸馏水淋洗植株根部,清除根部土壤后,将植株根部通过Y型分根管均匀划分,平均放置于左溶液培养室及右土壤培养室中分别进行水培和土培;
S3:将玻璃罩罩在植物根箱上,开启出气口,从进气口输入半小时不含CO2的空气后,关闭出气口;
S4:白天开启气瓶及空气混合装置向玻璃罩内注入混合均匀的含13CO2空气,每隔1小时输入一次,每天8次,按每天40mL(输入总体积)/10L(标记箱体积)的比例进行输入;
S5:夜晚关闭气瓶;
S6:在所述水培过程中,当日均温度≥28.5℃,每天更换一次培养液,日均温度<28.5℃,每隔2-3天更换一次培养液,合并更换的培养液,得到总液;
S7:在所述土培过程中,定期添加营养液土壤湿度连续标记10天后通过MicroRhizon根际溶液采样器收集植物右土壤培养室中土壤溶液;
进一步地,在所述步骤S7中,所述总液及Micro Rhizon根际溶液采样器内的溶液均通过冷冻干燥机冷冻浓缩至粉末状物质后,加入4ml超纯水,用超声波超声5min以助溶;采用固相萃取小柱Sep-Pak C18过滤杂质,即得到所述含有根系分泌物的液体。
进一步地,在所述步骤S3中,采用HPLC测定两种环境下根系分泌物组成,利用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用法(GC-C-IRMS)测定各种根系分泌物中13C的丰度(δ13C)。
进一步地,在所述步骤S2中,所述植株根系始终全部浸没在所述培养液或掩埋在所述土壤中。
进一步地,所述培养液为霍格兰和阿农通用营养液。
本发明的有益效果是:
本发明提供的植物根系分泌物收集装置具有结构简单、占地面积小和成本低的特点,能够在不破坏根系生长的前提下实现将土壤自身的有机物与根系分泌物分开,并精确定位和测定不同根际微域中根系分泌物分布特征。
附图说明
图1为水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置的结构示意图。
附图标记:1-玻璃罩;2-出气口;3-Y型分根管;4-左溶液培养室;5-右土壤培养室;6-Micro Rhizon根际溶液采样器;7-进气口;8-空气混合装置,9-13CO2气瓶。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为从商业渠道购买得到的。
实施例1
参照图1,本发明的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,包括上部的标记箱和下部的植物根箱。图示实例中,标记箱的玻璃罩1由5张透光性良好的有机玻璃板粘合而成,植物根箱采用黑色PVC板加工制成。在玻璃罩1的左面中心位置安装出气口2,在玻璃罩1的右面中心位置通过进气口7与空气混合装置8连接;空气混合装置8上部连接13CO2气瓶9。植物根箱自左向右用PVC板划分为左溶液培养室4和右土壤培养室5,用网孔<25μm尼龙网以10mm间隔将右土壤培养室5进行分隔,隔成12个纵向隔层(0-10mm近根际土及>10mm远根际土),左、右植物培养室的宽度分别为12cm,在每个隔层中分别埋入Micro Rhizon根际溶液采样器6,以实现对根际土(根系生长室)、0-10mm近根际土及远根际土(>10mm)的分别采集。Micro Rhizon根际溶液采样器由荷兰瓦Rhizon公司生产,型号为19.21.82MicroRhizon,直径1mm,长8mm取样头,PEEL管及其注射器连接接头,一般溶液取样量在2ml左右。
使用时,将植物根系通过Y型分根管均匀划分,分别在植物左溶液培养室4和植物右土壤培养室5中培养,将玻璃罩1罩在植物根箱上。白天通过气瓶注入纯度为99%的13CO2,每隔1小时注射一次,每天8次,按每天40mL(注射总体积)/10L(标记箱体积)的比例进行标记,使植物通过光合作用吸收13CO2产生的同化产物的一部分从地上部转移到地下部再分泌到根际土壤中,从而可以追踪根系分泌物在植物—土壤体系中的流动以及在根际土、近根际土及远根际土的分布特征。注入13CO2后开启空气混合装置2,将注入的13CO2与空气混合均匀,然后关闭空气混合装置8。连续标记10天后收集植物右土壤培养室5中土壤溶液;每隔2天或3天更换一次植物左溶液培养室4中培养液,合并更换的培养液,得到总液。将样品用冷冻干燥机冷冻浓缩至粉末状物质后,加入4ml超纯水,用超声波超声5min以助溶;采用固相萃取小柱Sep-Pak C18过滤杂质。采用HPLC测定土壤溶液根系分泌物组成特点,同时结合自动馏分收集器收集分离的根系分泌物组分,利用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用法(GC-C-IRMS)测定各种根系分泌物中13C的丰度(δ13C),则13C富集的有机组分为植物通过光合作用吸收13CO2产生的同化产物经根系分泌到根际土壤中的,从而可以确定根系分泌物的种类及在根际不同区域的分布特征。
实施例2
一种根据实施例1记载的根系分泌物收集装置的收集方法,包括以下步骤:
(1)采用土培方法将植株培育到目标期;
(2)用蒸馏水淋洗植株根部,清除根部土壤后,将植株根部通过Y型管3将根系均匀划分,平均放置于左溶液培养室4及右土壤培养室5中分别进行水培和土培;优选的,植株根系始终全部浸没在所述培养液或掩埋在所述土壤中;
(3)将玻璃罩1罩在植物根箱上,开启出气口2,从进气口7输入半小时不含CO2的空气后,关闭出气口2;
(4)白天开启气瓶9及空气混合装置8向玻璃罩1内注入混合均匀的含13CO2空气,每隔1小时输入一次,每天8次,按每天40mL(输入总体积)/10L(标记箱体积)的比例进行输入;夜晚关闭气瓶9;
(5)在所述水培过程中,当日均温度≥28.5℃,每天更换一次培养液,日均温度<28.5℃,每隔2-3天更换一次培养液,合并更换的培养液,得到总液;其中,所述培养液为霍格兰和阿农通用营养液;
(6)在所述土培过程中,定期添加营养液土壤湿度;其中,所述培养液为根据土壤本底养分情况改良后的霍格兰和阿农通用营养液;
(7)连续标记10天后,对水培环境产生的总液和土培环境中Micro Rhizon根际溶液采样器内的溶液进行收集。
在所述步骤(7)中,所述总液及Micro Rhizon根际溶液采样器内的溶液样品用冷冻干燥机冷冻浓缩至粉末状物质后,加入4ml超纯水,用超声波超声5min以助溶;采用固相萃取小柱Sep-Pak C18过滤杂质,即得到所述含有根系分泌物的液体。
在所述步骤(7)中,采用HPLC测定土壤溶液根系分泌物组成,利用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用法(GC-C-IRMS)测定各种根系分泌物中13C的丰度(δ13C)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,其特征在于:包括上部的标记箱和下部的植物根;所述标记箱包含依次连通的玻璃罩(1)、空气混合装置(8)和配有气阀的13CO2气瓶(9),所述玻璃罩(1)侧面设有出气口(2)和进气口(7),通过空气混合装置(8)将13CO2气瓶(9)输入的气体混合后通过进气口(7)输入玻璃罩(1);所述植物根箱自左向右由PVC板分隔成左溶液培养室(4)和右土壤培养室(5)两个培养区域,在所述右土壤培养室(5)中由尼龙网以10mm间隔分隔成的若干个纵向隔层,在每个纵向隔层中分别埋入MicroRhizon根际溶液采样器(6)。
2.根据权利要求1所述的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,其特征在于:所述玻璃罩(1)由透明有机玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,其特征在于:所述植物根箱为PVC材料。
4.根据权利要求1所述的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置,其特征在于:所述尼龙网的网孔小于25μm,各隔间的宽度为10mm,所述左溶液培养室(4)和右土壤培养室(5)的宽度分别为12cm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水土共用的13CO2标记培养-根系分泌物收集装置的收集方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:采用土培方法将植株培育到目标期;
S2:用蒸馏水淋洗植株根部,清除根部土壤后,将植株根部通过Y型管均分放置于左溶液培养室(4)及右土壤培养室(5)中分别进行水培和土培;
S3:将玻璃罩(1)罩在植物根箱上,开启出气口(2),从进气口(7)通入0.5小时不含CO2的空气后,关闭出气口(2);
S4:白天开启气瓶(9)及空气混合装置(8)向玻璃罩(1)内注入混合均匀的含13CO2空气,每隔1小时输入一次,每天8次,按每天40mL(输入总体积)/10L(标记箱体积)的比例进行输入;
S5:夜晚关闭气瓶(9);
S6:在所述水培过程中,当日均温度≥28.5℃,每天更换一次营养液,日均温度<28.5℃,每隔2-3天更换一次左溶液培养室(4)中的营养液,合并更换的营养液,得到总液;
S7:在所述土培过程中,定期添加营养液土壤湿度,待连续标记10天后通过MicroRhizon根际溶液采样器(6)收集植物右土壤培养室(5)中土壤溶液。
6.根据权利要求5所述的收集方法,其特征在于:在所述步骤S7中,所述总液及MicroRhizon根际溶液采样器(6)内的溶液均通过冷冻干燥机冷冻浓缩至粉末状物质后,加入4ml超纯水,用超声波仪超声5min以助溶;采用固相萃取小柱Sep-Pak C18过滤杂质,即得到所述含有根系分泌物的液体。
7.根据权利要求6所述的收集方法,其特征在于:在所述步骤S7中,采用HPLC测定两种环境下根系分泌物组成,利用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用法(GC-C-IRMS)测定各种根系分泌物中13C的丰度(δ13C)。
8.根据权利要求5所述的收集方法,其特征在于:在所述步骤S2中,所述植株根系始终全部浸没在所述培养液或掩埋在所述土壤中。
9.根据权利要求5所述的收集方法,其特征在于:所述培养液为霍格兰和阿农通用营养液。
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2021
- 2021-04-06 CN CN202110366345.9A patent/CN112945651A/zh active Pending
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