CN1813514A

CN1813514A - 植物根系根室观测系统

Info

Publication number: CN1813514A
Application number: CN 200610011344
Authority: CN
Inventors: 廖红; 严小龙
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2006-08-09

Abstract

本发明涉及植物根系观测技术。本发明提出一种植物根系根室观察系统，包括生长室、微根管、数字照相系统，其中生长室包括生长槽，待观测的植物种植在生长槽中；微根管分布在生长槽内部，且至少一端连接到生长槽外部；数字照相系统包括数码相机，该数码相机可以透过微根管获取生长槽内部影像。采用本发明可以在不损坏植物根系根室的情况下，直接将植物根系原位生长状况进行可视化观测，有利于根系生物学的研究和应用。

Description

植物根系根室观测系统

技术领域

本发明涉及植物根系观测技术，特别涉及一种在不损坏根系的情况下的植物根系根室原位观测系统。

背景技术

根系是植物吸收养分和水分的重要器官。只有生长发育良好的根系才能满足植物生长的需要。因此，研究植物根系生长对了解植物对养分水分的需求及其与环境的关系具有十分重要的意义。目前的研究状况是，根系生长的研究已是世界上植物学研究的热点之一。然而在自然生长条件下，由于土壤介质的不透明性和结构的复杂性，难以进行原位观察和测定。因此，植物根系生长的原位观察和定量测定一直是世界上根系生物学研究的难点之一，目前在现有技术中，还没有一种能在不损坏根系的情况下对植物根系根室进行原位观测的系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是要克服目前现有技术的缺陷，提出一种可以在不损坏根系的条件下，直接将植物根系原位生长状况进行可视化观察的观测系统。

(二)技术方案

本发明提出一种植物根系根室观察系统，包括生长室、分布在生长槽内部的若干根微根管、数字照相系统，其中生长室包括生长槽，待观测的植物种植在生长槽中；每根微根管至少有一端连接到生长槽外部；数字照相系统包括数码相机，该数码相机可以透过微根管获取生长槽内部影像。

上述的植物根系根室观察系统，其中微根管是透明塑料管。

上述的植物根系根室观察系统，一种优选的方案是微根管以倾斜于水平线0°～60°的角度安装在生长槽内部。

上述的植物根系根室观察系统，一种优选的方案是数字照相系统包括定位轨道，该定位轨道通过微根管端部伸入微根管中，用于定位数码相机在微根管中的位置。

上述的植物根系根室观察系统，一种优选的方案是数码相机具有可见光光源。

(三)有益效果

采用本发明，通过对植物根系原位生长状况进行三维可视化分析，能直接反映植物根系在土壤介质中的生长状况。此外，通过观测从而改变生长槽所加养分的组分，可以调节生长介质对植物根系养分的供应状况。因此，运用本发明的植物根系根室观测系统还可进行生长介质中养分的供应状况与植物根系生长的关系等方面的研究。

附图说明

图1为本发明的地下生长槽正面示意图；

图2为本发明的地下生长槽剖面示意图；

图3为本发明的数码相机获得的根系状况的原始图片；

图4为本发明的图像软件处理后的根系状况图片；

图5为本发明的观察面示意图。

其中，1、微根管；2、观察面。

具体实施方式

本发明提出的植物根系根室观测系统，结合附图和实施例说明如下。以下实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

本系统由生长室、微根管、轨道式定位数字照相系统等三部分组成。各部分具体功能如下：

第一部分，生长室，是由地上部和地下部生长室两部分组成。地上部生长室由控温控光温室、生长槽和营养液滴灌系统组成。地上部生长室中的光温调控系统可以控制植物生长过程中的光照和水分条件；生长槽是4.5米长、2.0米宽，高出地面20厘米的水泥槽，内铺土壤或砂等生长介质；营养液滴灌系统可以通过改变营养液的组分，来调节生长介质对植物根系养分的供应状况，从而进行生长介质中养分的供应状况与植物根系生长的关系等方面的研究。

地下部生长室由生长槽和观测通道组成。地下部生长槽与地上部生长槽相连，4.5米长、2.0米宽，高3米，由与地面距离40厘米的水泥槽构成；地下部生长槽的底部按比例设计渗水孔，并在底层铺有20厘米的、粒径为5厘米左右的花岗岩石块，以保持生长室具有良好的通气状况；并且通过调节地下部生长槽底部渗水孔的开闭比例，还可以模拟旱作或水田等不同栽培条件。观测通道用于操作轨道式定位数字照相系统，获得根系生长的原位图像。在本实施例中，观测通道约2米。

第二部分，本发明中所用的微根管是从美国Bartz公司订购、长2.5m，直径5.1cm、抗高压的透明塑料管。该微根管具有透明度高、抗高压、本身不含任何养分的特点，能通过数码相机捕获植物根系沿微根管自然生长状况。每根微根管面向观测通道的一端均具有与轨道式定位数字照相系统相对应的定位孔，用于对所观测的根系进行定位。

参照图1和图2，将微根管以一定的角度、分不同层次埋于地下部生长槽中，并且使得每层根管间的距离一致，从而可以观察整个地下部生长槽中植物根系的生长状况。在本实施例中，根管之间的相互距离为50cm，水平倾斜30°布置在地下部生长槽中。

第三部分，轨道式定位数字照相系统由可伸缩的定位轨道、附带可见光光源的数码相机、包括图像处理软件的通用计算机组成。其中，可伸缩的定位轨道可在微根管内伸缩移动，并能对数码相机进行定位。在本实施例中，定位轨道和数码相机购自美国Bartz公司，轨道的长度为210cm，宽为18.2mm，数码相机型号BTC-2，并附带可见光光源，可以与通用计算机相连。相机沿定位轨道移动，寻找沿微根管自然生长的植物根系，然后捕获根系图像并传输到通用计算机中，如图3所示。通用计算机所用的图像处理软件是WinRhizotron(Regent Instruments Inc.，Canada)，通过该软件可以对所捕获的图像进行处理，获得植物根系形态和构型，如图4所示，从而对植物根系进行原位观察和测定。

使用本发明时，例如采用本发明研究大豆根系对低磷胁迫的适应性反应及其基因型差异，具体试验如下：供试大豆种子催芽后播于本发明所述的植物根系根室原位观测系统。对应每根微根管种植1行植株，种子播种距管根管20cm，播种1行，每行播种11粒，株距10cm，并采用低磷处理(15μM KH2PO4)。播种后通过观察土壤表面及剖面情况，决定滴灌营养液的用量及时间，在本试验中，每隔2小时滴灌15min；同时监测电导率，一般电导率保持在0.75～1.0ds/m，基本不会出现盐积化，也可通过观察及时改灌溉清水，以防止盐积现象出现。温室内每天早晨九点后打开风扇和水帘，在本试验中，最低室温为26.8℃，最高温度为33.8℃，地下根室温度相对比较稳定，为28.7℃。本试验采用随机区组设计，4次重复。

滴灌营养液的各营养元素(化合物)含量为(mmol/L)：2.5KNO₃，2.5Ca(NO₃)₂·4H₂O，0.082Fe-EDTA(Na)，4.57×10^-3MnCl₂·4H₂O，0.25K₂SO₄，1MgSO₄·7H₂O 0.38×10^-3ZnSO₄·7H₂O，1.57×10^-3CuSO₄·5H₂O，0.09×10^-3(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O，23.13×10^-3H₃BO₃和0.015KH₂PO₄。

播种10天后开始观察，观察时从根管顶端开始拍摄图像，沿着根管向下直到观察不到根为止。由于种子播种在距离微根管20cm处，因此微根管不会妨碍根系发育。在本实施例中，每根根管长约2m，与水平成30度夹角安装，刻度柄上每个刻度间距为1.35cm。用数码相机拍摄每根管上每个位置对应的3个观察面，3个观察面如图5所示，从而可以观测到所有生长在根管上的根。

本系统通过对植物根系原位生长状况进行三维可视化分析，能直接反映植物根系在土壤介质中的生长状况。此外，通过观测从而改变生长槽所加养分的组分，可以调节生长介质对植物根系养分的供应状况。因此，运用本发明的植物根系根室观测系统还可进行生长介质中养分的供应状况与植物根系生长的关系等方面的研究。

Claims

1、一种植物根系根室观察系统，其特征在于包括生长室、分布在生长槽内部的若干根微根管、数字照相系统，其中生长室包括生长槽，待观测的植物种植在生长槽中；每根微根管至少有一端连接到生长槽外部；数字照相系统包括数码相机，该数码相机可以透过微根管获取生长槽内部影像。

2、如权利要求1所述的植物根系根室观察系统，其特征在于微根管是透明塑料管。

3、如权利要求1所述的植物根系根室观察系统，其特征在于微根管以倾斜于水平线0°～60°的角度安装在生长槽内部。

4、如权利要求1所述的植物根系根室观察系统，其特征在于数字照相系统包括定位轨道，该定位轨道通过微根管端部伸入微根管中，用于定位数码相机在微根管中的位置。

5、如权利要求1所述的植物根系根室观察系统，其特征在于数码相机具有可见光光源。