CN207380011U - 一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其包括标记箱，标记箱采用敞口式结构，标记箱的敞口端扣设在水槽内；水槽内设置的自来水水面高于标记箱敞口端底缘，标记箱敞口端底缘与水槽的内底面之间留有间隙；在标记箱内，位于水槽中央设置有标记平台，标记平台上部设置有菌丝室土壤呼吸测定单元；在标记平台上，位于菌丝室土壤呼吸测定单元一侧设置有硅胶，菌丝室土壤呼吸测定单元另一侧设置有CO2浓度监测单元；在标记箱侧壁上开设有孔，孔内通过透明防水玻璃胶设置有硅胶塞，13CO2生成单元通过注射器将13CO2气体经硅胶塞注入标记箱内；在标记箱侧壁上还设置有半导体制冷器，半导体制冷器的制冷端位于标记箱内部，半导体制冷器的散热端位于标记箱外部。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种植物碳同位素标记的装置，特别是关于一种在同位素示踪技术领域中应用的检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置。
背景技术
同位素示踪法是指用示踪剂(标记原子或标记化合物)研究被追踪物质在实验系统内运动、转化规律的方法。稳定性同位素示踪法具有无放射性、无污染和灵敏性高等特点，目前在生物学科各领域研究中被广泛应用研究物质或元素在生物体内的运转规律。碳作为重要的生命元素，其在植物中的分布特点能够揭示循环过程中所包含的物理、化学、代谢、气候和环境等许多方面的信息，尤其在植物生理生态学、农作物养分吸收利用、优质种质的选育及古环境、古气候的重建等方面有很好的指示作用。近20年来研究植物-土壤碳循环已成为植物学、土壤学、生态学等多学科交叉的热点问题。采用13C示踪技术是研究植物光合碳在植物中分配和转化动力学以及植物根系分泌的有机碳量输入土壤的关键手段，对于了解植物-土壤碳循环和积累以及为建立植物-土壤碳循环计算机模拟模型提供参数方面具有重要的作用。由于通常只有气体状态的13C标记的二氧化碳才能被植物吸收和利用，而且此种碳同位素价格均很贵，在进行标记时既要保证植物正常生长，又要严格密闭防止碳同位素标记的二氧化碳外逸。且现有的脉冲式13CO2量化标记植物的方法存在对植物的标记量化不准确的技术问题。因此，建立合适的植物碳同位素标记装置对于后期研究碳循环规律是非常必要和重要的。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其结构简单，成本低，易于制作，标记成功率高，可以对植物进行13CO2的量化标记，研究光合产物在植物-土壤系统中的分配情况。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：该装置包括标记箱、水槽、标记平台、硅胶、硅胶塞、注射器、半导体制冷器、13CO2生成单元、CO2浓度监测单元和菌丝室土壤呼吸测定单元；所述标记箱采用敞口式结构，所述标记箱的敞口端扣设在所述水槽内；所述水槽内设置有自来水，所述自来水的水面高于所述标记箱敞口端底缘，所述标记箱敞口端底缘与所述水槽的内底面之间留有间隙；在所述标记箱内，位于所述水槽中央设置有所述标记平台，所述标记平台上部设置有所述菌丝室土壤呼吸测定单元；在所述标记平台上，位于所述菌丝室土壤呼吸测定单元一侧设置有所述硅胶，所述菌丝室土壤呼吸测定单元另一侧设置有所述CO2浓度监测单元；在所述标记箱侧壁上开设有孔，所述孔内通过透明防水玻璃胶设置有所述硅胶塞，所述13CO2生成单元通过所述注射器将所述13CO2气体经所述硅胶塞注入所述标记箱内；所述在标记箱侧壁上还设置有所述半导体制冷器，所述半导体制冷器的制冷端位于所述标记箱内部，所述半导体制冷器的散热端位于所述标记箱外部。
进一步，所述水槽采用将PVC软质玻璃桌布四个角折起，并采用凤尾夹将四个角固定，制成长方体盒子作为水槽。
进一步，所述标记平台采用木板、泡沫板或砖块构成的平台，所述标记平台上表面设置有一层塑料薄膜。
进一步，所述在标记箱内上方设置有风扇，所述风扇与设置在所述标记平台上的充电宝连接；所述充电宝外部采用透明自封袋封住。
进一步，所述菌丝室土壤呼吸测定单元包括由透明PVC板制成的无顶盖箱体、尼龙网和呼吸环；所述尼龙网设置在所述无顶盖箱体内，将所述无顶盖箱体分隔成三室菌根花盆：根室、缓冲室和菌丝室；所述根室内和缓冲室内设置的土壤为灭菌后的沙土，所述菌丝室内设置有玻璃珠；在所述根室、菌丝室中各放置一个所述呼吸环，所述呼吸环顶部高出土壤。
进一步，所述根室与所述缓冲室之间的所述尼龙网的孔径为1mm，所述缓冲室与所述菌丝室之间的所述尼龙网的孔径为30μm。
进一步，所述CO2浓度监测单元包括手持探头、主机和连接导线；所述手持探头设置在所述标记箱内的所述标记平台上，所述主机设置在所述标记箱外部；在所述标记箱侧面开设有安装孔，所述连接导线穿入所述安装孔中；所述连接导线一端与所述标记箱内的手持探头连接，另一端与所述标记箱外的主机连接。
进一步，所述13CO2生成单元包括13CO2气瓶、塑料管、气体采样袋、旋塞侧向阀和减压阀；所述13CO2气瓶出口端通过所述塑料管与所述气体采样袋连接，且所述塑料管两端采用不锈钢管箍扣紧；所述气体采样袋上设置有所述旋塞侧向阀和取样帽，所述取样帽与所述气体采样袋之间设置有硅胶垫；所述13CO2气瓶设置有所述减压阀。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型采用13CO2气瓶、塑料管和气体采样袋构成的13CO2生成单元，安全、易操作，便于控制13CO2使用量。并且可以保证13CO2气体的纯净度，减少杂质，提高试验精确度。2、本实用新型在密闭条件下用注射器缓慢注射13CO2气体，可以控制13CO2气体使用量，且13CO2气体没有任何外逸损失。3、本实用新型在标记前用注射器通过标记箱侧面的T型硅胶塞中吸出标记箱内气体，使标记箱内液面比箱外高2cm左右，既可以检验标记箱气密性，还可以有效防止实验后期标机箱内气体过多，导致标记箱底部有气泡冒出，减少13CO2气体损失。4、本实用新型采用LI-6400实时监测标记箱内CO2浓度，可以严格控制标记箱内CO2浓度，减少因CO2浓度不稳定而造成的实验误差。5、本实用新型标记箱内使用USB风扇与充电宝连接，使空气流动，保证箱内13CO2浓度均匀，提高LI-6400监测的CO2浓度的准确性。6、本实用新型标记箱内安装温湿度计，有利于实时监测箱内温度和湿度。7、本实用新型结构简单、制作容易，操作方法简便、安全，对实验条件严格控制且实时监测，精确度高。8、本实用新型在标记平台上铺一块塑料薄膜可以减少水蒸发面积，有效降低标记箱内由于密闭带来的高湿度。且在标记箱内放入硅胶颗粒，可有效除湿，降低标记箱内温湿度。9、本实用新型采用PVC软质玻璃桌布和大号凤尾夹制成简易水槽，形状易控制，可以调节水槽内水深。使用半导体制冷器，并向水槽内放入冰袋，可有效降低标记箱内温度。10、本实用新型在标记箱内外均用透明防水玻璃胶密封，且采用注射器从T型硅胶塞注射13CO2气体，密封性好。11、本实用新型采用尼龙网在花盆中隔出菌丝室，便于研究AM真菌菌丝对土壤的影响，以及测定土壤呼吸。
综上所述，本实用新型实用性广，不仅适合于直接对植物进行碳同位素标记，且适合于植物根系向土壤输入(分泌)的碳量以及植物光合固碳和光合产物分配、土壤呼吸等方面研究的使用。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的分室培养系统结构示意图；
图3是本实用新型实施例中的分室培养系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型提供一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其包括标记箱1、水槽2、标记平台3、硅胶4、硅胶塞5、注射器6、半导体制冷器7、13CO2生成单元、CO2浓度监测单元和菌丝室土壤呼吸测定单元。
标记箱1采用敞口式结构，标记箱1的敞口端扣设在水槽2内，水槽2长度大于标记箱1长度；且水槽2内设置有自来水8，自来水8的水面高于标记箱1敞口端底缘，以将标记箱1内封闭成一个用于标记植物的密闭空间；标记箱1敞口端底缘与水槽2的内底面之间留有间隙。在标记箱1内，位于水槽2中央设置有标记平台3，标记平台3上部设置有菌丝室土壤呼吸测定单元；在标记平台3上，位于菌丝室土壤呼吸测定单元一侧设置有硅胶4，菌丝室土壤呼吸测定单元另一侧设置有CO2浓度监测单元。在标记箱1侧壁上开设有孔，孔内通过透明防水玻璃胶设置有硅胶塞5，将硅胶塞5与标记箱1内外接缝处都涂设有透明防水玻璃胶，以防止接缝处漏气；13CO2生成单元通过注射器6将13CO2气体经硅胶塞5注入标记箱1内。在标记箱1侧壁上还设置有半导体制冷器7，半导体制冷器7的制冷端位于标记箱1内部，半导体制冷器7的散热端位于标记箱1外部，这样可以有效降低标记箱1内的温度。其中，硅胶塞5采用T型硅胶塞。
在一个优选的实施例中，标记箱1采用有机玻璃板制成，长×宽×高优选为110cm×75cm×120cm，玻璃箱内外接缝处均涂设有透明防水玻璃胶，以防止接缝处漏气并加固玻璃箱。
在一个优选的实施例中，水槽2采用将PVC软质玻璃桌布四个角折起(如图1所示)，并采用凤尾夹9将四个角固定，制成长方体盒子作为水槽；并在水槽2外围用砖块围住，防止水槽2侧面坍塌。PVC软质玻璃桌布厚度优选为2mm，长×宽优选为1m×1m。向水槽2内注水自来水8，水深5cm左右即可。
在一个优选的实施例中，标记平台3采用木板、泡沫板或砖块构成的平台，标记平台3上表面设置有一层塑料薄膜10，由于水蒸气也是一种温室气体，塑料薄膜10可以减少水蒸发面积，有效降低标记箱1内湿度。其中，标记平台3厚度需大于水槽2内自来水8的深度。
在一个优选的实施例中，在标记平台3上还设置有温湿度计11，用于检测标记箱1内的温度和湿度情况。
在一个优选的实施例中，在标记箱1内还设置有风扇12，风扇12与设置在标记平台3上的充电宝13连接。风扇12向上吹风，以便将标记箱1内气体混合均匀。充电宝13外部采用透明自封袋封住，以防水蒸气冷凝造成短路。
在一个优选的实施例中，硅胶4作为干燥剂用，将硅胶4放置在纸盒中，并将纸盒放置在标记平台3上。为提高硅胶吸湿效率，纸盒内的硅胶4厚度不超过3cm。硅胶4优选为500g。
在一个优选的实施例中，如图2所示，菌丝室土壤呼吸测定单元包括尼龙网14、由透明PVC板制成的无顶盖箱体15和呼吸环16。尼龙网14设置在无顶盖箱体15内，将无顶盖箱体15分隔成三室菌根花盆：根室17、缓冲室18和菌丝室19。根室17内设置的土壤为过2mm筛灭菌后的沙土，缓冲室18内设置的土壤为粒径在0.2～2mm的灭菌沙土，菌丝室19内设置有直径为0.8～1.2mm的玻璃珠，玻璃珠用去离子水洗净后，用5％稀盐酸浸泡24小时灭菌后，用无菌水冲洗干净后使用。在根室17、菌丝室19中各放置一个呼吸环16，呼吸环16顶部比土壤高5cm；呼吸环16的尺寸优选为外径20cm，高度10cm，厚度0.7mm。
上述实施例中，透明PVC板厚度优选为4mm；无顶盖箱体15的长×宽×高优选为28cm×55cm×26cm，无顶盖箱体15内外接缝处涂设有透明防水玻璃胶，以防止接缝处渗漏并加固箱体，箱体外用牛皮纸包裹，以免透光影响根系生长。
上述各实施例中，根室17、缓冲室18和菌丝室19的长度分别优选为27cm、5cm和22cm，在根室17与缓冲室18之间的尼龙网14的孔径优选为1mm，在缓冲室18与菌丝室19之间的尼龙网14的孔径优选为30μm，用于分隔菌丝。在根室17靠近尼龙网一侧种植两株植物。
在一个优选的实施例中，CO2浓度监测单元采用LI-6400监测，其包括手持探头20、主机21和连接导线22；手持探头20采用LI-6400手持探头。手持探头20设置在标记箱1内的标记平台3上，主机21设置在标记箱1外部。在标记箱1侧面开设有安装孔，连接导线22穿入安装孔中，并在连接导线22与标记箱1之间缝隙处采用防水透明玻璃胶密封；连接导线22一端与标记箱1内的手持探头20连接，另一端与标记箱1外的主机21连接。
在一个优选的实施例中，13CO2生成单元包括13CO2气瓶23、塑料管24、气体采样袋25、旋塞侧向阀26和减压阀27。13CO2气瓶23出口端通过塑料管24与气体采样袋25连接，且塑料管24两端采用不锈钢管箍扣紧，防止漏气。气体采样袋25上设置有旋塞侧向阀26和取样帽，取样帽与气体采样袋25之间设置有硅胶垫；13CO2气瓶23上设置有减压阀27。将气体采样袋25的旋塞侧向阀26打开，缓缓打开13CO2气瓶23的减压阀27，让13CO2气体进入气体采样袋25中，当气体采样袋25鼓起后先后关闭减压阀27和旋塞侧向阀26。用注射器6扎入气体采样袋25取样帽中抽取13CO2气体，抽取完毕后迅速拔出注射器6的针头，并将针头扎入橡胶塞中，以减少在运输过程中13CO2气体损耗。将针头拔出橡胶塞并迅速将针头扎入标记箱1侧面的硅胶塞5中，将13CO2气体缓慢注入标记箱1内。
其中，气体采样袋25优选为2L气袋，注射器6优选为100ml注射器。
本实用新型还提供一种检测作物根际呼吸和植株碳标记方法，其包括以下步骤：
1)将水槽2放在水平地面，外围用砖块围住，防止水槽2侧面坍塌。向水槽2内注水自来水8，水深5cm左右即可。
2)将标记平台3放在水槽2中央，标记平台3采用木板，在木板上方盖一层塑料薄膜10。将植物、温湿度计11、风扇12、充电宝13和硅胶4放置在标记平台3上。
3)将手持探头20与主机21的连接导线22穿入标记箱1侧面的安装孔中，连接导线22一端与标记箱1内的手持探头20连接，将手持探头20放在标记平台3上，打开手持探头20的气室。将标记箱1敞口端扣于水槽2中，水槽2具有的水面高于标记箱1敞口端底缘，水将标记箱1封闭成一个密闭的用于标记植物的空间，标记箱1敞口端底缘与水槽2的内底面之间留有间隙。用防水透明玻璃胶将连接导线和标记箱的缝隙密封。
其中，手持探头20采用LI-6400手持探头。
4)用注射器6通过标记箱1侧面的硅胶塞5中吸出标记箱1内气体，使标记箱1内液面比箱外高2cm左右，半小时后观察标记箱1内液面是否降低，以此来检验标记箱1气密性。
此外，由于标记箱1内会产生温室效应，因此在标记前使标记箱1内液面比箱外高可以有效防止实验后期标记箱1内温度升高，热胀冷缩作用导致气体从标记箱1底部逸出。
5)将连接导线22与主机21在标记箱1外连接，开机运行。让植物自然消耗标记箱1内的CO2，当标记箱1内CO2浓度低于100ppm时开始向标记箱1内注射13CO2气体。
6)打开半导体制冷器7，并向水槽2内放入适量冰袋。
7)采用注射器6从13CO2生成单元中抽取100ml 13CO2气体，抽取完毕后迅速拔出注射器针头，并将针头扎入橡胶塞中，以减少在运输过程中13CO2气体损耗。将针头上的橡胶塞拔掉，并迅速将针头扎入标记箱1侧面的硅胶塞5中，将13CO2气体缓慢注入标记箱1内。注射过程中注意观测LI-6400CO2浓度，当标记箱1内CO2浓度达到450ppm时，停止注射，并记录13CO2气体注射量。
8)实时监测标记箱1内CO2浓度，严格控制标记箱1内CO2浓度使其始终维持在300-450ppm(可根据实验需要改变CO2浓度范围)。
9)根据预先设置的时间间隔向水槽2内放入冰袋，保证水槽2内水温始终低于10℃，可有效降低标记箱1内温度。
10)标记结束后用LI-8100测定土壤呼吸。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：该装置包括标记箱、水槽、标记平台、硅胶、硅胶塞、注射器、半导体制冷器、13CO2生成单元、CO2浓度监测单元和菌丝室土壤呼吸测定单元；
所述标记箱采用敞口式结构，所述标记箱的敞口端扣设在所述水槽内；所述水槽内设置有自来水，所述自来水的水面高于所述标记箱敞口端底缘，所述标记箱敞口端底缘与所述水槽的内底面之间留有间隙；在所述标记箱内，位于所述水槽中央设置有所述标记平台，所述标记平台上部设置有所述菌丝室土壤呼吸测定单元；在所述标记平台上，位于所述菌丝室土壤呼吸测定单元一侧设置有所述硅胶，所述菌丝室土壤呼吸测定单元另一侧设置有所述CO2浓度监测单元；在所述标记箱侧壁上开设有孔，所述孔内通过透明防水玻璃胶设置有所述硅胶塞，所述13CO2生成单元通过所述注射器将所述13CO2气体经所述硅胶塞注入所述标记箱内；所述在标记箱侧壁上还设置有所述半导体制冷器，所述半导体制冷器的制冷端位于所述标记箱内部，所述半导体制冷器的散热端位于所述标记箱外部。
2.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述水槽采用将PVC软质玻璃桌布四个角折起，并采用凤尾夹将四个角固定，制成长方体盒子作为水槽。
3.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述标记平台采用木板、泡沫板或砖块构成的平台，所述标记平台上表面设置有一层塑料薄膜。
4.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述在标记箱内上方设置有风扇，所述风扇与设置在所述标记平台上的充电宝连接；所述充电宝外部采用透明自封袋封住。
5.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述菌丝室土壤呼吸测定单元包括由透明PVC板制成的无顶盖箱体、尼龙网和呼吸环；所述尼龙网设置在所述无顶盖箱体内，将所述无顶盖箱体分隔成三室菌根花盆：根室、缓冲室和菌丝室；所述根室内和缓冲室内设置的土壤为灭菌后的沙土，所述菌丝室内设置有玻璃珠；在所述根室、菌丝室中各放置一个所述呼吸环，所述呼吸环顶部高出土壤。
6.如权利要求5所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述根室与所述缓冲室之间的所述尼龙网的孔径为1mm，所述缓冲室与所述菌丝室之间的所述尼龙网的孔径为30μm。
7.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述CO2浓度监测单元包括手持探头、主机和连接导线；所述手持探头设置在所述标记箱内的所述标记平台上，所述主机设置在所述标记箱外部；在所述标记箱侧面开设有安装孔，所述连接导线穿入所述安装孔中；所述连接导线一端与所述标记箱内的手持探头连接，另一端与所述标记箱外的主机连接。
8.如权利要求1所述的一种检测作物根际呼吸和植株碳标记的装置，其特征在于：所述13CO2生成单元包括13CO2气瓶、塑料管、气体采样袋、旋塞侧向阀和减压阀；所述13CO2气瓶出口端通过所述塑料管与所述气体采样袋连接，且所述塑料管两端采用不锈钢管箍扣紧；所述气体采样袋上设置有所述旋塞侧向阀和取样帽，所述取样帽与所述气体采样袋之间设置有硅胶垫；所述13CO2气瓶设置有所述减压阀。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110663387A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-10 | 南京林业大学 | 一种植物13c同位素标记装置 |
| CN110687247A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-14 | 江西农业大学 | 无土体扰动收集和测定根系和土壤co2呼吸的试验装置 |
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2017
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| CN110663387B (zh) * | 2019-11-11 | 2024-03-01 | 南京林业大学 | 一种植物13c同位素标记装置 |
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