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植物根系的研究方法及工具

2025-07-11 14:32:41 點(diǎn)將科技系統(tǒng)集成部 2

    植物通過(guò)根系營(yíng)固著生長(zhǎng)。根系通過(guò)影響水分、養(yǎng)分的吸收影響植物生長(zhǎng)發(fā)育,根能向地上部發(fā)出信號(hào),影響地上部其他器官的功能,根系還是土壤微生物的寄主。研究根系表型對(duì)于發(fā)現(xiàn)作物有益性狀、培育新品種以及優(yōu)化耕作栽培方式等至關(guān)重要。

植物根系的研究方法及工具

     隨著技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)根系的研究方法也隨之改善,從破壞性挖掘切割,到微侵入觀察,到無(wú)損傷監(jiān)測(cè)。以往經(jīng)典的根系研究方法主要有:挖掘法、土鉆法、剖面墻法等侵入式、破壞性方法。非破壞性或者微創(chuàng)研究方法有:玻璃墻法、容器法、微根管法等。


1. 挖掘法

    將植物連同根區(qū)土壤整體挖出或小心挖掘,然后用水(高壓水槍或浸泡沖洗)或氣流去除土壤顆粒,露出完整的根系。挖掘法能提供植物在自然狀態(tài)下整個(gè)根系的清晰情況,可用于研究根長(zhǎng)、根系大小、顏色、狀態(tài)、根系分布等各種特征,以及根嫁接現(xiàn)象。適用于研究草本和一年生作物,更適于研究樹(shù)木。

挖掘法

2、土鉆法

     使用不同直徑的土鉆在特定位置和深度鉆取土壤柱(土芯),然后將根系從土芯中分離(沖洗、過(guò)篩)。優(yōu)點(diǎn)是取樣速度快,可以分層分析根系分布。缺點(diǎn)是破壞性取樣,無(wú)法進(jìn)行原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),取樣代表性受鉆頭大小、位置和數(shù)量影響。分離根系過(guò)程繁瑣,細(xì)根易損失。
土鉆法


3、剖面墻法

    剖面墻法要先依據(jù)植物的類(lèi)型挖一條大小、位置合適的溝。對(duì)壟栽作物來(lái)說(shuō),應(yīng)橫跨壟間挖溝,以便于觀察根的行間分布。一般來(lái)說(shuō),剖面墻的工作面應(yīng)寬 1 米, 溝長(zhǎng) 1.2-1.5 米為宜 。

    溝挖好后,首先在地表劃一條 1-2 厘米深的線(xiàn),使其盡量靠近初始剖面墻。借助鉛垂線(xiàn)使剖面墻垂直,再用剖面刀修光剖面。暴露根的較好方法是噴水和剝刮相結(jié)合。剖面墻法適用于檢查條播作物根的分布情況。缺點(diǎn)是挖掘破壞性強(qiáng);只能觀察靠近剖面一側(cè)的根系。
剖面墻法


4、玻璃墻法

    玻璃墻法就是通過(guò)置于土壤剖面的觀察窗,觀察、記錄根的生長(zhǎng)情況。玻璃墻法能使人們長(zhǎng)期、連續(xù)地觀察根系生長(zhǎng)發(fā)育情況,使用壽命可達(dá) 20 年左右。缺點(diǎn)是緊靠觀察窗的區(qū)域土壤溫度變幅稍大,窗面和觀察深度都比較有限。

   玻璃墻法可以采用玻璃剖面墻,即直接在修整好的垂直剖面上放置玻璃板,長(zhǎng)釘固定,可嵌入鋼框以便移動(dòng)。觀察窗放置好以后需要遮擋掩蓋,避光可以減少對(duì)植物根系生長(zhǎng)的干擾。
玻璃墻法還可以通過(guò)地下根系實(shí)驗(yàn)室、地下根系走廊進(jìn)行。就是修建一個(gè)地下通道,兩側(cè)為垂直的土壤剖面,搭建支柱、橫梁及頂蓋,使用時(shí)進(jìn)入地下通道,從玻璃觀察窗觀測(cè)植物的根系生長(zhǎng)狀況。
玻璃墻法


5、容器法

    容器生根系統(tǒng)主要用以研究根的形態(tài)特性、生理特性、生化特性及某些生態(tài)特性。容器法可以用于研究單個(gè)環(huán)境因素。容器內(nèi)生長(zhǎng)的植株易于掌握,生長(zhǎng)條件可以重復(fù)。其特點(diǎn)是非自然條件,如使用失去自然剖面土壤、人工扎根基質(zhì)、缺少根伸展空間、缺少其它植物根的競(jìng)爭(zhēng)等等,因此只作為田間研究的補(bǔ)充。

   容器種類(lèi)可選,盒、箱、管、瓶、盆、桶、柱、槽、袋等多種形狀均可,圓形、方形、筒形可依據(jù)需要定制,鐵質(zhì)、木質(zhì)、玻璃、尼龍、有機(jī)板、金屬網(wǎng)都可使用。培養(yǎng)介質(zhì)可以用土、沙、壤、泥炭、椰殼、石英、水、瓊脂基質(zhì)等。
容器法


6、微根管法

    目前野外原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主流的技術(shù)。將透明觀測(cè)管(微根管)預(yù)先埋入土壤中。定期將特制的根系掃描儀或攝像頭插入管內(nèi),對(duì)管壁外的根系進(jìn)行原位拍照或掃描。可長(zhǎng)期、重復(fù)觀測(cè)同一位置根系的生長(zhǎng)、死亡、周轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài),定量分析根長(zhǎng)密度、根生產(chǎn)量、死亡率、周轉(zhuǎn)率等。

微根管法


   缺點(diǎn)是初期安裝成本較高;只能觀測(cè)靠近管壁的根系(觀測(cè)區(qū)域有限);圖像分析處理需要專(zhuān)業(yè)軟件和時(shí)間;管壁可能影響局部根系的生長(zhǎng)(“微根管效應(yīng)”);對(duì)土壤緊實(shí)度和含水量有要求。

   代表儀器有美國(guó)Bartz公司的BTC-100X,美國(guó)CID公司的CI-600,點(diǎn)將科技的DJ-3012等。

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