植物营养研究方法 第五章 根和根际的植物营养研究-1-2学时

第五章根和根际的植物营养研究方法第一节根系的研究方法第二节根分泌物的研究方法第三节根际的研究方法第四节丛枝菌根真菌的研究方法第一节根系的研究方法第二节根分泌物的研究方法第三节根际的研究方法第四节丛枝菌根真菌的研究方法TaprootsystemFibrousrootsystemAdventitiousrootBasalrootLateralrootTaprootAdventitiousrootSeminalroot不定根基根侧根主根种子根直根系须根系一．根系在植物生长中的作用1．固定植物：摄取、运输、贮藏营养物质，合成有机物质如氨基酸等2．植物地上部分与根系生长是相互依赖、彼此协调（1）如：如果剪去菜豆的一半叶片或一半根系，只要保留两部分分生组织完整，则过一段时间后根/冠比又会恢复至原来数值。（2）原因：根系向地上部输送矿质养分和水分,地上部向根系提供碳水化合物，根系合成部分有机物，然后输送到地上部二．影响根系生长的因素研究影响作物根系生长的因素，进而调节这些因素，使之达适宜水平，促进根系生长，从而促进整个植株生长，最终获得理想的产量。植物根系的生长和形态特征，主要取决于植物的遗传特征，不同植物，甚至同一植物不同品种，其根系形态特征都会有很大差异，外界环境，特别是土壤环境对根系生长也会产生很大影响。（一）化学因素：1．养分供应：根系具有趋肥性2．低pH与毒害元素：Al、Mn、Fe、B（二）物理因素：1．机械阻力2．水分3．通气4．温度（三）生物因素：一般情况下，根际微生物有存在减少植物的主根和侧根长度，减少侧根数量，并使根毛长度、密度减少。三．根系研究方法根系研究：形态学：根数、分布、根重、根茎、根表面积、体积生理学:生理物质含量（酶、糖、果胶类物质等）解剖学：研究根系的难处：不象地上部，如何把根系不受损伤地从土壤中取出是研究方法的关键所在；或者不把根系从土壤取出，而在其中直接观察；或者不让根系与土壤接触，易于取出。田间观察根箱法培养观察（一）钉板法1．方法简介：取田间含根系的原状土，用钉板固定使根系保持在自然位置，洗去土壤，观察根系。洗土：砂土或壤土——浸泡12h粘土：干燥分散：100度干燥、浸泡，焦磷酸钠使胶粒分散冷冻使分散：-25度2．应用：可以用于根的分布形态，还可研究其它形态指标。顶板的大小和钉子的密度，根据测定植物的根系分布情况可变化（二）容器法（根箱法）1．方法介绍：特制的种植盆，一面或几面是透明的玻璃，可以装卸，外覆使不透明，盆内装土，种植植物，常规管理。由于温度对根系生长影响较大，若为了保持种植盆内温度与田间一致，可将盆子埋入土中。观察项目：（1）生长动态：可以对根系生长发育进行连续的原位观察。透过玻璃直接观察。（2）其它观察：取下玻璃，结合钉板法或直接冲洗，研究根系形态、生理2．局限性：（1）容器空间有限，对大根系作物难以应用，只能研究其苗期或根系较小的作物。（2）非自然条件下进行，但易操作和控制条件。（三）玻璃壁或玻璃管1．方法：玻璃壁：土壤剖面上安置玻璃—根系观察室玻璃管：土壤中打孔，埋入玻璃管玻璃与土壤间空隙要用土填实2．观察方法：玻璃壁：直接观察玻璃管：借助潜望镜原理，外加放大镜3．问题与优点：可以连续观测根系生长状况更接近自然状况但玻璃壁处根系生长密度一般大于正常土壤中的生长密度。19（四）同位素法1．土壤注入法：在土壤不同位置，不同深度注入放射性物质32P。经过一段时间后测定地上部分的放射性强度，其结果可以直接反映出根系吸收能力大小。通过在土壤不同位置、不同深度注入放射性元素，可以判断该位置深度根系分布及活力状况，多点布样，可以构造出立体的根系活力分布图。2．植物注入法：从植物地上部茎基注入32P或其它示踪物，经一定时间从根系分布区一定部位取原状土样品，其放射性强度反映该土壤活性根数量，多点取样可了解活性物质根的分布状况。3．宏观放射自显影法：用带有机玻璃板的根籍培养植物，一定时期从地上部茎中注入32P，3-5天后用X光胶片在有机玻璃面曝光，显影、定影，可得根系分布图。优点：1.简便直接，不需进行根土分离而直接测定。2.测定的是有吸收活力的根，可消除死根，休眠根或其它植物根系的影响。4.X-光CT技术5.核磁共振技术（五）多孔膜法1．方法介绍：（1）制作一孔径经约0.3um的多孔膜套，该膜可以允许养分、水、O2透过，而植物根系难以透过。（2）把膜套水平埋入20cm深的土层中（该层植物根系分布最多），套口露于地面。（3）生长一定时间后取出膜套，可获得全株植物及其全部不含土粒的根系，根系可用于各项研究。2．优点：（1）不需要从土壤中分离根系，避免了根系损失，特别是具有根系活力的幼根的损失。（2）可获得完整根系（3）环境条件和栽培措施更符合田间实际低P高P纸板法四．根参数（一）根数１．意义：根据主根和侧根可以估计根长、根密度等２．测定：直接记数、扫描分析软件-WinRhizo（二）根重１．意义：反映根的总量、植物地下部分生产力，不能反映根系吸收能力，特别是对于具有粗状主根的植物２．测定：鲜重：洗净，用吸水纸吸干，称重干重：更准确、实用（三）根茎（粗细）１．意义：了解土壤孔隙大小、根系穿透能力、用于计算根表面积、体积实际中较少应用２．测定：细根：显微镜的测微尺；较粗：千分尺＋放大镜（四）根长与根密度１．意义：单位体积土壤中根长，即根密度是计算根系吸水量的最好参数。根密度对养分有效性、吸收能力很有意义比其它根参数更能反映养分吸收能力２．测定（１）直接法：根系置于透明玻璃盘中，盘内加少量水，便于将根系分散，用镊子将根拉直，不相重叠，上压一玻璃板，防根移动玻璃盘下垫一带mm刻度的方格纸统计各根长度（２）直线截获法：不是直接计根长，而是计根与方格线交叉点数：根长＝11/14×交叉点数×方格间距（３）根长测试仪（４）计算机扫描，软件分析：可同时获得根系的各种系数ababRootHairMicroanalysisSystemabcdef（五）根表面积１．意义：表征根系吸收能力的最好参数之一２．测定方法（１）直接法Ａ：直接法：测出根的平均直径和长度，计算表面积Ｂ：测出体积，计算表面积，测出的是根系总面积（２）吸附法：植物对溶质的最初吸收具有吸附的特性，假定这时根系表面均匀地覆盖了一层吸附物质的单分子层，因此可以根据根系对某种物质的吸附量来测定根系吸收面积。常用甲烯蓝作为被吸附物质，已知１mg甲烯蓝成单分子层时占用1.1m2，由此可求出根系的总吸收面积。根系吸收饱和大概需1.5min，再吸附1.5min的量可表示正活跃吸收面积。（六）根体积１．意义：在表征根系活力时不常用，因为具有吸收能力的根部位主要是小根，根尖或根毛、少量粗大根的体积与大量小根相当。２．测定：排水法第一节根系的研究方法第二节根分泌物的研究方法第三节根际的研究方法第四节丛枝菌根真菌的研究方法一、根系分泌物的概念、组成和作用•概念：根系释放到周围环境中的各种物质的总称。•数量：（1）占光合作用固定碳的25—40%；（2）植物整个生育期的分泌物，是收获时根系贮存的有机碳的1倍。•组成（1）低分子量的有机可溶物：有机酸、酚类、氨基酸和可溶性糖等；（2）高分子量粘液物质；（3）细胞和组织脱落物•根系分泌物的作用（1）根分泌物是根际微生物的主要碳源和能源，同时也是植物与根际微生物、植物与土壤和环境因素相互作用的信息物质和决定因素。（2）极大地改变了根际微区的物理和化学环境，进而对根系的养分状况产生重大的影响。（3）根系释放有机物质进入根际也是化感物质进入环境的一个重要通道。（4）低分子量的有机分泌物还可活化重金属元素如铅和镉，这种活化作用可导致植物重金属的毒害；二、根分泌物的研究概况•根分泌物释放的部位根分泌物释放的部位主要集中在根的顶端区域，包括根冠区、分生区、伸长区和根毛区。根冠区的细胞寿命短、易脱落，细胞内的高尔基体分泌大量沾液-主要是多糖，在根冠表面形成粘胶层。分生区表面光滑，细胞排列规则，粘液分泌较少。伸长区的细胞壁微纤丝重排，土壤矿物颗粒侵入粘液层部分，角质层破裂使粘液释放出来。根毛区也是根分泌物释放的主要位点，如根毛的断裂、根生长进入土壤时的损伤均可产生大量根分泌物。此外，侧根发生区也是根分泌物释放的一个重要的部位，由于侧根的生长，主根受到了损伤，从而导致大量的有机物质进入根际。•根分泌物产生的机制目前，对根系分泌的机制并不十分清楚；一种看法认为根系的物质分泌可能是沿电化学梯度的扩散过程，最后发生渗漏，这个过程是被动释放过程。细胞内物质受到细胞膜渗透性的控制，它们的扩散和渗透可能是分泌释放的基本过程，属于这一过程的根分泌物包括：糖、有机酸、氨基酸、水、无机离子、氧气和维生素。另一种根分泌物释放的机制可能是一个逆电化学梯度、耗能的主动分泌过程，这种分泌具有很强的选择性，是植物活细胞的一种基本功能，最典型的例子是专一性根分泌物-铁载体的释放过程，植物铁载体是受缺铁胁迫诱导在植物体内合成的代谢产物，通过主动分泌作用释放到根际。•影响根分泌物释放的因素养分胁迫对植物根分泌物的影响专一性根分泌物的释放与植物的营养状况有着密切的联系。例如：山龙眼科植物和白羽扇豆在缺磷条件下可形成浓密的簇生根，这些簇生根向生长介质中分泌大量的柠檬酸。在低磷的石灰性土壤上，白羽扇豆簇生根周围有大量白色沉淀产生，柠檬酸钙含量达95%以上。植物损伤因子和机械阻力对根分泌物的影响植物在生长期间,培养介质对根面可产生足够的损伤,从而增加根的分泌量。微生物对根分泌物的作用根分泌物为根际微生物提供了能源和碳源，反之，根际微生物的存在也大大促进了植物根分泌物的释放。(a)根际微生物影响根细胞的膜透性；(b)微生物可能使根的代谢活动受到影响；(c)微生物对根分泌物的吸收；(d)改变了根际养分的生物有效性。植物的种类和生长阶段三、根系分泌物研究的程序植物培养根分泌物收集根分泌物提取根分泌物分离根分泌物鉴定根分泌物各组分生物效应鉴定四、几种典型的根分泌物研究方法•方法的选择的原则：依赖于目的（整体收集、局部收集或定位收集）；收集过程不要破坏根的生长；尽量维持根的自然生理状态；抑制微生物的分解作用；避免高温下长时间浸提（有机溶剂）；采用温和的提取剂；样品应冰冻保存。（一）溶液培养直接收集法培养取出清洗收集（一定时间）1、从收集液中取10ml放入试管中；2、立刻加入一滴浓磷酸或微生物抑制剂；3、保存在-20℃的冰箱，备用。（二）固体培养直接收集法1、人工培养基收集法（1）玻璃珠培养收集法0.45um微孔滤膜过滤（2）沙培收集法2、土壤培养根分泌物的收集（1）根际土壤直接提取法——抖土法需要测定抖土的量和定量的水（2）淋洗法：（3）土壤-溶液联合培养法（三）原位定位提取法作业、练习题•常用的根系的参与及其研究方法有哪些？•设计一个方法提取我们课程第一个土培试验的根系分泌物。第一节根系的研究方法第二节根分泌物的研究方法第三节根际的研究方法第四节丛枝菌根真菌的研究方法一．根际——是指受植物根系生理活动的影响，在物理、化学、生物特性上不同于原土体的特殊土区。根际范围很小，一般指距根表数毫米，１－2mm２．根际土与原土的不同：根际是土壤—植物根—微生物三者相互作用的场所，根际养分、pH、Eh、分泌物、微生物等原土均有不同。３．研究意义：根际的变化对于根际内营养物质的转化土壤养分的有效性。作物生长发育和抗逆性二．根际研究的难点不象其它研究，根际研究是微区研究，难度较大，进展缓慢，要求技术条件较高，对微区研究的高分辨率，如何将根际土分离出来研究。三．研究方法（一）根系表面特性的研究１．研究概况指标：（1）根系阳离子交换量（CEC）：着重于阳离子交换能力的物理化学性质，表面吸附量忽略了根系生理活性与养分吸收的联系。因此，CEC与养分吸收相关性不一定很好，且与阳离子种类、作物种类影响较大（2）根系表观自由空间“Apparentfreespace”养分离子进入根系的两条通道：通过细胞膜的主动运输、质外体。AFS：根系内部的细胞间隙和细胞壁微纤维中的空隙，在植物体内相互连