植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座

1第五章根和根際植物營養(yǎng)研究方法

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第1頁2第一節(jié)根系研究法

一．根系在植物生長中作用1．固定植物：攝取、運(yùn)輸、貯藏營養(yǎng)物質(zhì)，合成有機(jī)物質(zhì)如氨基酸等2．植物地上部分根系生長是相互依賴、彼此協(xié)調(diào)（1）如：假如剪去菜豆二分之一葉片或二分之一根系，只要保留兩部分分生組織完整，則過一段時(shí)間后根/冠比又會(huì)恢復(fù)至原來數(shù)值。（2）原因：根系向地上部輸送礦質(zhì)養(yǎng)分和水分,地上部向根系提供碳水化合物，根系合成部分有機(jī)物，然后輸送到地上部植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第2頁3二．影響根系生長原因

研究影響作物根系生長原因，進(jìn)而調(diào)整這些原因，使之達(dá)適宜水平，促進(jìn)根系生長，從而促進(jìn)整個(gè)植株生長，最終取得理想產(chǎn)量。植物根系生長和形態(tài)特征，主要取決于植物遺傳特征，不一樣植物，甚至同一植物不一樣品種，其根系形態(tài)特征都會(huì)有很大差異，外界環(huán)境，尤其是土壤環(huán)境對(duì)根系生長也會(huì)產(chǎn)生很大影響。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第3頁4（一）化學(xué)原因：1．養(yǎng)分供給：根系含有趨肥性2．低pH與毒害元素：Al、Mn、Fe、B（二）物理原因：1．機(jī)械阻力2．水分3．通氣4．溫度（三）生物原因：普通情況下，根際微生物存在降低植物主根和側(cè)根長度，降低側(cè)根數(shù)量，并使根毛長度密度降低。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第4頁5三．根系研究方法

根系研究：形態(tài)學(xué)：根數(shù)、分布、根重、根莖、根表面積、體積

生理學(xué)

解剖學(xué)研究根系難處：不象地上部，怎樣把根系不受損傷地從土壤中取出是研究方法關(guān)鍵所在；或者不把根系從土壤取出，而在其中直接觀察；或者不讓根系與土壤接觸，易于取出。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第5頁6（一）釘板法

1．方法介紹：取田間含根系原狀土，用釘板固定使根系保持在自然位置，洗去土壤，觀察根系。洗土：砂土或壤土——浸泡12h粘土：干燥分散：100度干燥、浸泡，焦磷酸鈉使膠粒分散冷凍使分散：-25度2．應(yīng)用：能夠用于根分布形態(tài)，還可研究其它形態(tài)指標(biāo)。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第6頁7（二）容器法（根籍或根箱法）

1．方法介紹：特制種植盆，一面或幾面是透明玻璃，能夠裝卸，外覆使不透明，盆內(nèi)裝土，種植植物，常規(guī)管理。因?yàn)闇囟葘?duì)根系生長影響較大，若為了保持種植盆內(nèi)溫度與田間一致，可將盆子埋入土中。觀察項(xiàng)目：（1）生長動(dòng)態(tài)：能夠?qū)Ω瞪L發(fā)育進(jìn)行連續(xù)原位觀察。透過玻璃直接觀察。（2）其它觀察：取下玻璃，結(jié)合釘板法或直接沖洗，研究根系形態(tài)、生理2．不足：（1）容器空間有限，對(duì)大根系作物難以應(yīng)用，只能研究其苗期或根系較小作物。（2）非自然條件下進(jìn)行，但易操作和控制條件。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第7頁8（三）玻璃壁或玻璃管

1．方法：玻璃壁：土壤剖面上安置玻璃—根系觀察室

玻璃管：土壤中打孔，埋入玻璃管玻璃與土壤間空隙要用土填實(shí)2．觀察方法：玻璃壁：直接觀察玻璃管：借助潛望鏡原理，外加放大鏡3．問題與優(yōu)點(diǎn)：能夠連續(xù)觀察根系生長情況更靠近自然情況但玻璃壁處根系生長密度普通大于正常土壤中生長密度。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第8頁9（四）同位素法

1．土壤注入法：在土壤不一樣位置，不一樣深度注入放射性物質(zhì)32P或86Rb。經(jīng)過一段時(shí)間后測定地上部分放射性強(qiáng)度，其結(jié)果能夠直接反應(yīng)出根系吸收能力大小。經(jīng)過在土壤不一樣位置、不一樣深度注入放射性元素，能夠判斷該位置深度根系分布及活力情況，多點(diǎn)布樣，能夠結(jié)構(gòu)出立體根系活力分布圖。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第9頁102．植物注入法：從植物地上部莖基注入32P或其它示蹤物，經(jīng)一定時(shí)間從根系分布區(qū)一定部位取原狀土樣品，其放射性強(qiáng)度反應(yīng)該土壤活性根數(shù)量，多點(diǎn)取樣可了解活性物質(zhì)根分布情況。3．宏觀放射自顯影法：用帶有機(jī)玻璃板根籍培養(yǎng)植物，一定時(shí)期從地上部莖中注入32P，3-5天后用X光膠片在有機(jī)玻璃面曝光，顯影、定影，可得根系分布圖。優(yōu)點(diǎn)：1.簡便直接，不需進(jìn)行根土分離而直接測定。2．測定是有吸收活力根，可消除死根，休眠根或其它植物根系影響。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第10頁11（五）多孔膜法1．方法介紹：（1）制作一孔徑經(jīng)約0.3um多孔膜套，該膜能夠允許養(yǎng)分、水、O2透過，而植物根系難以透過。（2）把膜套水平埋入20cm深土層中（該層植物根系分布最多），套口露于地面。（3）生長一定時(shí)間后取出膜套，可取得全株植物及其全部不含土粒根系，根系可用于各項(xiàng)研究。2．優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要從土壤中分離根系，防止了根系損失，尤其是含有根系活力幼根損失。（2）可取得完整根系（3）環(huán)境條件和栽培辦法更符合田間實(shí)際植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第11頁12植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第12頁13四．根參數(shù)

（一）根數(shù)１．意義：依據(jù)主根和側(cè)根能夠預(yù)計(jì)根長、根密度等２．測定：直接記數(shù)、掃描分析軟件（二）根重１．意義：反應(yīng)根總量、植物地下部分生產(chǎn)力，不能反應(yīng)根系吸收能力，尤其是對(duì)于含有粗狀主根植物２．測定：鮮重：洗凈，用吸水紙吸干，稱重干重：更準(zhǔn)確、實(shí)用

（三）根莖（粗細(xì)）１．意義：了解土壤孔隙大小、根系穿透能力、用于計(jì)算根表面積、體積實(shí)際中較少應(yīng)用２．測定：細(xì)根：顯微鏡測微計(jì)；較粗：千分尺＋放大鏡

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第13頁14植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第14頁15（四）根長與根密度１．意義：單位體積土壤中根長，即根密度是計(jì)算根系吸水量最好參數(shù)。根密度對(duì)養(yǎng)分有效性、吸收能力很有意義比其它根參數(shù)更能反應(yīng)養(yǎng)分吸收能力２．測定（１）直接法：根系置于透明玻璃盤中，盤內(nèi)加少許水，便于將根系分散，用鑷子將根拉直，不相重合，上壓一玻璃板，防根移動(dòng)玻璃盤下墊一帶mm刻度方格紙統(tǒng)計(jì)各根長度（２）直線截獲法：前四步同上不是直接計(jì)根長，而是計(jì)根與方格線交叉點(diǎn)數(shù)：根長＝轉(zhuǎn)換系數(shù)×交叉點(diǎn)數(shù)×方格間距（３）根長測試儀（４）計(jì)算機(jī)掃描，軟件分析：可同時(shí)取得根系各種系數(shù)植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第15頁16（五）根表面積１．意義：表征根系吸收能力最好參數(shù)之一２．測定方法（１）直接法

Ａ：直接法：測出根平均直徑和長度，計(jì)算表面積Ｂ：測出體積，計(jì)算表面積，測出是根系總面積（２）吸附法：植物對(duì)溶質(zhì)最初吸收含有吸附特征，假定這時(shí)根系表面均勻地覆蓋了一層吸附物質(zhì)單分子層，所以能夠依據(jù)根系對(duì)某種物質(zhì)吸附量來測定根系吸收面積。慣用甲烯藍(lán)作為被吸附物質(zhì)，已知１mg甲烯藍(lán)成單分子層時(shí)占用1.1m2，由此可求出根系總吸收面積。根系吸收飽和大約需1.5min，再吸附1.5min量可表示正活躍吸收面積。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第16頁17（六）根體積１．意義：在表征根系活力時(shí)不慣用，因?yàn)楹形漳芰Ω课恢饕切「?，根尖或根毛、少許粗大根體積與大量小根相當(dāng)。２．測定：排水法植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第17頁18第二節(jié)根際研究方法

一．根際——是指受植物根系生理活動(dòng)影響，在物理、化學(xué)、生物特征上不一樣于原土體特殊土區(qū)。根際范圍很小，普通指距根表數(shù)毫米，１－４mm２．根際土與原土不一樣：根際是土壤—植物根—微生物三者相互作用場所，根際養(yǎng)分、pH、Eh、分泌物、微生物等原土都有不一樣。３．研究意義：根際改變對(duì)于根際內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化

土壤養(yǎng)分有效性。作物生長發(fā)育和抗逆性植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第18頁19二．根際研究難點(diǎn)

不象其它研究，根際研究是微區(qū)研究，難度較大，進(jìn)展遲緩，要求技術(shù)條件較高，對(duì)微區(qū)研究高分辨率，怎樣將根際土分離出來研究。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第19頁20三．研究方法

（一）根系表面特征研究１．研究概況指標(biāo)：（1）根系陽離子交換量（CEC）：著重于陽離子交換能力物理化學(xué)性質(zhì)，表面吸附量忽略了根系生理活性與養(yǎng)分吸收聯(lián)絡(luò)。所以，CEC與養(yǎng)分吸收相關(guān)性不一定很好，且與陽離子種類、作物種類影響較大

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第20頁21（2）根系表觀自由空間“Apparentfreespace”養(yǎng)分離子進(jìn)入根系兩條通道：經(jīng)過細(xì)胞膜主動(dòng)運(yùn)輸、質(zhì)外體。AFS：根系內(nèi)部細(xì)胞間隙和細(xì)胞壁微纖維中空隙，在植物體內(nèi)相互連通形成運(yùn)輸通道，允許水分和溶液自由移動(dòng)，是根系表面延續(xù)部分，或視為“內(nèi)表面”。有研究結(jié)果表明：AFS中養(yǎng)分濃度與植物吸收養(yǎng)分量呈正相關(guān)。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第21頁222．根系A(chǔ)FS測定：原理：低溫4度下，根系生理活性基本停滯，此時(shí)放入蒸餾水中根系A(chǔ)FS中養(yǎng)分只能向外擴(kuò)散。測定一定時(shí)間平衡后擴(kuò)散出養(yǎng)分多少即代表該養(yǎng)分AFS。方法：營養(yǎng)液培養(yǎng)根系或從土壤中清洗出根系，洗凈后吸水紙吸去多出水分，稱一定量根，加入20倍量水，于4度冰箱中浸提2小時(shí)后，測定溶液中養(yǎng)分量。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第22頁23（二）根際土壤特征研究方法

根際土壤受根系活動(dòng)（呼吸、分泌物、吸收養(yǎng)分）影響，其pH、Eh、O2、水分、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)量及形態(tài)部分有所不一樣。研究它們改變，有利于了解根系生理活動(dòng)，尤其是逆境條件（如缺素、過量）作物反應(yīng)機(jī)制。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第23頁241．根際土直接采集法

（1）原理：依據(jù)土壤與根系粘著程度不一樣，將其分為根面土、根際土和非根際土。根面土：距根面約0-2mm。緊密附著于根面。根際土：距根面約1-4mm，渙散粘附于根面。非根際土：距根面4mm以上，手工很輕易抖落下來。（2）應(yīng)用：可研究根際微域內(nèi)存在有效養(yǎng)分虧缺情況。（3）優(yōu)缺點(diǎn)：方法簡單、方便，不需特殊設(shè)備，可直接用于田間，但較粗放，不準(zhǔn)確。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第24頁252．根際土壤冰凍切片法

方法關(guān)鍵點(diǎn)：（1）集束平面根培育：有機(jī)玻璃盆內(nèi)裝營養(yǎng)液，上端置一漏斗形框架，內(nèi)放尼龍網(wǎng)，密集播入30粒種子，一個(gè)月后，玻璃盆中形成平面根。（2）土塊制備：供試土樣過100目篩，稱取一定量裝入長方形有機(jī)玻璃盒，將開口處土壤蒙上一隔膜，其可讓水分養(yǎng)分自由經(jīng)過，根系無法經(jīng)過。（3）根際土形成：將制好土盆隔膜面與集束根平面緊密接觸，放入盆缽中，再充以石英砂或土壤，溫室中培養(yǎng)不多于20天（4）土壤冰凍切片法制備：取出有機(jī)玻璃盆中土壤，液氮速凍，切片機(jī)上切成1mm厚薄以供分析。優(yōu)缺點(diǎn)：嚴(yán)格地處理了不一樣層次微區(qū)土壤區(qū)分、可定量研究各種養(yǎng)分、水分在根土界面移動(dòng)規(guī)律。只能進(jìn)行短期試驗(yàn)、取得土壤樣品量有限。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第25頁263．放射性自顯影法

（1）方法：取得同位素標(biāo)識(shí)過土壤根際薄片土層；薄層與x光膠片接觸、曝光，統(tǒng)計(jì)下薄層不一樣部位放射性；沖洗x光膠片、顯影：曝光點(diǎn)即為待測養(yǎng)分分布區(qū)，曝光深淺反應(yīng)養(yǎng)分離子含量多少。（2）特點(diǎn)能夠定位放射示蹤劑在樣品中分布定量上誤差較大，只能作相對(duì)定量只能取得養(yǎng)分總量根念，不能測其有效性植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第26頁274．微電極法

微電極：原理與普通電極一樣，其體積小，尤其是其敏感尖端直徑以u(píng)m計(jì)，若直徑小于0.5um為超微電極，最小可達(dá)0.04um。微電極能夠測量微區(qū)pH、Eh、電導(dǎo)、養(yǎng)分（離子選擇電極）等。應(yīng)用：能夠測定土壤各部位，包含根際中電化學(xué)性質(zhì)，有時(shí)也能夠用于植物組織甚至細(xì)胞中性質(zhì)測定。優(yōu)點(diǎn)：能夠在原位連續(xù)測定根際微區(qū)養(yǎng)分環(huán)境情況，降低則取樣、提取分析等帶來誤差；操作方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第27頁285．電子探針法

（1）方法介紹：利用高速電子束轟擊試樣表面微小區(qū)域時(shí)，入射電子透入試樣內(nèi)部與其作用，使其內(nèi)部原子受激發(fā)，然后釋放出特征x射線，不一樣元素發(fā)射x射線不一樣，經(jīng)過測定x射線波長及強(qiáng)度，能夠判定元素種類和數(shù)量。（2）應(yīng)用：是一個(gè)電子顯微分析技術(shù)能夠在不破壞樣品情況下進(jìn)行準(zhǔn)確定位分析；能夠分析某元素分布；能夠同時(shí)測定從硼到鈾全部元素，處于研究元素間相互關(guān)系，不象自顯影——需放射性元素；靈敏度高：可達(dá)10-15-10-18.6.根際微生物：種類數(shù)量7根系分泌物：植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第28頁29第三節(jié)VA菌根研究方法

一．菌根種類與分布菌根——真菌與植物根聯(lián)合組成共質(zhì)體當(dāng)前已知能在根部形成菌根植物有各種（草木本），能在植物根部形成菌根真菌種類也很多。普通分為內(nèi)生菌根及外生菌根。1．外生菌根：大量菌絲纏繞根表面，形成緊密菌絲鞘套，同時(shí)，部分菌絲伸入根組織外皮層細(xì)胞間隙，組成菌絲網(wǎng)絡(luò)，成為真菌與寄主物質(zhì)交換場所。寄主主要是一些林木，如松科、柏科、樺木科等2．內(nèi)生菌根：包含VA菌根、蘭科菌根、杜鵑花科菌根，其中VA菌根最主要。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第29頁30VA菌根真菌菌絲著生于根組織皮層細(xì)胞間隙或寄入細(xì)胞之中，但不進(jìn)入內(nèi)皮層和中柱，一些菌絲伸出根外與土壤接觸，皮層組織內(nèi)菌線未端能夠重復(fù)二叉分枝，形成叢枝，在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間菌絲能夠膨大成為直徑約50um泡囊，稱為“泡囊—叢枝菌根”，Vesicular_Arbuscular_Mycorrhiza，簡稱VA菌根。其寄主很廣泛，尤其是禾本科，豆科，除十字花科（如油菜）和藜科（如甜菜）外，大多農(nóng)作物都能形成菌根，VA菌根Fungus與寄主植物無嚴(yán)格專一性。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第30頁311.根瘤菌；2.根瘤菌入侵根毛；3.根瘤菌穿過皮層細(xì)胞；4.切面植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第31頁32二．VA菌根在植物營養(yǎng)中作用

1．菌根擴(kuò)大了根系吸收面積，顯著增加植物對(duì)養(yǎng)分吸收，尤其是土壤中移動(dòng)性較差磷素，機(jī)理：菌絲吸PKm小，能夠在很低P濃度溶液中吸P，菌絲表成磷酸酶促進(jìn)有機(jī)磷水解，菌根改變陰/陽離子吸收平衡，引發(fā)pH改變。對(duì)遷移較慢S、Cu、Zn、Ca、Fe等也有增加吸收功效。2．有利于豆科作物結(jié)瘤固氮：在嚴(yán)重缺磷土壤，若無菌根，三葉草不能結(jié)瘤。3．菌根對(duì)一些重金屬（Zn、Mg）吸收有抑制作用植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第32頁334．抗逆性：病、旱、高溫、鹽。5．環(huán)境條件對(duì)真菌侵染影響：pH、養(yǎng)分含量6．其它微生物與菌根真菌協(xié)同或拮抗作用7．菌根真菌生物學(xué)特征：VA菌根在脫離宿主植物條件下還不能單獨(dú)進(jìn)行純培養(yǎng)基繁育，怎樣經(jīng)過人工培養(yǎng)基擴(kuò)大繁殖是該領(lǐng)域一個(gè)前沿課題。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第33頁34三．VA菌根研究內(nèi)容

1．選擇侵染力強(qiáng)高效菌種：不一樣VA菌根真菌對(duì)作物侵染程度不一，對(duì)缺P或固P嚴(yán)重土壤可能產(chǎn)生顯著增產(chǎn)效果。2．宿主對(duì)菌根依賴性：指標(biāo)：（帶菌根植物干重—無菌根植物干重）/帶菌根植物干重*100最高：具粗根胡蘿卜很高：豆科、韭、洋蔥較低：馬鈴薯、蕃茄很低：燕麥、小麥為零：包心菜、甜菜植物接種菌根提升作物產(chǎn)量先決條件：缺磷土壤，對(duì)菌根依賴性大作物，土壤中原來缺乏菌根或原有菌根效率低。植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第34頁35四．研究方法

（一）孢子提取VA菌根繁殖體包含：孢子、孢子果、泡囊、菌絲等它們?nèi)魏我粋€(gè)或多個(gè)均可對(duì)植物根部進(jìn)行侵染；各種繁殖體組成“混合繁殖體”，其侵染速度快；但不易取得“純”種，為了取得純種，常提取VA孢子進(jìn)行接種，而菌絲等易與其它真菌混同。因?yàn)楫?dāng)前VA菌根真菌脫離宿主植物均無法進(jìn)行單獨(dú)培養(yǎng)，故要取得該真菌必須從種殖了宿主植物田間或溫室盆栽土壤中提供。

植物營養(yǎng)研究法根際研究法給專家講座第35頁361．濕篩和傾注法土壤—1升水—攪拌后沉降數(shù)秒——上部懸濁液——粗土篩（孔徑500-800um，除去不沉降大有機(jī)質(zhì)顆粒）——攪拌后細(xì)篩（38-250um）——沖洗篩面——篩面上殘留物即