植物營養(yǎng)研究方法-第五章-根和根際的植物營養(yǎng)研究-1-2學時

第五章根和根際的植物營養(yǎng)研究方法第一節(jié)根系的研究方法第二節(jié)根分泌物的研究方法第三節(jié)根際的研究方法第四節(jié)叢枝菌根真菌的研究方法第一節(jié)根系的研究方法第二節(jié)根分泌物的研究方法第三節(jié)根際的研究方法第四節(jié)叢枝菌根真菌的研究方法Taprootsystem FibrousrootsystemAdventitiousrootBasalrootLateralrootTaprootAdventitiousrootSeminalroot不定根基根側根主根種子根直根系須根系一．根系在植物生長中的作用1．固定植物：攝取、運輸、貯藏營養(yǎng)物質，合成有機物質如氨基酸等2．植物地上部分與根系生長是相互依賴、彼此協(xié)調（1）如：如果剪去菜豆的一半葉片或一半根系，只要保留兩部分分生組織完整，則過一段時間后根/冠比又會恢復至原來數值。（2）原因：根系向地上部輸送礦質養(yǎng)分和水分,地上部向根系提供碳水化合物，根系合成部分有機物，然后輸送到地上部二．影響根系生長的因素

研究影響作物根系生長的因素，進而調節(jié)這些因素，使之達適宜水平，促進根系生長，從而促進整個植株生長，最終獲得理想的產量。植物根系的生長和形態(tài)特征，主要取決于植物的遺傳特征，不同植物，甚至同一植物不同品種，其根系形態(tài)特征都會有很大差異，外界環(huán)境，特別是土壤環(huán)境對根系生長也會產生很大影響。

（一）化學因素：1．養(yǎng)分供應：根系具有趨肥性2．低pH與毒害元素：Al、Mn、Fe、B（二）物理因素：1．機械阻力2．水分3．通氣4．溫度（三）生物因素：一般情況下，根際微生物有存在減少植物的主根和側根長度，減少側根數量，并使根毛長度、密度減少。三．根系研究方法

根系研究：形態(tài)學：根數、分布、根重、根莖、根表面積、體積

生理學:生理物質含量（酶、糖、果膠類物質等）

解剖學：

研究根系的難處：不象地上部，如何把根系不受損傷地從土壤中取出是研究方法的關鍵所在；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。

田間觀察根箱法培養(yǎng)觀察（一）釘板法

1．方法簡介：取田間含根系的原狀土，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．應用：可以用于根的分布形態(tài)，還可研究其它形態(tài)指標。

頂板的大小和釘子的密度，根據測定植物的根系分布情況可變化（二）容器法（根箱法）

1．方法介紹：特制的種植盆，一面或幾面是透明的玻璃，可以裝卸，外覆使不透明，盆內裝土，種植植物，常規(guī)管理。由于溫度對根系生長影響較大，若為了保持種植盆內溫度與田間一致，可將盆子埋入土中。觀察項目：（1）生長動態(tài)：可以對根系生長發(fā)育進行連續(xù)的原位觀察。透過玻璃直接觀察。（2）其它觀察：取下玻璃，結合釘板法或直接沖洗，研究根系形態(tài)、生理2．局限性：（1）容器空間有限，對大根系作物難以應用，只能研究其苗期或根系較小的作物。（2）非自然條件下進行，但易操作和控制條件。（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：可以連續(xù)觀測根系生長狀況更接近自然狀況但玻璃壁處根系生長密度一般大于正常土壤中的生長密度。

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質32P。經過一段時間后測定地上部分的放射性強度，其結果可以直接反映出根系吸收能力大小。通過在土壤不同位置、不同深度注入放射性元素，可以判斷該位置深度根系分布及活力狀況，多點布樣，可以構造出立體的根系活力分布圖。2．植物注入法：從植物地上部莖基注入32P或其它示蹤物，經一定時間從根系分布區(qū)一定部位取原狀土樣品，其放射性強度反映該土壤活性根數量，多點取樣可了解活性物質根的分布狀況。3．宏觀放射自顯影法：用帶有機玻璃板的根籍培養(yǎng)植物，一定時期從地上部莖中注入32P，3-5天后用X光膠片在有機玻璃面曝光，顯影、定影，可得根系分布圖。優(yōu)點：1.簡便直接，不需進行根土分離而直接測定。2.測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響。4.X-光CT技術5.核磁共振技術（五）多孔膜法1．方法介紹：（1）制作一孔徑經約0.3um的多孔膜套，該膜可以允許養(yǎng)分、水、O2透過，而植物根系難以透過。（2）把膜套水平埋入20cm深的土層中（該層植物根系分布最多），套口露于地面。（3）生長一定時間后取出膜套，可獲得全株植物及其全部不含土粒的根系，根系可用于各項研究。2．優(yōu)點：（1）不需要從土壤中分離根系，避免了根系損失，特別是具有根系活力的幼根的損失。（2）可獲得完整根系（3）環(huán)境條件和栽培措施更符合田間實際低

P高

P紙板法四．根參數

（一）根數１．意義：根據主根和側根可以估計根長、根密度等２．測定：直接記數、掃描分析軟件-WinRhizo（二）根重１．意義：反映根的總量、植物地下部分生產力，不能反映根系吸收能力，特別是對于具有粗狀主根的植物２．測定：鮮重：洗凈，用吸水紙吸干，稱重干重：更準確、實用

（三）根莖（粗細）１．意義：了解土壤孔隙大小、根系穿透能力、用于計算根表面積、體積實際中較少應用２．測定：細根：顯微鏡的測微尺；較粗：千分尺＋放大鏡

（四）根長與根密度１．意義：單位體積土壤中根長，即根密度是計算根系吸水量的最好參數。根密度對養(yǎng)分有效性、吸收能力很有意義比其它根參數更能反映養(yǎng)分吸收能力２．測定（１）直接法：根系置于透明玻璃盤中，盤內加少量水，便于將根系分散，用鑷子將根拉直，不相重疊，上壓一玻璃板，防根移動玻璃盤下墊一帶mm刻度的方格紙統(tǒng)計各根長度（２）直線截獲法：不是直接計根長，而是計根與方格線交叉點數：

根長＝11/14×交叉點數×方格間距（３）根長測試儀（４）計算機掃描，軟件分析：可同時獲得根系的各種系數ababRootHairMicroanalysisSystemabcdef（五）根表面積１．意義：表征根系吸收能力的最好參數之一２．測定方法（１）直接法

Ａ：直接法：測出根的平均直徑和長度，計算表面積Ｂ：測出體積，計算表面積，測出的是根系總面積（２）吸附法：植物對溶質的最初吸收具有吸附的特性，假定這時根系表面均勻地覆蓋了一層吸附物質的單分子層，因此可以根據根系對某種物質的吸附量來測定根系吸收面積。

常用甲烯藍作為被吸附物質，已知１mg甲烯藍成單分子層時占用1.1m2，由此可求出根系的總吸收面積。根系吸收飽和大概需1.5min，再吸附1.5min的量可表示正活躍吸收面積。（六）根體積１．意義：在表征根系活力時不常用，因為具有吸收能力的根部位主要是小根，根尖或根毛、少量粗大根的體積與大量小根相當。２．測定：排水法第一節(jié)根系的研究方法第二節(jié)根分泌物的研究方法第三節(jié)根際的研究方法第四節(jié)叢枝菌根真菌的研究方法一、根系分泌物的概念、組成和作用概念：根系釋放到周圍環(huán)境中的各種物質的總稱。數量：（1）

占光合作用固定碳的25—40%；

（2）植物整個生育期的分泌物，是收獲時根系貯存的有機碳的1倍。組成（1）低分子量的有機可溶物：有機酸、

酚類、氨基酸和可溶性糖等；

（2）高分子量粘液物質；

（3）細胞和組織脫落物根系分泌物的作用（1）根分泌物是根際微生物的主要碳源和能源，同時也是植物與根際微生物、植物與土壤和環(huán)境因素相互作用的信息物質和決定因素。（2）極大地改變了根際微區(qū)的物理和化學環(huán)境，進而對根系的養(yǎng)分狀況產生重大的影響。（3）根系釋放有機物質進入根際也是化感物質進入環(huán)境的一個重要通道。（4）低分子量的有機分泌物還可活化重金屬元素如鉛和鎘，這種活化作用可導致植物重金屬的毒害；二、根分泌物的研究概況根分泌物釋放的部位

根分泌物釋放的部位主要集中在根的頂端區(qū)域，包括根冠區(qū)、分生區(qū)、伸長區(qū)和根毛區(qū)。根冠區(qū)的細胞壽命短、易脫落，細胞內的高爾基體分泌大量沾液-主要是多糖，在根冠表面形成粘膠層。分生區(qū)表面光滑，細胞排列規(guī)則，粘液分泌較少。伸長區(qū)的細胞壁微纖絲重排，土壤礦物顆粒侵入粘液層部分，角質層破裂使粘液釋放出來。根毛區(qū)也是根分泌物釋放的主要位點，如根毛的斷裂、根生長進入土壤時的損傷均可產生大量根分泌物。此外，側根發(fā)生區(qū)也是根分泌物釋放的一個重要的部位，由于側根的生長，主根受到了損傷，從而導致大量的有機物質進入根際。根分泌物產生的機制

目前，對根系分泌的機制并不十分清楚；一種看法認為根系的物質分泌可能是沿電化學梯度的擴散過程，最后發(fā)生滲漏，這個過程是被動釋放過程。細胞內物質受到細胞膜滲透性的控制，它們的擴散和滲透可能是分泌釋放的基本過程，屬于這一過程的根分泌物包括：糖、有機酸、氨基酸、水、無機離子、氧氣和維生素。另一種根分泌物釋放的機制可能是一個逆電化學梯度、耗能的主動分泌過程，這種分泌具有很強的選擇性，是植物活細胞的一種基本功能，最典型的例子是專一性根分泌物-鐵載體的釋放過程，植物鐵載體是受缺鐵脅迫誘導在植物體內合成的代謝產物，通過主動分泌作用釋放到根際。影響根分泌物釋放的因素養(yǎng)分脅迫對植物根分泌物的影響專一性根分泌物的釋放與植物的營養(yǎng)狀況有著密切的聯(lián)系。例如：山龍眼科植物和白羽扇豆在缺磷條件下可形成濃密的簇生根，這些簇生根向生長介質中分泌大量的檸檬酸。在低磷的石灰性土壤上，白羽扇豆簇生根周圍有大量白色沉淀產生，檸檬酸鈣含量達95%以上。植物損傷因子和機械阻力對根分泌物的影響

植物在生長期間,培養(yǎng)介質對根面可產生足夠的損傷,從而增加根的分泌量。

微生物對根分泌物的作用

根分泌物為根際微生物提供了能源和碳源，反之，根際微生物的存在也大大促進了植物根分泌物的釋放。(a)根際微生物影響根細胞的膜透性；(b)微生物可能使根的代謝活動受到影響；(c)微生物對根分泌物的吸收；(d)改變了根際養(yǎng)分的生物有效性。植物的種類和生長階段三、根系分泌物研究的程序植物培養(yǎng)根分泌物收集根分泌物提取根分泌物分離根分泌物鑒定根分泌物各組分生物效應鑒定四、幾種典型的根分泌物研究方法方法的選擇的原則：依賴于目的（整體收集、局部收集或定位收集）；收集過程不要破壞根的生長；盡量維持根的自然生理狀態(tài)；抑制微生物的分解作用；避免高溫下長時間浸提（有機溶劑）；采用溫和的提取劑；樣品應冰凍保存。（一）溶液培養(yǎng)直接收集法培養(yǎng)取出清洗收集（一定時間）1、從收集液中取10ml放入試管中；2、立刻加入一滴濃磷酸或微生物抑制劑；3、保存在-20℃的冰箱，備用。（二）固體培養(yǎng)直接收集法1、人工培養(yǎng)基收集法（1）玻璃珠培養(yǎng)收集法0.45um微孔濾膜過濾（2）沙培收集法2、土壤培養(yǎng)根分泌物的收集（1）根際土壤直接提取法——抖土法需要測定抖土的量和定量的水（2）淋洗法：（3）土壤-溶液聯(lián)合培養(yǎng)法（三）原位定位提取法作業(yè)、練習題常用的根系的參與及其研究方法有哪些？設計一個方法提取我們課程第一個土培試驗的根系分泌物。第一節(jié)根系的研究方法第二節(jié)根分泌物的研究方法第三節(jié)根際的研究方法第四節(jié)叢枝菌根真菌的研究方法一．根際——是指受植物根系生理活動的影響，在物理、化學、生物特性上不同于原土體的特殊土區(qū)。根際范圍很小，一般指距根表數毫米，１－2mm２．根際土與原土的不同：根際是土壤—植物根—微生物三者相互作用的場所，根際養(yǎng)分、pH、Eh、分泌物、微生物等原土均有不同。３．研究意義：根際的變化對于根際內營養(yǎng)物質的轉化

土壤養(yǎng)分的有效性。作物生長發(fā)育和抗逆性二．根際研究的難點

不象其它研究，根際研究是微區(qū)研究，難度較大，進展緩慢，要求技術條件較高，對微區(qū)研究的高分辨率，如何將根際土分離出來研究。

三．研究方法

（一）根系表面特性的研究１．研究概況指標：（1）根系陽離子交換量（CEC）：著重于陽離子交換能力的物理化學性質，表面吸附量忽略了根系生理活性與養(yǎng)分吸收的聯(lián)系。因此，CEC與養(yǎng)分吸收相關性不一定很好，且與陽離子種類、作物種類影響較大

（2）根系表觀自由空間“Apparentfreespace”養(yǎng)分離子進入根系的兩條通道：通過細胞膜的主動運輸、質外體。AFS：根系內部的細胞間隙和細胞壁微纖維中的空隙，在植物體內相互連通形成運輸通道，允許水分和溶液自由移動，是根系表面的延續(xù)部分，或視為“內表面”。有研究結果表明：AFS中養(yǎng)分濃度與植物吸收養(yǎng)分量呈正相關。

2．根系AFS的測定：原理：低溫4度下，根系生理活性基本停滯，此時放入蒸餾水中根系AFS中的養(yǎng)分只能向外擴散。測定一定時間平衡后擴散出的養(yǎng)分多少即代表該養(yǎng)分的AFS。方法：營養(yǎng)液培養(yǎng)的根系或從土壤中清洗出的根系，洗凈后吸水紙吸去多余水分，稱一定量根，加入20倍量的水，于4度冰箱中浸提2小時后，測定溶液中養(yǎng)分量。

（二）根際土壤特性的研究方法

根際土壤受根系活動（呼吸、分泌物、吸收養(yǎng)分）影響，其pH、Eh、O2、水分、土壤養(yǎng)分數量及形態(tài)部分有所不同。研究它們的變化，有助于理解根系生理活動，特別是逆境條件（如缺素、過量）作物反應機制。

1．根際土的直接采集法

（1）原理：根據土壤與根系粘著程度不同，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，松散粘附于根面。非根際土：距根面4mm以上，手工很容易抖落下來。（2）應用：可研究根際微域內存在的有效養(yǎng)分虧缺狀況。（3）優(yōu)缺點：方法簡單、方便，不需特殊設備，可直接用于田間，但較粗放，不精確。2．根際土壤的冰凍切片法

方法要點：（1）集束平面根的培育：有機玻璃盆內裝營養(yǎng)液，上端置一漏斗形框架，內放尼龍網，密集播入30粒種子，一個月后，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玻璃盒，將開口處土壤蒙上一隔膜，其可讓水分養(yǎng)分自由通過，根系無法通過。（3）根際土的形成：將制好的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：取出有機玻璃盆中土壤，液氮速凍，切片機上切成