植物營養(yǎng)研究法根際研究法

關于植物營養(yǎng)研究法根際研究法12第一節(jié)根系研究法

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(shù)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，然后輸送到地上部第2頁,共39頁，2024年2月25日，星期天3二．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。

第3頁,共39頁，2024年2月25日，星期天4（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，根際微生物的存在減少植物的主根和側根長度，減少側根數(shù)量，并使根毛長度的密度減少。第4頁,共39頁，2024年2月25日，星期天5三．根系研究方法

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

生理學

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。

第5頁,共39頁，2024年2月25日，星期天6（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。

第6頁,共39頁，2024年2月25日，星期天7（二）容器法（根籍或根箱法）

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。第7頁,共39頁，2024年2月25日，星期天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。

第8頁,共39頁，2024年2月25日，星期天9（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或86Rb。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。第9頁,共39頁，2024年2月25日，星期天102．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(shù)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。第10頁,共39頁，2024年2月25日，星期天11（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第11頁,共39頁，2024年2月25日，星期天12第12頁,共39頁，2024年2月25日，星期天13四．根參數(shù)

（一）根數(shù)１．意義：根據(jù)主根和側根可以估計根長、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：顯微鏡的測微計；較粗：千分尺＋放大鏡

第13頁,共39頁，2024年2月25日，星期天14第14頁,共39頁，2024年2月25日，星期天15（四）根長與根密度１．意義：單位體積土壤中根長，即根密度是計算根系吸水量的最好參數(shù)。根密度對養(yǎng)分有效性、吸收能力很有意義比其它根參數(shù)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：前四步同上不是直接計根長，而是計根與方格線交叉點數(shù)：根長＝轉換系數(shù)×交叉點數(shù)×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(shù)第15頁,共39頁，2024年2月25日，星期天16（五）根表面積１．意義：表征根系吸收能力的最好參數(shù)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(jù)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。第16頁,共39頁，2024年2月25日，星期天17（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17頁,共39頁，2024年2月25日，星期天18第二節(jié)根際的研究方法

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(shù)毫米，１－４mm２．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)育和抗逆性第18頁,共39頁，2024年2月25日，星期天19二．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。

第19頁,共39頁，2024年2月25日，星期天20三．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

第20頁,共39頁，2024年2月25日，星期天21（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。

第21頁,共39頁，2024年2月25日，星期天222．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。

第22頁,共39頁，2024年2月25日，星期天23（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(shù)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。

第23頁,共39頁，2024年2月25日，星期天241．根際土的直接采集法

（1）原理：根據(jù)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。第24頁,共39頁，2024年2月25日，星期天252．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1mm厚薄以供分析。優(yōu)缺點：嚴格地解決了不同層次微區(qū)土壤的區(qū)分、可定量研究各種養(yǎng)分、水分在根土界面移動規(guī)律。只能進行短期試驗、獲得土壤樣品量有限。

第25頁,共39頁，2024年2月25日，星期天263．放射性自顯影法

（1）方法：獲得同位素標記過土壤的根際薄片土層；薄層與x光膠片接觸、曝光，記錄下薄層不同部位的放射性；沖洗x光膠片、顯影：曝光點即為待測養(yǎng)分分布區(qū)，曝光深淺反映養(yǎng)分離子含量多少。（2）特點可以定位放射示蹤劑在樣品中的分布定量上誤差較大，只能作相對定量只能獲得養(yǎng)分總量根念，不能測其有效性第26頁,共39頁，2024年2月25日，星期天274．微電極法

微電極：原理與普通電極一樣，其體積小，特別是其敏感尖端直徑以um計，若直徑小于0.5um為超微電極，最小可達0.04um。微電極可以測量微區(qū)的pH、Eh、電導、養(yǎng)分（離子選擇電極）等。應用：可以測定土壤各部位，包括根際中的電化學性質，有時也可以用于植物組織甚至細胞中性質測定。優(yōu)點：可以在原位連續(xù)測定根際微區(qū)的養(yǎng)分環(huán)境狀況，減少則取樣、提取分析等帶來的誤差；操作方便，易實現(xiàn)自動化。第27頁,共39頁，2024年2月25日，星期天285．電子探針法

（1）方法簡介：利用高速電子束轟擊試樣表面的微小區(qū)域時，入射電子透入試樣內部與其作用，使其內部原子受激發(fā)，然后釋放出特征x射線，不同元素發(fā)射的x射線不同，通過測定x射線波長及強度，可以判定元素的種類和數(shù)量。（2）應用：是一種電子顯微分析技術可以在不破壞樣品情況下進行準確定位分析；可以分析某元素的分布；可以同時測定從硼到鈾的所有元素，處于研究元素間相互關系，不象自顯影——需放射性元素；靈敏度高：可達10-15-10-18.6.根際微生物：種類數(shù)量7根系分泌物：第28頁,共39頁，2024年2月25日，星期天29第三節(jié)VA菌根的研究方法

一．菌根的種類與分布菌根——真菌與植物根聯(lián)合組成的共質體目前已知能在根部形成菌根的植物有2000多種（草木本），能在植物根部形成菌根的真菌種類也很多。一般分為內生菌根及外生菌根。1．外生菌根：大量菌絲纏繞根表面，形成緊密的菌絲鞘套，同時，部分菌絲伸入根組織外皮層細胞間隙，構成菌絲網絡，成為真菌與寄主物質交換的場所。寄主主要是一些林木，如松科、柏科、樺木科等2．內生菌根：包括VA菌根、蘭科菌根、杜鵑花科菌根，其中VA菌根最主要。第29頁,共39頁，2024年2月25日，星期天30VA菌根真菌菌絲著生于根組織皮層細胞間隙或寄入細胞之中，但不進入內皮層和中柱，一些菌絲伸出根外與土壤接觸，皮層組織內的菌線未端可以反復二叉分枝，形成叢枝，在細胞內或細胞間的菌絲可以膨大成為直徑約50um的泡囊，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，大多農作物都能形成菌根，VA菌根的Fungus與寄主植物無嚴格專一性。第30頁,共39頁，2024年2月25日，星期天311.根瘤菌；2.根瘤菌入侵根毛；3.根瘤菌穿過皮層細胞；4.切面第31頁,共39頁，2024年2月25日，星期天32二．VA菌根在植物營養(yǎng)中的作用

1．菌根擴大了根系吸收面積，明顯增加植物對養(yǎng)分吸收，特別是土壤中移動性較差的磷素，機理：菌絲吸P的Km小，可以在很低P濃度溶液中吸P，菌絲表成的磷酸酶促進有機磷水解，菌根改變陰/陽離子吸收平衡，引起pH改變。對遷移較慢的S、Cu、Zn、Ca、Fe等也有增加吸收的功能。2．有利于豆科作物結瘤固氮：在嚴重缺磷土壤，若無菌根，三葉草不能結瘤。3．菌根對某些重金屬（Zn、Mg）的吸收有抑制作用第32頁,共39頁，2024年2月25日，星期天334．抗逆性：病、旱、高溫、鹽。5．環(huán)境條件對真菌侵染的影響：pH、養(yǎng)分含量6．其它微生物與菌根真菌的協(xié)同或拮抗作用7．菌根真菌的生物學特性：VA菌根在脫離宿主植物條件下還不能單獨進行純培養(yǎng)基繁育，如何通過人工培養(yǎng)基擴大繁殖是該領域的一個前沿課題。第33頁,共39頁，2024年2月25日，星期天34三．VA菌根的研究內容

1．選擇侵染力強的高效菌種：不同VA菌根真菌對作物侵染程度不一，對缺P或固P嚴重土壤可能產生明顯增產效果。2．宿主對菌根的依賴性：指標：（帶菌根的植物干重—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高作物產量的先決條件：缺磷土壤，對菌根依賴性大的作物，土壤中原來缺少菌根或原有菌根效率低。第34頁,共39頁，2024年2月25日，星期天35四．研究方法

（一）孢子的提取VA菌根的繁殖體包括：孢子、孢子果、泡囊、菌絲等它們任何一個或多個均可對植物根部進行侵染；多種繁殖體構成“混合繁殖體”，其侵染速度快；但不易獲得“純”種，為了獲得純種，常提取VA的孢子進行接種，而菌絲等易與其它真菌混淆。由于目前VA菌根真菌脫離宿主植物均無法進