直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置及方法

2023-04-28 04:57:41 2

專利名稱：直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置及方法
技術領域：
本發明屬於農業技術領域，涉及一種研究植物根系和微生物相互作用的方法。特別是一種透明的直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的裝置以及採用此裝置種植玉米的方法。
背景技術：
植物通過根系獲得充足的營養才能茁壯生長。植物營養與土壤中微生物的數量、存在狀況密切相關。研究土壤微生物在植物生長過程中的行為和數量變化是研究植物營養的重要部分，特別是在提倡發展綠色農業、有機農業、生態農業以來，這個問題更是迫切需要解決的。生態農業中發展微生物肥料為植物生長提供養分。其原理是利用微生物肥料中有益土壤微生物與植物的代謝互作。植物根系分泌物和脫落物為土壤微生物提供生存條件，土壤微生物的固氮、解磷、解鉀代謝過程為植物提供N、P、K營養。因此，微生物肥料中的生物成分在微生物肥料施入土壤後，肥料中的生物的生活軌跡與植物營養及微生物肥料的肥效密切相關。如何能夠觀察到土壤微生物與植物根系間的關係及發展動態，是一個很多研究人員迫切想解決的問題。曾經有人創建了根箱法，專利:用於根際土壤取樣的植物根箱培養裝置(專利申請號:200710069993.8)，其特徵是包括一個可拆卸式的方框體，在其中對稱地夾放2張根室分隔網片，從而將方框體分隔成中室和2個邊室，在中室裡種上植物，栽培結束後，分別取中室和2個邊室裡的土壤，這個裝置能夠方便準確的對離根不同距離的土壤進行取樣。應用這種方法可以分別分析植物根區和植物根際土壤微生物的狀況。為了能夠了解土壤微生物與植物根系在自然條件下的動態發展，我們創製出了一種透明的，可以直接觀察在植物根系生長過程中根系微生物動態發展的裝置。

發明內容
本發明的目的在於提供了一種直接觀察玉米根系生長及與微生物相互關係的種植方法，本發明採用自製盒狀體，以Arnon-Hoagland營養液製成培養基,培養玉米。以微生物，即單細胞綠色微藻為土壤微生物指示物，並使綠藻附著在玉米根上觀察玉米根與微生物相互關係的情況。由於鋼化玻璃和培養基透明度非常好，這種裝置可以直觀、透明地觀察到植物根系生長及與微生物相互關係的過程。為實現上述目的，本發明公開了如下的技術內容:
一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置，其特徵在於它包括兩塊鋼化玻璃板I和一個泡沫塑料U型框2 ;其中兩塊鋼化玻璃板之間設置泡沫塑料U型框且通過成套螺釘螺母3將兩塊鋼化玻璃板與泡沫塑料U型框加以固定構成盒狀體。其中兩塊鋼化玻璃板(I)的尺寸均為長32.0cm,寬15.0cm,厚度0.5cm ;泡沫塑料U型框(2)的長為15.0cm +32.0cm +15.0cm,寬為1.0cm,高為1.0cm0成套螺釘螺母設置的個數為5個。其中所述的植物指的是玉米。本發明進一步公開了採用透明裝置觀察玉米根系生長的方法，其特徵在於按如下的步驟進行:
1)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用；
2)玉米種子的萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h;將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，保證種子的溼潤環境；待種子長出Icm芽的時候，插於泡沫板上，做水培處理；
3)培養盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養盒2 3min。4)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，將玉米苗的根蘸取單細胞綠色微藻，每個根盒種植5棵玉米，然後裝滿含有0.2^2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養液；優選0.3 1.5%瓊脂的Arnon-Hoagland營養液。自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d，以無菌水補充培養盒內的水分。觀察玉米根系生長情況及單細胞綠色微藻分布情況；其中單細胞綠色微藻液30ml，細胞濃度為IXlO7個/ml。其中的單細胞綠色微藻，為橢圓小球藻ellipsoidea)0 (原始來源)中國科學院水生生物研究所淡水藻種保藏庫奴kCYS )，Chlorella ellipsoidea的保藏號:FACHB-40。本發明更加詳細的製備方法如下:
O獲得玉米苗:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨後在25°c恆溫培養箱中，清水浸種12h。將浸泡 的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，進行種子的萌發；待種子長出Icm的芽時，插於泡沫板上，水培環境發苗。2)自製培養盒:培養盒長為32.0 Cm，高為15.0 cm,寬為2.0 cm(0.5cm+l.0cm+0.5cm),用15%新潔爾滅浸泡培養盒2 3min,做消毒處理。3)栽培玉米苗:取玉米苗，實驗組玉米的根蘸取單細胞綠色微藻之後，將玉米苗種進培養盒內。培養盒內裝滿已滅菌的0.2 2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養液，其中Arnon-Hoagland營養液配方見參考文獻(熊慶娥:植物生理學實驗教程.四川:四川科學技術出版社.2013:8-9.)。對照組不蘸單細胞綠色微藻，其他處理同實驗組。自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d，以無菌水補充培養盒內的水分。觀察玉米生長情況及單細胞綠色微藻分布情況。採用本發明公開的透明裝置觀察玉米根系生長的方法與現有技術相比所具有的積極效果在於:
本發明公開的直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置，肉眼直觀可見，便於隨時觀察，無需拆卸，具有經濟適用的顯著特點。本發明的透明裝置能夠直接觀察到植物根系生長的過程，微生物與植物根系間的關係及發展動態。


:
圖1為直接觀察到的微生物與植物根系；其中圖A為對照，圖B為和玉米根一起生長的單細胞綠色微藻；圖2為透明裝置的平面結構示意 圖3為透明裝置的側視示意 其中I為玻璃板；2為泡沫塑料U型框；3為成套螺釘螺母。
具體實施例方式為了簡單和清楚的目的，下文恰當的省略了公知技術的描述，以免那些不必要的細節影響對本技術方案的描述。以下結合較佳實施例，對本發明做進一步的描述，特別加以說明的是，本發明所用到的各種原料均可以從市場上買到(Arnon-Hoagland營養液的配製方法與上文中參考文獻相同)。單細胞綠色微藻為橢圓小球藻(CX7ore77a ellipsoidea)0 (原始來源)中國科學院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB),ellipsoidea的保藏號:FACHB-40ο實施例1
結合圖2，圖3，直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置，它包括兩塊鋼化玻璃板I和一個泡沫塑料U型框2 ;其中兩塊鋼化玻璃板之間設置泡沫塑料U型框且通過成套螺釘螺母3將兩塊鋼化玻璃板與泡沫塑料U型框加以固定構成盒狀體。兩塊鋼化玻璃I的尺寸均為長32.0cm,寬15.0cm,厚度0.5cm ;泡沫塑料U型框(2)的長為15.0cm+32.0cm +15.0cm,寬為 1.0cm,高為 1.0cm。兩塊鋼化玻璃板成套螺釘螺母設置的個數為5個，其目的是將泡沫塑料U型框與玻璃板固定。其中的植物根系指的是玉米根系。實施例2
1)玉米種子:天塔九號，購於天津市西青種子公司；
2)藻種:單細胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號:FACHB-40
3)培養盒結構:鋼化玻璃=長X寬X厚=32.0 cmX 15.0cmX0.5cm，將2塊無色透明的鋼化玻璃與1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5個成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用。5)玉米種子的萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，做發芽處理；待種子長出Icm芽的時候，插於泡沫板上，做水培處理。6)培養盒處理:用15%新潔爾滅浸泡根盒2min。7)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設置實驗組和對照組。將實驗組玉米的根蘸取單細胞綠色微藻，其中單細胞綠色微藻液30ml，細胞濃度為I X IO7個/ml，每個培養盒種植5棵玉米，然後裝滿含有適量(0.5%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養液。對照組不蘸單細胞綠色微藻,其他處理同實驗組。自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d，以無菌水補充培養盒內的水分。觀察玉米根系生長情況及單細胞綠色微藻分布情況。圖1為直接觀察到的微生物和植物根系。實驗結果發現，微生物始終與玉米根共生長，並且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養基的其他地方沒有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物製劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活於植物根系，發揮微生物肥料的作用。實施例3
1)玉米種子:天塔九號，購於天津市西青種子公司；
2)藻種:單細胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號:FACHB-40
3)培養盒結構:鋼化玻璃=長X寬X厚=32.0 cmX 15.0 cmX0.5cm，將2塊無色透明的鋼化玻璃與1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5個成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用。5)玉米種子的萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，做發芽處理；待種子長出1.0cm芽的時候，插於泡沫板上，做水培處理。6)培養盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養盒3min。7)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設置實驗組和對照組。將實驗組玉米的根蘸取單細胞綠色微藻，其中單細胞綠色微藻液30ml，細胞濃度為IX IO7個/ml，每個培養盒種植5棵玉米，然後裝滿含有適量(1%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養液。對照組不蘸單細胞綠色微藻,其他處理同實驗組。自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d，以無菌水補充培養盒內的水分。觀察玉米根系生長情況及單細胞綠色微藻分布情況。

實驗結果發現，微生物始終與玉米根共生長，並且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養基的其他地方沒有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物製劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活於植物根系，發揮微生物肥料的作用，促進玉米苗的生長。實施例4 對比試驗:
常規的玉米苗觀察實驗:
I)玉米種子(Zea Mays L.),購自廣州市農業科學研究所。2)試驗用盆:塑料盆缽=高X直徑=16.0cmX 15.0cm。3)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用。4)玉米種子的萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h，將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，做發芽處理，每12h換水I次，保證種子的溼潤環境。5)露白時，選取飽滿、大小均勻一致的玉米種子播於尼龍根際袋中，每袋3顆，置於溫室中，溫室的日間溫度為25°C，夜間溫度18°C，自然光照條件。6)試驗用盆中，共裝土 500g，其中200g裝在300目的尼龍網袋中，尼龍網袋放在盆的中央，袋周圍及底部為相同處理的300g 土，並保持袋內外土壤高度相同，60%田間持水量於溫室中平衡5d使用。7)玉米種植45d後收穫，分別採集不同處理的根際土和非根際土，尼龍網袋內土壤視為根際土，袋外離尼龍網袋Icm以外的土壤視為非根際土，非根際土取樣深度與根袋內土壤相同。採用本發明進行觀察的實驗:
1)玉米種子:天塔九號，購於天津市西青種子公司；
2)藻種:單細胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號:FACHB-40
3)培養盒結構:鋼化玻璃=長X寬X厚=32.0 cmX 15.0 cmX0.5cm，將2塊無色透明的鋼化玻璃與1.0cm厚的泡沫塑料U型框用5個成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用。5)玉米種子的 萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，做發芽處理，每12h換水I次，保證種子的溼潤環境；待種子長出Icm芽的時候，插於泡沫板上，做水培處理。6)培養盒處理:用15%新潔爾滅浸泡根盒2 3min。7)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設置實驗組和對照組。將實驗組玉米的根蘸取單細胞綠色微藻，其中單細胞綠色微藻液30ml，細胞濃度為IX IO7個/ml，每個培養盒種植5棵玉米，然後裝滿含有適量(1.5%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養液。對照組不蘸單細胞綠色微藻,其他處理同實驗組。自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d，以無菌水補充培養盒內的水分。觀察玉米根系生長情況及綠色微藻分布情況。實驗結果發現，微生物始終與玉米根共生長，並且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養基的其他地方沒有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物製劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活於植物根系，發揮微生物肥料的作用。對比結論:常規土培玉米實驗，不能直觀觀察到玉米根系生長情況，只能在玉米收穫期時，拆除玉米培養裝置後測定其相關生理指標，以確定數據，而本實驗可以達到隨時觀察及測定的目的；其次，常規土培玉米實驗，只能通過根際袋等外界手段，人為界定根際微生物與非根際微生物，取土測定相關指標，從而達到實驗目的，而本實驗根據玻璃板透明及無色培養液(含有適量瓊脂)的特點，採用蘸取單細胞綠色微藻的方法，示蹤微生物與根系生長的動態關係，達到肉眼直觀可見的效果，是對定量實驗做的定性補充。
權利要求
1.一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置，其特徵在於它包括兩塊鋼化玻璃板(I)和一個泡沫塑料U型框(2);其中兩塊鋼化玻璃板之間設置泡沫塑料U型框且通過成套螺釘螺母(3)將兩塊鋼化玻璃板與泡沫塑料U型框加以固定構成盒狀體。
2.權利要求1所述的裝置，其中兩塊鋼化玻璃板(I)的尺寸均為長32.0cm，寬15.0cm,厚度0.5cm;泡沫塑料U型框(2)的長為15.0cm +32.0cm +15.0cm，寬為1.0cm，高為1.0cm。
3.權利要求1所述的裝置，其中成套螺釘螺母(3)設置的個數為5個。
4.權利要求1所述的裝置，其中所述的植物指的是玉米。
5.採用權利要求1所述透明裝置觀察植物根系生長的方法，其特徵在於按如下的步驟進行: 1)玉米種子的預處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗淨備用； 2)玉米種子的萌發:在25°C恆溫培養箱中，清水浸種12h;將浸泡的種子置於瓷盤上，用浸溼的紗布蓋住，做發芽處理，每12h換水I次，保證種子的溼潤環境；待種子長出Icm芽時，插於泡沫板上，做水培處理； 3)培養盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養盒2 3min； 4)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，將玉米苗的根蘸取單細胞綠色微藻，每個根盒種植5棵玉米，然後裝滿含有0.2^2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養液，自然光照，室內自然溫度條件下，培養15d,以無菌水補充培養盒內的水分，觀察玉米根系生長情況及單細胞綠色微藻分布情況；其中單細胞綠色微藻液30ml，細胞濃度為I X IO7個/ml。
全文摘要
本發明公開了一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關係的透明裝置及方法，它包括兩塊鋼化玻璃板和一個泡沫塑料U型框；其中兩塊鋼化玻璃板之間設置泡沫塑料U型框且通過成套螺釘螺母將兩塊鋼化玻璃板與泡沫塑料U型框加以固定構成盒狀體。採用本發明公開的透明裝置可以清楚地觀察到植物根系生長與微生物相互關係的過程，為探究玉米根系與微生物的互作關係提供了依據。
文檔編號A01G31/06GK103141368SQ20131007524
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者劉麗麗, 吳海月 申請人:天津師範大學