龙江农业科学2005,(3):50~52
Heilongjiang Agricultural Sciences
大田作物根系研究法概述*
苗玉新
(黑龙江省农科院科技信息中心,哈尔滨150086)
摘要:根系在作物产量和品质形成过程中具有重要的作用,对根的研究近几年来逐渐成为研究的
重点,针对对根研究所涉及到的取样方法和测定技术等方面的现状进行了概述。着重介绍了钻土
芯法、分根法、框栽法、根袋法、电容法测根量和根系分泌物等方法。
关键词:大田作物;根系;测定方法
中图分类号: S 31 文献标识码: A 文章编号: 1002-2767(2005)03-0050-03
Field Crop Root Research Methods
MIAO Yu-xin
(Information center of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086)
Abstract:Root system has very important effects in yield and quality of field crop. The study on
root has became much important in recent years, the author briefly summarized the methods of
sampling and measuring of root. and introduced the following methods: root-boring, root -
splitting, root exudates etc.
Key words:field crop; root system; menasur
任何作物的稳产高产都需要一个发育良好的根
系为基础,其原因是作物根系具有较多的重要生理
功能,如吸收水分和矿质营养,合成植物激素等。由
于作物根系广泛分布在地下,导致根系的研究比地
上部的研究相对困难。根系研究最终目的是阐明作
物根系吸水、吸肥,合成营养物质和激素等方面的机
理,研究出作物在消耗光合产物不增加或增加较少
的情况下,增加作物根系吸水、吸肥能力,合成较多
作物生长发育所需物质,增加作物产量与品质的关
键技术。大田作物根系研究包括根系形态测定、生
理功能测定、根系的分泌物测定等。
1 作物根系形态的测定
作物根长、根粗、根数、根的体积等根系形态研
究的难点在如何对大田作物的根系有代表性的取
样,尤其是作物根在地下立体分布的取样,其研究方
法如下:
1.1 钻土芯法
钻土芯法是目前用得最为普遍的一种方法。钻
土芯法的主要工具是土钻,钻的钻头部分直径从几
厘米到几十厘米不等,钻的直径选择取决于根的分
布。如果要区分土壤不同层次的根的生物量,则还
要保持土芯完好无损,避免碎裂;如样品不能立即
处理,应将土芯冰冻保存;在对根进行分类时,还
需要毛刷、解剖镜、解剖镊子等;在样品处理的整个
过程中还需带上乳胶手套,以防止对根的污染。钻
土芯法取样的频率和每次取样的个数、具体时间间
隔的确定应要根据所研究作物的根的生长特性来确
定。取样的个数应在可能的情况下,尽量给予较多
的重复。通过对每次取样样品的测定,就可以对根
的生物量等进行分析。
1.2 方格差值法
取样的体积为
取样纵向宽度×垄距×深度,如
50 cm×70 cm×50 cm表示纵向为50 cm、横向为
70 cm、深度为50 cm,取样时横向将70 cm垄距分
为7格,每格相距10 cm,纵向分为5格,每格10
cm,深度为50 cm。在作物不同物候期,按方格分
*收稿日期: 2005-03-03
作者简介:苗玉新(1964-),女,黑龙江省青冈县人,副研,从事科技信息研究。别取土样,冲洗和检出根系。重复三次,取其平均
值记录在方格纸上。以后在同一垄上继续取单株分
格取土样。以作物植株为中心,将其两侧相应方格
加在一起用方格数表示。测定的数据在方格中记录
方法:如比前次本方格中增加了、减少了或未增减
时,分别以+、-和0表示。其增减数值在总计中
列出[1]。
1.3 分根法
分根法是将作物生产的根系均匀分成两等分再
种植在两个不同条件的介质中,研究不同生育条件
对作物根系及作物生长发育的影响。采用塑料桶做
介质,方法如下:
为了使塑料桶纵切为两部分,把塑料纸放在桶
中间以完全隔开两室,再用透明胶带把结合部分粘
紧密封。或用塑料板在桶中间均分,再用化学胶粘
紧密封[2]。
将作物种子浸种后播种,在室温培养至一定时
期后取出作物根系,冲洗作物根系,将侧根长度不足
的主根部分截去,并将作物所有侧根在水中等分后
移入同一盆装有不同土壤的两个室中,在上面覆盖
相应的土,再在其上覆盖一层塑料膜,防止水分蒸发
过快,防止表层的植物根系死亡。
1.4 框栽法
在作物播种之前,根据作物的根系生长规律在
试验地上下垂直挖一个栽培框(如宽50 cm×深150
cm),把选择好的介质卷成桶状,放入框中,按原状
回填土壤或填入所需试验用土壤或生产介质。周围
缝隙也要填实。此方法是近年来较为常用的根系研
究方法,它优于盆栽法且能控制作物根系的生长
条件。
1.5 根代法
在试验地随机设置多个样点,在样点挖出直径
符合要求的孔洞,然后将套有尼龙袋的铁筒插入孔
洞,将铁筒填满泥土,然后小心取出筒。这样在每
个样点上就安置了一个尼龙袋。每个袋里按试验要
求播种或移栽。取样时,将尼龙袋连同植株取出,
洗净泥土,获取完整的根系,用于各种指标的测
定[3]。此方法的优点是作物根系生长的环境与大田
的基本相同,根系生长更接近于大田。
1.6 电容法测根量
采用测定根系电容的方法估测根系特征,取得
了许多有益进展[4, 5]。根系电容值与其表面积呈正
相关,而根系质量又与其表面积呈正相关,因此,可
用电容值来估测根系质量。目前,便携式电容仪为
根系的活体、快速测定提供了测试工具[6]。
1.7 根系表面积测定方法
根表面积采用粘性硝酸钙吸附法。将盛有36.6
mol/L粘性硝酸钙溶液
的烧杯置于天平上并称重,
然后把干燥根系浸于硝酸钙溶液中10秒,拿出根系
悬吊30秒,重新记录烧杯中溶液的重量,根据溶液
的初重和终重之差,计算出吸附于根系的硝酸钙数
量,即得根表面积相对值。根表面积的单位以g(Ca
(NO3)2·4H2O)表示。
1.8 根系生长动态观测方法
根系生长进程的观测采用Ares提出的田间挖
掘窗口法。具体方法是,在小区边缘挖一个2.5 m
深的坑,坑的里侧做观察面,将一个0.5 cm厚的玻
璃板安装于垂直观察表面,把一层过筛的细土涂于
本土面和玻璃间的内表面,固定玻璃,用一张黑塑
料片覆盖玻璃,以排除光线;坑的外侧留几级台
阶,以便观测时上下方便。被观测植株种植在距玻
璃面5~10 cm处。为避免风、降水和灌溉的损害,
坑四周筑起小埂,同时覆盖整个洞穴。此法可长时
间跟踪根的生长,适合长期的研究。用这种方法定
量地测定作物根系,需要一些前提条件:出现在窗
壁上的根与生长在其它地方的根没有任何区别;观
察窗壁上的根的密度具有代表性;观察窗的位置在
根的水平分布上具有代表性;观察到的根的样品量
足够大;观察到的根的生长的周期性同其它地方的
根系统是相似的;从观察窗观察到的根生长的分布
可以代表其它部位根系生长的分布[7]。另外,根体
积测定可采取排水法。
2 根的生理功能测定
根系活力用TTC(氯化三苯基四氮唑)还原法
测定;根系吸收总面积和活跃吸收面积用亚甲基蓝
吸附法测定;根系的导水率测定:根系吸水是作物的
一个重要生理功能,而其吸水能力的大小取决于导
水率的大小。目前测定根系导水率的方法主要有压
力室法、蒸腾法和根压法[8]。
3 根系的分泌物测定方法
3.1 根系分泌物收集方法
有关根系分泌物收集方法目前还没有系统划
分。以植株根系所在的培养系统,可将根系分泌物
收集方法分为:溶液培集法、基质培(蛭石培、砂培、
琼脂培等)收集及土培收集。
3.1.1 溶液培收集 根系分泌物常用的收集方法
是溶液培养收集法,将植株完全的根系放置在营养
513期 苗玉新:大田作物根系研究法概述液里生长一段时间后,收集其营养液,即为所收集的
根系分泌物。采用溶液培养收集方法要注意植株通
气状况对根系分泌物的影响。
3.1.2 土培收集 将植物种植于土壤中,生长一段
时间后直接获取根际土壤,将其与无菌水按一定比
例混合,振荡或离心,过滤,所得滤液,即为根系分泌
物。或将生长一段时间后的植株根系,用蒸馏水淋
洗,所得根系淋洗物即为根系分泌物。
3.1.3 基质培收集 基质培收集根系分泌物与土
培收集根系
分泌物具有相似性,不同之处在于根系
生长的介质不同。基质培收集根系分泌物常用的基
质有:石英砂、琼脂、蛭石和人造营养土等。由于石
英砂本身不含植物生长所需的有效成分,惰性较强,
不易与根系分泌物各组分进行化学反应,因此,常被
用于根系分泌作用研究。
石英砂培收集方法:植株苗在石英砂中胁迫处
理一段时间后,借助一定的压力作用使植株根系和
石英砂在蒸馏水或稀释的有机溶剂中短时间浸泡,
收集其浸泡液,即得根系分泌物。
琼脂培收集方法:将植株幼苗置于琼脂介质中,
胁迫处理一段时间后,收集根系周围以及附着在根
系上的琼脂,加热溶解,过滤,收集其过滤液即为根
系分泌物。进一步分离可根据实验目的不同而进
行。琼脂培收集根系分泌物时,应注意防止微生物
污染。
3.2 根系分泌物分离纯化方法
根系分泌物收集之后,要进一步分离纯化,才能
进行有效分析。在分离纯化过程中要根据待测组分
的理化及生物学性质,选择合理的分离纯化方法。
下面是根系分泌物分离纯化常用的几种方法。
3.2.1 离子交换法 此法是利用根系分泌物待测
组分与杂质的极性差异,采用特定的填料作固定相,
利用待测组分和杂质在固定相上的交换能力不同,
从而达到与杂质分离的目的。因此,层析柱填料选
择十分重要。
3.2.2 衍生化与萃取法 衍生化是根系分泌物分
离纯化过程中常用的方法,其原理主要是利用特定
的化学试剂与根系分泌物中待测组分发生衍生化反
应(取代反应、酯化反应等),使待测组分理化性质部
分改变,转化为易分离或易检测的衍生化合物,从而
与杂质分离。根系分泌物研究中常用酯化反应来分
离含量极低的糖、有机酸、酚和氨基酸等。
3.2.3 分子膜与超速离心法 分子膜与超速离心
分离技术已在根系分泌物研究中广泛应用。
3.3 根系分泌物鉴定
分离纯化根系分泌物是为了更好地对未知组分
进行鉴定。常用的鉴定技术主要有现代仪器分析方
法和生物活性测定方法。
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