植物根和根际的研究方法样本

第六章 根和根际植物营养研究 根系研究基本办法和根际研究 几种办法原理、原则 详细环节 各种办法优缺陷。 根系几根系研究办法 根系概念：根系是作为固定植物体，摄取、运送和贮存营养物质，以及合成一系列有机化合物（从重要贮藏产物和可溶性代谢物到生长调节物质）器官，是植物地下生长某些。根系研究具备重要意义，重要与如下问题密切有关：植物生态适应性，水分和养分资源获得，土壤微生物，资源分派与菌根作用，植物间互相作用，土壤构造形成，固定和铆固作用，根产物（根分泌物、根际碳积累），根系生物学方面等。 植物根系有直根系和须根系1）直根系 植物根系由一明显主根(由胚根形成)和各级侧根构成。大某些双子叶植物都具备直根系,如陆地棉(Gossypium hiasutum L.)、大豆(Glycine max (L.) Merr.) 等。大多乔林,灌木以及某些草本植物，例如雪松、石榴、蚕豆、蒲公英、蒲公英,甜菜,胡萝卜,萝卜等植物根系是直根系. 直根系特点是主根明显,从主根上生出侧根,主次分明。从外观上，主根发育强盛，在粗度与长度方面极易与侧根区别。2）须根系 植物须根系由许多粗细详尽不定根(由胚轴和下部境界所产生根)构成。在根系中不能明显地区别出主根(这是由于胚根形成主根生长一段时间后,停止生长或生长缓慢导致)。大某些单子叶植物都为须根系。如高粱(Sorghum vulgare Pers.)、香附子(Cyperus rotundus L.)等。禾本科植物如稻、麦、各种杂草、苜蓿以及葱、蒜、百合、玉米、水仙等根系都是须根系. 须根系特点是种子萌发时所发生主根很早退化,而由茎基部长出丛生须状根,这些根不是来自老根,而是来自茎基部,是日后产生,称为不定根(adventitious roots）。 几种惯用根系研究办法 对植物根系研究比对植物地上某些研究要困难得多。由于植物根系生长在土壤和其她介质之中，使得对根系观测和取样难度大大高于植物地上部，往往是相称费时并且费力。但是，研究根系在不同土壤、不同生态条件下发育和分布规律对根系生理、生态研究至关重要，特别是在应用生物学领域内，如农业、园艺以及森林等研究中。 在既有基本上对根系研究进行唯一分类（不涉及根系生理学研究办法）是不也许，由于许多办法虽具备相似特性，但原理不同。因此对其进行分类经常因人而异。最简朴分类法可以是旧或新，直接或间接，田间法或容器法等等。也有按照详细办法进行分类，如原状土法、玻璃管法等。对适当办法选取将取决于研究目，由于没有任何一种办法可以回答所有问题，经常是需要明智地选取各种办法同步应用。人们在采用一种办法时也经常对原有办法加以改进或创造出更好办法来。普通是办法越精准，越费时费力。因而，实验者也必要依照自己实际状况加以选取。 下面简介是几种详细办法，关于根某些参数，如根长、根密度、根重等测定也将进行分别简介。 （一）钉板法 钉板法被许多根系研究学家普遍采用，它把对根图像描述和定量测量结合起来。这种办法在野外，运用一块特制钉板，可以把原状土及其中代表性根系样本采集上来。当用浸泡或冲洗办法去除土壤后，板上装置针或铁钉可以把根系保持在其自然位置上。然后，就可以对清洗后根系进行研究、照相或绘图，整个或分部位进行测量。小型整段标本可运用简朴工具采集，大型整段标本则必要借助于动力机械操作。 1.钉板制作 木板规格和钉长度普通视所取根系样本大小，也取决于研究目、设备条件和人力。采集小型整段标本木板可采用50cm*50cm，钉长5cm，对于较大样本，规格可以增大到木板60cm*100cm，钉长20cm。选取好恰当规格木板后，将木板钻孔，孔径略不大于所用钉直径。钻孔行距和列距对于成熟作物来说以5cm较适当，对于苗期根系研究小型钉板（20cm*30cm）则为2cm。然后，在每个钻孔，把u型弯钉或金属丝压进去，用另一块薄板（1cm）从背面与厚板合起来，以固定钉入钉子。 普通以为5cm孔距在许多状况下较为适当。如孔距太近，当遇到硬土层状况时，清洗根系比较麻烦；而当孔距太大，会导致许多根离开了它们原位，再照相或所绘图像不能十分逼真。固然，对于苗期植物或坚硬树木根系，孔距可以恰当相应地缩小或扩大。 钉板可以漆成黑色，这样可觉得拍摄根系提供具备反差背景，钉子也可以上漆以防止根系被锈污染。用黑色塑料压入钉板可以取代上漆，这种途径尚有一种优越性，即清洗完根系后，可以连同塑料膜把整个根系从板上取下来。进一步改进办法是在钉板上复上一层尼龙网或金属布，那么在洗根过程中可以把尼龙网或金属布恰当提起来，使水或能从网下漏掉，借此可以把泥土摩擦减少到最低限度。 2 取样 在野外，一方面按土壤整段标本取样办法，普通需要挖掘至少是1m见方原状土，断面与植物茎距离应当是保证根轴位于土段中部，断面光滑，垂直于地面。断面准备就绪后，把钉板对着断面，钉板两侧及底部则借助于铲、刀或钢板等切断。钢板也能起到支持土段作用，特别是对于沙土或构造较松土壤说特别重要。 3 清洗 对于野外采集大样本，如果土段土质为砂土或壤土，可以把它直接浸入水池中直到土壤水分饱和，大概需要12h左右。浸泡过程中不要取下支，撑土段框架，以免导致土段断裂。然后提起钉板，使土段面高于水面2-3cm，稍微倾斜，使泥和水流失，并保持压力低水流自下而上冲洗根土分离，即可在钉板上留下整个根系原始分布状况。 当土壤中粘粒含量较高时，跟冲洗十分困难并且导致大量根损失。为了加速清洗过程及减少根损失，可采用如下两种路过：1）把整个土段置于100℃温度下干燥后，浸入焦磷酸钠溶液，然后依前法冲洗；2）土壤以水饱和，在-25℃低温下冷冻，然后冲洗。这种冷冻---冲洗过程也许需要重复多次。对于易受冻害植物，这种冷冻办法需要谨慎使用。 4 根系照相及测定： 冲洗好根系，略为晾干后不必取下钉板就可以在黑色背景上直接拍照最佳是把钉板置于有薄水层盘中，则大小根系可在水中自然伸展，照相效果更佳。也可以先制成干根标本后再进行拍摄，虽然这没有水中状况那么真实，但用于示范，展览等目来说是可行。干根标本可以测定其长度和分布形态，也可用于干物重测定和分部位测定其重量和体积。 （二） 容器法 容器种植普通可以用来研究根系生理或生态学特性，它可以控制在田间条件影响根系生长许多环境因子交互影响。在实验解决中，采用不同组合环境因子，可以获得根系生长中单因子主效应以及多因子间互作效应等大量信息。 容器法重要长处是比田间状况易于掌握和研究，并且其生长条件可以相对一致多次重复。其局限性之处是，该法是在非自然条件下进行，采用是通过解决土壤或其她介质，没有其她作物根系竞争，存在或缺少某些特殊土壤生物体，不能完全模仿田间真实状况。 1 根生长体积和容器大小：容器大小和形状为根系生长体积提供了有限空间，对于具备庞大根系作物来说是一种很严重问题，因此容器种植经常仅用于苗期或是根系较小作物。当研究较大作物根系时，根系自然状况及研究目决定容器应当有怎么样大小以满足作物根系生长。许多研究者建议，容器应当有足够深度，这是由于根系一旦在水平方向发展受阻，就有转而垂直向下特性。此即为许各种植容器直径较小，而高度却很可观因素。 2 种植盒制作：用于进行植物根系研究种植容器有不同种类。普通花盆，来切里希盆及各种圆或方塑料盆为最为简朴容器，小型透明容器也可以放在大些不透明容器中，待需要观测根系生长则把它取出。这种研究与普通温室培养实验同样，相对来说比较简便，可以不久地得到信息。但是，盆钵越小，种植时间越长，其成果实用性就越受到限制。 对于比较大根系生态研究来说，需要不同设计大种植盒或种植筒。某些初期种植盒长*宽*高尺寸达到30*30*100（cm）圆筒容器比种植盒更为普遍，有铁制、铝制陶瓷、陶土等等。近年来，塑料圆筒应用较为成功。在填土之前，这些圆筒底土被封上尼龙或金属网，它们经常被置于有稳定水位浅水槽上。 运用种植盒或种植箱，经常存在着控温问题，根系生长对温度很敏感，而温室温度经常与大田差别很大，因而许多研究者把容器埋入地下，使其接近自然。某些土壤中永久性水泥种植盒也被采用以克服温度问题。 许各种植箱为了可以对根系生长发育进行持续地原位观测采用了玻璃面，别的某些由木头或金属制成，玻璃面是可以移动，外面可以覆盖一块不透明层，如铝箱等，防止根系被阳光照射。按常规进行播种及管理。也可以将容器埋入砂中或土壤中，使种植盒高出地面1-2cm。玻璃面种植盒具备许许多多不同类型，有三角棱柱型、三面均有玻璃，有搁置安装在手推车上根系研究盒，两面均有玻璃；尚有温室内永久性、立地种植特制安装在手推车上根系研究盒，前面有垂直玻璃板，用于某些特殊根系研究。玻璃面种植盒法不但有助于根系生长过程中观测，并且也可以以便地区钉板法结合起来，达到根系样本采集，拍摄，定量研究等目，一举数得。 （三）玻璃壁和玻璃管法 除玻璃面种植盒外，从玻璃后直接观测根系生长尚有玻璃壁和玻璃管法。在玻璃壁法中，作物根系生长是通过安顿在土壤剖面上玻璃窗口来进行观测，这样可以在自然状态环境中进行根系研究。这种原位持续观测和记录办法导致了简朴根系观测室以及当代化地下根系实验室建立，通过这些设施得到成果加速了田间根系研究进展。 在玻璃壁办法中，玻璃必要与土壤紧密联接，中间不留空隙，否则，根系生长环境条件也许会有很大变化，并且泥土和水会充斥空间，影响观测清晰度。玻璃管法也是用来对根系生长进行持续观测，比起玻璃壁来，其成本低，简朴以便，对土壤损害小，并且可以用许多支玻璃管进行观测，从记录角度来说也有大裨益。管长度和直径依实验观测规定而定，选用50-120cm长，直径6-7cm透明玻璃，外壁用防水记号笔或砖石笔画出5*5（cm）方格，底部用木塞或橡皮塞塞紧。玻璃管可以埋入田间、温室生长箱或其她种植容器中，与平面垂直或成一定角度。在田间要先用直径稍不不大于玻璃外径钻筒在所需观测地点钻孔，然后把玻璃管插入，在空隙处填以采自高地、筛过干燥土壤。玻璃管高于地面10-15cm，露出某些可用不透明纸包裹或漆成深色，管口用铝箱封口或罩以金属罐。用直径不大于玻璃管内劲圆形小镜固定在一条金属杆一端，使其能在管内自由移动，或停在某处，在小镜上方有两个连接2节6v电池6v灯泡安在金属杆撒花上作为观测光源。 当要观测根系生长状况时，把观测镜盒光源引入埋好玻璃管内，外边套以内经稍不不大于玻璃管外径长30-50cm不透明套管，套管上端装有4倍放大镜，这样就构成了观测系统。在不搅动生长基质条件下可以定期地观测根系沿玻璃管外壁撒和那个生长状况。 如果需要在很深奥土层中观测根系，则光源强度和放大镜倍数要相应增大，观测套管高度也同样加大。不断改进较先进观测仪器以及应用内窥镜与电视显像管连接，更便于对根系生长发育动态进行观测。玻璃管法和玻璃壁法存在一种共同问题是管或壁厚很近距离会产生根密集。有报道说，玻璃管厚2mm土壤层内根密度是周边土壤3陪。但在自然土壤剖面观测根系角度看，任不失为一种好办法。 （四）根系研究同位素测定法 50年代以来，同位素在根系研究上应用日渐引起注重，对推动根系研究起了一定增进作用。采用同位素示踪此前，研究植物根系办法重要是目测培养箱中根系生长和分布，或把根系从土壤中分离出来进行研究，不能反映根系吸取能力。同位素示踪法在自然土壤剖面测定植物根系生长和