專利名稱：一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物適應(yīng)土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性的研究領(lǐng)域，主要涉及植物根系表型可塑性方面的研究。
背景技術(shù)：
土壤有效養(yǎng)分含量是生態(tài)系統(tǒng)的重要屬性之一，而土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性普遍存在于自然生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有效養(yǎng)分含量的空間尺度變化較大，可達(dá)到被植物個(gè)體根系感知的范圍。植物在長期進(jìn)化過程中，為了最大限度地獲取土壤資源，對養(yǎng)分的空間異質(zhì)性產(chǎn)生各種可塑性反應(yīng)，包括形態(tài)可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等。許多植物種的根系在養(yǎng)分豐富的斑塊中大量增生，增生程度種間差異較大，并受斑塊屬性(斑塊大小、養(yǎng)分濃度)、營養(yǎng)元素種類和養(yǎng)分總體供應(yīng)狀況的影響。植物還通過調(diào)整富養(yǎng)斑塊中細(xì)根的直徑、分枝角、節(jié)間距以及空間構(gòu)型來實(shí)現(xiàn)斑塊養(yǎng)分的高效利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置及方法，利用該試驗(yàn)裝置可以在最接近自然的狀態(tài)下，研究植物局部根系在土壤養(yǎng)分隨時(shí)間消耗殆盡后，其根系感知環(huán)境變化并啟動(dòng)適應(yīng)策略的能力，尤其是試驗(yàn)植物根系表型可塑性的能力。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置，包括用于播種植物種子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向設(shè)有I個(gè)豎直隔層，以分隔出2個(gè)用于放置不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊的供養(yǎng)區(qū)域，所述方筒的底部設(shè)置有底板，所述方筒和豎直隔層均采用透光不透水的硬質(zhì)材料制成，以阻隔不同供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系互穿及養(yǎng)分的流動(dòng)，所述方筒側(cè)壁上開設(shè)有測試窗，所述豎直隔層的中部上側(cè)設(shè)置有播種槽。在一實(shí)施例中，所述測試窗位于每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的中心位置，所述測試窗上遮蓋錫紙，以防止水分的流失。在一實(shí)施例中，所述硬質(zhì)材料為玻璃。本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)方法，包括上述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行
(1)取一定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子，將植物種子播種于上述試驗(yàn)裝置的播種槽內(nèi)，并在每個(gè)試驗(yàn)裝置的供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)對應(yīng)放置有不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊；
(2)將上述放置有植物種子和養(yǎng)分斑塊的試驗(yàn)裝置分成若干批；
(3)定期通過測試窗測定每個(gè)試驗(yàn)裝置不同供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，采用錫紙將測試窗封住，以防止水分的流失；
(4)定期取出一批的試驗(yàn)裝置進(jìn)行觀測取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)的根系進(jìn)行形態(tài)學(xué)指標(biāo)的測定。(5)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同時(shí)間段各供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系的分布及生長情況。在上述步驟(3)中，利用水勢測定儀通過所述方筒測試窗測量每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，及時(shí)向供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)補(bǔ)充水分或營養(yǎng)液，直至不同供養(yǎng)區(qū)域具相同水勢。
在上述步驟(4)中，取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的根系，通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應(yīng)用圖像分析軟件對各供養(yǎng)區(qū)域生長的根系進(jìn)行定量分析。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的試驗(yàn)裝置可以在最接近自然的狀態(tài)下，研究植物局部根系在土壤養(yǎng)分隨時(shí)間消耗殆盡后，其根系感知環(huán)境變化并啟動(dòng)適應(yīng)策略的能力，尤其是試驗(yàn)植物根系表型可塑性的能力。其整體結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，取材和制作方便。


圖I是本發(fā)明的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1一豎直隔層,2—供養(yǎng)區(qū)域,3—測試窗,4一方筒側(cè)壁,5—方筒底板,6—播種槽。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。如圖I所示本發(fā)明的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖的一側(cè)部采用透視的方式表示，以充分展示本發(fā)明的層架結(jié)構(gòu)，另一側(cè)部是外形的圖示。如圖1，一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置，包括用于播種植物種子的方筒和套置在方筒中間的豎直隔層，所述方筒沿中心垂直方向設(shè)有一豎直隔層1，以分隔出兩用于放置不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊的供養(yǎng)區(qū)域2，所述豎直隔層I中心位置設(shè)置有一播種槽6，用于播種試驗(yàn)植物的種子，所述方筒與豎直隔層平行的兩壁上均布設(shè)有一通往各供養(yǎng)區(qū)域的測試窗3，所述方筒側(cè)壁4、方筒底板5及豎直隔層I均為透光不透水的硬質(zhì)材料(如玻璃)，以阻隔不同供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系互穿及養(yǎng)分的流動(dòng)。在本實(shí)施例中，所述的豎直隔層設(shè)置在方筒的中心對稱面位置，所述方筒和豎直隔層構(gòu)成2個(gè)等形供養(yǎng)區(qū)域。在本實(shí)施例中，所述測試窗(測定水勢，保證2個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的水勢相同)設(shè)置在每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的中心位置，所述測試窗上遮蓋錫紙，以防止水分的流失。一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)方法，包括上述的試驗(yàn)裝置，按以下步驟進(jìn)行
(1)取一定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子，將植物種子播種于上述試驗(yàn)裝置的播種槽內(nèi)，并在每個(gè)試驗(yàn)裝置的供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)對應(yīng)放置有不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊；
(2)將上述放置有植物種子和養(yǎng)分斑塊的試驗(yàn)裝置分成若干批；
(3)定期通過測試窗測定每個(gè)試驗(yàn)裝置不同供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，采用錫紙將測試窗封住，以防止水分的流失；
(4)定期取出一批的試驗(yàn)裝置進(jìn)行觀測取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)的根系進(jìn)行形態(tài)學(xué)指標(biāo)的測定。(5)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同時(shí)間段各供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系的分布及生長情況。上述步驟(3)為保證每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域具相同水勢，利用水勢測定儀通過所述方筒測試窗測量每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，及時(shí)向供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)補(bǔ)充水分或營養(yǎng)液，直至不同供養(yǎng)區(qū)域具相同水勢。上述步驟(4)為取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的根系，通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應(yīng)用圖像分析軟件對各供養(yǎng)區(qū)域生長的根系進(jìn)行定量分析。更具體的實(shí)施方式如下
研究異質(zhì)供磷環(huán)境中杉木根系的表型可塑性構(gòu)成方筒側(cè)壁、底板及隔層為2mm厚的玻璃材料，要求方筒接縫緊密不漏水，將杉木種子播種于方筒中間豎直隔層的播種槽中(非處理區(qū))，待種子發(fā)芽生根后根系能自由生長到處理區(qū)。進(jìn)行土壤異質(zhì)磷處理時(shí)，分別在每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域(處理區(qū))中施入粒狀長效緩釋磷源斑塊 。砂培基質(zhì)為釩土(Al2O3，過28-48目)以I. 5%的比例與石英砂混勻，裝盆之前需對礬土進(jìn)行脫磷處理，先用清水沖洗礬土至水無渾濁，再用O. 01mol/L HCl浸泡24h，之后再用清水將礬土表面酸沖洗干凈，用O. 01mol/LHCl浸泡24h，如此重復(fù)處理10次，以保證將礬土中的磷充分洗脫，風(fēng)干待用。石英砂也應(yīng)用清水洗凈以確保其磷充分洗脫。磷源斑塊所用基質(zhì)用不同濃度的KH2PO 4浸泡混合砂土，利用釩土能有效吸附磷并能緩慢均勻釋放有效磷的特性，控制栽培介質(zhì)對有效磷的供應(yīng)，施入的KH2PO4先用蒸餾水溶解，礬土與溶液混合浸泡24h，再加入定量后的干沙混合均勻。試驗(yàn)期間進(jìn)行除磷素外的正常營養(yǎng)液和水分供應(yīng)，利用水勢測定儀通過所述方筒測試窗測量每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，及時(shí)向供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)補(bǔ)充水分或營養(yǎng)液，直至不同供養(yǎng)區(qū)域具相同水勢，水勢測量完畢后利用錫紙遮蓋測試窗，以防止水分的流失。試驗(yàn)處理時(shí)間結(jié)束后，將裝置進(jìn)行分斑塊處理，取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的根系，通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應(yīng)用圖像分析軟件對各層根系進(jìn)行定量分析。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置，包括用于播種植物種子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向設(shè)有I個(gè)豎直隔層，以分隔出2個(gè)用于放置不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊的供養(yǎng)區(qū)域，所述方筒的底部設(shè)置有底板，所述方筒和豎直隔層均采用透光不透水的硬質(zhì)材料制成，以阻隔不同供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系互穿及養(yǎng)分的流動(dòng)，所述方筒側(cè)壁上開設(shè)有測試窗，所述豎直隔層的中部上側(cè)設(shè)置有播種槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述測試窗位于每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的中心位置，所述測試窗上遮蓋錫紙，以防止水分的流失。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述硬質(zhì)材料為玻璃。
4.一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)方法，包括如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行 (1)取一定數(shù)量品質(zhì)優(yōu)良的植物種子，將植物種子播種于上述試驗(yàn)裝置的播種槽內(nèi)，并在每個(gè)試驗(yàn)裝置的供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)對應(yīng)放置有不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊； (2)將上述放置有植物種子和養(yǎng)分斑塊的試驗(yàn)裝置分成若干批； (3)定期通過測試窗測定每個(gè)試驗(yàn)裝置不同供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，采用錫紙將測試窗封住，以防止水分的流失； (4)定期取出一批的試驗(yàn)裝置進(jìn)行觀測取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)的根系進(jìn)行形態(tài)學(xué)指標(biāo)的測定； (5)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同時(shí)間段各供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系的分布及生長情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的試驗(yàn)方法，其特征在于在上述步驟(3)中，利用水勢測定儀通過所述方筒測試窗測量每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的水勢后，及時(shí)向供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)補(bǔ)充水分或營養(yǎng)液，直至不同供養(yǎng)區(qū)域具相同水勢。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的試驗(yàn)方法，其特征在于在上述步驟(4)中，取每個(gè)供養(yǎng)區(qū)域的根系，通過數(shù)字化掃描儀掃描各根系圖像，應(yīng)用圖像分析軟件對各供養(yǎng)區(qū)域生長的根系進(jìn)行定量分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于研究根系表型可塑性的試驗(yàn)裝置及方法，該試驗(yàn)裝置包括用于播種植物種子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向設(shè)有1個(gè)豎直隔層，以分隔出2個(gè)用于放置不同養(yǎng)分的養(yǎng)分斑塊的供養(yǎng)區(qū)域，所述方筒的底部設(shè)置有底板，所述方筒和豎直隔層均采用透光不透水的硬質(zhì)材料制成，以阻隔不同供養(yǎng)區(qū)域內(nèi)根系互穿及養(yǎng)分的流動(dòng)，所述方筒側(cè)壁上開設(shè)有測試窗，所述豎直隔層的中部上側(cè)設(shè)置有播種槽。該試驗(yàn)裝置可以在最接近自然的狀態(tài)下，研究植物局部根系在土壤養(yǎng)分隨時(shí)間消耗殆盡后，其根系感知環(huán)境變化并啟動(dòng)適應(yīng)策略的能力，尤其是試驗(yàn)植物根系表型可塑性的能力。其整體結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，取材和制作方便。
文檔編號(hào)A01G9/02GK102860227SQ20121033374
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者吳鵬飛, 鄒顯花, 馬祥慶, 蔡麗平, 侯曉龍 申請人:福建農(nóng)林大學(xué)