專利名稱：直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)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(guān)系的裝置以及采用此裝置種植玉米的方法。
背景技術(shù)：
植物通過根系獲得充足的營養(yǎng)才能茁壯生長。植物營養(yǎng)與土壤中微生物的數(shù)量、存在狀況密切相關(guān)。研究土壤微生物在植物生長過程中的行為和數(shù)量變化是研究植物營養(yǎng)的重要部分，特別是在提倡發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)以來，這個(gè)問題更是迫切需要解決的。生態(tài)農(nóng)業(yè)中發(fā)展微生物肥料為植物生長提供養(yǎng)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(yǎng)。因此，微生物肥料中的生物成分在微生物肥料施入土壤后，肥料中的生物的生活軌跡與植物營養(yǎng)及微生物肥料的肥效密切相關(guān)。如何能夠觀察到土壤微生物與植物根系間的關(guān)系及發(fā)展動(dòng)態(tài)，是一個(gè)很多研究人員迫切想解決的問題。曾經(jīng)有人創(chuàng)建了根箱法，專利:用于根際土壤取樣的植物根箱培養(yǎng)裝置(專利申請(qǐng)?zhí)?200710069993.8)，其特征是包括一個(gè)可拆卸式的方框體，在其中對(duì)稱地夾放2張根室分隔網(wǎng)片，從而將方框體分隔成中室和2個(gè)邊室，在中室里種上植物，栽培結(jié)束后，分別取中室和2個(gè)邊室里的土壤，這個(gè)裝置能夠方便準(zhǔn)確的對(duì)離根不同距離的土壤進(jìn)行取樣。應(yīng)用這種方法可以分別分析植物根區(qū)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(dòng)態(tài)發(fā)展，我們創(chuàng)制出了一種透明的，可以直接觀察在植物根系生長過程中根系微生物動(dòng)態(tài)發(fā)展的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種直接觀察玉米根系生長及與微生物相互關(guān)系的種植方法，本發(fā)明采用自制盒狀體，以Arnon-Hoagland營養(yǎng)液制成培養(yǎng)基,培養(yǎng)玉米。以微生物，即單細(xì)胞綠色微藻為土壤微生物指示物，并使綠藻附著在玉米根上觀察玉米根與微生物相互關(guān)系的情況。由于鋼化玻璃和培養(yǎng)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(guān)系的過程。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下的技術(shù)內(nèi)容:
一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置，其特征在于它包括兩塊鋼化玻璃板I和一個(gè)泡沫塑料U型框2 ;其中兩塊鋼化玻璃板之間設(shè)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(gòu)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(shè)置的個(gè)數(shù)為5個(gè)。其中所述的植物指的是玉米。本發(fā)明進(jìn)一步公開了采用透明裝置觀察玉米根系生長的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行:
1)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用；
2)玉米種子的萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h;將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，保證種子的濕潤環(huán)境；待種子長出Icm芽的時(shí)候，插于泡沫板上，做水培處理；
3)培養(yǎng)盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養(yǎng)盒2 3min。4)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時(shí)，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，將玉米苗的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻，每個(gè)根盒種植5棵玉米，然后裝滿含有0.2^2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液；優(yōu)選0.3 1.5%瓊脂的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液。自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d，以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分。觀察玉米根系生長情況及單細(xì)胞綠色微藻分布情況；其中單細(xì)胞綠色微藻液30ml，細(xì)胞濃度為IXlO7個(gè)/ml。其中的單細(xì)胞綠色微藻，為橢圓小球藻e(cuò)llipsoidea)0 (原始來源)中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種保藏庫奴kCYS )，Chlorella ellipsoidea的保藏號(hào):FACHB-40。本發(fā)明更加詳細(xì)的制備方法如下:
O獲得玉米苗:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈后在25°c恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h。將浸泡 的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，進(jìn)行種子的萌發(fā)；待種子長出Icm的芽時(shí)，插于泡沫板上，水培環(huán)境發(fā)苗。2)自制培養(yǎng)盒:培養(yǎng)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(yǎng)盒2 3min,做消毒處理。3)栽培玉米苗:取玉米苗，實(shí)驗(yàn)組玉米的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻之后，將玉米苗種進(jìn)培養(yǎng)盒內(nèi)。培養(yǎng)盒內(nèi)裝滿已滅菌的0.2 2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液，其中Arnon-Hoagland營養(yǎng)液配方見參考文獻(xiàn)(熊慶娥:植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程.四川:四川科學(xué)技術(shù)出版社.2013:8-9.)。對(duì)照組不蘸單細(xì)胞綠色微藻，其他處理同實(shí)驗(yàn)組。自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d，以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分。觀察玉米生長情況及單細(xì)胞綠色微藻分布情況。采用本發(fā)明公開的透明裝置觀察玉米根系生長的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的積極效果在于:
本發(fā)明公開的直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置，肉眼直觀可見，便于隨時(shí)觀察，無需拆卸，具有經(jīng)濟(jì)適用的顯著特點(diǎn)。本發(fā)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(guān)系及發(fā)展動(dòng)態(tài)。


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圖1為直接觀察到的微生物與植物根系；其中圖A為對(duì)照，圖B為和玉米根一起生長的單細(xì)胞綠色微藻；圖2為透明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意 圖3為透明裝置的側(cè)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(shí)施例方式為了簡單和清楚的目的，下文恰當(dāng)?shù)氖÷粤斯夹g(shù)的描述，以免那些不必要的細(xì)節(jié)影響對(duì)本技術(shù)方案的描述。以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，特別加以說明的是，本發(fā)明所用到的各種原料均可以從市場上買到(Arnon-Hoagland營養(yǎng)液的配制方法與上文中參考文獻(xiàn)相同)。單細(xì)胞綠色微藻為橢圓小球藻(CX7ore77a ellipsoidea)0 (原始來源)中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB),ellipsoidea的保藏號(hào):FACHB-40ο實(shí)施例1
結(jié)合圖2，圖3，直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置，它包括兩塊鋼化玻璃板I和一個(gè)泡沫塑料U型框2 ;其中兩塊鋼化玻璃板之間設(shè)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(gòu)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(shè)置的個(gè)數(shù)為5個(gè)，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(shí)施例2
1)玉米種子:天塔九號(hào)，購于天津市西青種子公司；
2)藻種:單細(xì)胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號(hào):FACHB-40
3)培養(yǎng)盒結(jié)構(gòu):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(gè)成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用。5)玉米種子的萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，做發(fā)芽處理；待種子長出Icm芽的時(shí)候，插于泡沫板上，做水培處理。6)培養(yǎng)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(shí)，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。將實(shí)驗(yàn)組玉米的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻，其中單細(xì)胞綠色微藻液30ml，細(xì)胞濃度為I X IO7個(gè)/ml，每個(gè)培養(yǎng)盒種植5棵玉米，然后裝滿含有適量(0.5%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液。對(duì)照組不蘸單細(xì)胞綠色微藻,其他處理同實(shí)驗(yàn)組。自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d，以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分。觀察玉米根系生長情況及單細(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微生物始終與玉米根共生長，并且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養(yǎng)基的其他地方?jīng)]有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物制劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，發(fā)揮微生物肥料的作用。實(shí)施例3
1)玉米種子:天塔九號(hào)，購于天津市西青種子公司；
2)藻種:單細(xì)胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號(hào):FACHB-40
3)培養(yǎng)盒結(jié)構(gòu):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(gè)成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用。5)玉米種子的萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，做發(fā)芽處理；待種子長出1.0cm芽的時(shí)候，插于泡沫板上，做水培處理。6)培養(yǎng)盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養(yǎng)盒3min。7)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時(shí)，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。將實(shí)驗(yàn)組玉米的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻，其中單細(xì)胞綠色微藻液30ml，細(xì)胞濃度為IX IO7個(gè)/ml，每個(gè)培養(yǎng)盒種植5棵玉米，然后裝滿含有適量(1%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液。對(duì)照組不蘸單細(xì)胞綠色微藻,其他處理同實(shí)驗(yàn)組。自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d，以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分。觀察玉米根系生長情況及單細(xì)胞綠色微藻分布情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微生物始終與玉米根共生長，并且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養(yǎng)基的其他地方?jīng)]有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物制劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，發(fā)揮微生物肥料的作用，促進(jìn)玉米苗的生長。實(shí)施例4 對(duì)比試驗(yàn):
常規(guī)的玉米苗觀察實(shí)驗(yàn):
I)玉米種子(Zea Mays L.),購自廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所。2)試驗(yàn)用盆:塑料盆缽=高X直徑=16.0cmX 15.0cm。3)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用。4)玉米種子的萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h，將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，做發(fā)芽處理，每12h換水I次，保證種子的濕潤環(huán)境。5)露白時(shí)，選取飽滿、大小均勻一致的玉米種子播于尼龍根際袋中，每袋3顆，置于溫室中，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(yàn)用盆中，共裝土 500g，其中200g裝在300目的尼龍網(wǎng)袋中，尼龍網(wǎng)袋放在盆的中央，袋周圍及底部為相同處理的300g 土，并保持袋內(nèi)外土壤高度相同，60%田間持水量于溫室中平衡5d使用。7)玉米種植45d后收獲，分別采集不同處理的根際土和非根際土，尼龍網(wǎng)袋內(nèi)土壤視為根際土，袋外離尼龍網(wǎng)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(nèi)土壤相同。采用本發(fā)明進(jìn)行觀察的實(shí)驗(yàn):
1)玉米種子:天塔九號(hào)，購于天津市西青種子公司；
2)藻種:單細(xì)胞綠色微藻,為橢圓小球藻(CX7ore77aellipsoidea)。(原始來源)中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種保藏庫(FACHB), ellipsoidea的保藏號(hào):FACHB-40
3)培養(yǎng)盒結(jié)構(gòu):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(gè)成套螺釘螺母固定。4)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用。5)玉米種子的 萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h ;將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，做發(fā)芽處理，每12h換水I次，保證種子的濕潤環(huán)境；待種子長出Icm芽的時(shí)候，插于泡沫板上，做水培處理。6)培養(yǎng)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(shí)，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，設(shè)置實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。將實(shí)驗(yàn)組玉米的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻，其中單細(xì)胞綠色微藻液30ml，細(xì)胞濃度為IX IO7個(gè)/ml，每個(gè)培養(yǎng)盒種植5棵玉米，然后裝滿含有適量(1.5%)瓊脂的已滅菌的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液。對(duì)照組不蘸單細(xì)胞綠色微藻,其他處理同實(shí)驗(yàn)組。自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d，以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分。觀察玉米根系生長情況及綠色微藻分布情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微生物始終與玉米根共生長，并且只有在玉米根表面看到有綠色微藻生長，培養(yǎng)基的其他地方?jīng)]有綠色微藻生長。說明微生物與植物根系存在代謝互作，以微生物制劑蘸根的方法，可以使有益微生物存活于植物根系，發(fā)揮微生物肥料的作用。對(duì)比結(jié)論:常規(guī)土培玉米實(shí)驗(yàn)，不能直觀觀察到玉米根系生長情況，只能在玉米收獲期時(shí)，拆除玉米培養(yǎng)裝置后測定其相關(guān)生理指標(biāo)，以確定數(shù)據(jù)，而本實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到隨時(shí)觀察及測定的目的；其次，常規(guī)土培玉米實(shí)驗(yàn)，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(guān)指標(biāo)，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，而本?shí)驗(yàn)根據(jù)玻璃板透明及無色培養(yǎng)液(含有適量瓊脂)的特點(diǎn)，采用蘸取單細(xì)胞綠色微藻的方法，示蹤微生物與根系生長的動(dòng)態(tài)關(guān)系，達(dá)到肉眼直觀可見的效果，是對(duì)定量實(shí)驗(yàn)做的定性補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置，其特征在于它包括兩塊鋼化玻璃板(I)和一個(gè)泡沫塑料U型框(2);其中兩塊鋼化玻璃板之間設(shè)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(gòu)成盒狀體。
2.權(quán)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(quán)利要求1所述的裝置，其中成套螺釘螺母(3)設(shè)置的個(gè)數(shù)為5個(gè)。
4.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的植物指的是玉米。
5.采用權(quán)利要求1所述透明裝置觀察植物根系生長的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行: 1)玉米種子的預(yù)處理:挑選飽滿完整，大小均一、色澤一致的種子，洗凈備用； 2)玉米種子的萌發(fā):在25°C恒溫培養(yǎng)箱中，清水浸種12h;將浸泡的種子置于瓷盤上，用浸濕的紗布蓋住，做發(fā)芽處理，每12h換水I次，保證種子的濕潤環(huán)境；待種子長出Icm芽時(shí)，插于泡沫板上，做水培處理； 3)培養(yǎng)盒處理:用15%新潔爾滅浸泡培養(yǎng)盒2 3min； 4)玉米苗的種植:待玉米長出兩片真葉時(shí)，選擇高度一致，長勢相同的玉米苗，將玉米苗的根蘸取單細(xì)胞綠色微藻，每個(gè)根盒種植5棵玉米，然后裝滿含有0.2^2%瓊脂的Arnon-Hoagland營養(yǎng)液，自然光照，室內(nèi)自然溫度條件下，培養(yǎng)15d,以無菌水補(bǔ)充培養(yǎng)盒內(nèi)的水分，觀察玉米根系生長情況及單細(xì)胞綠色微藻分布情況；其中單細(xì)胞綠色微藻液30ml，細(xì)胞濃度為I X IO7個(gè)/ml。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接觀察植物根系生長與微生物相互關(guān)系的透明裝置及方法，它包括兩塊鋼化玻璃板和一個(gè)泡沫塑料U型框；其中兩塊鋼化玻璃板之間設(shè)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(gòu)成盒狀體。采用本發(fā)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(guān)系的過程，為探究玉米根系與微生物的互作關(guān)系提供了依據(jù)。
文檔編號(hào)A01G31/06GK103141368SQ20131007524
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者劉麗麗, 吳海月 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)