专利名称：一种用于研究根系表型可塑性的试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及植物适应土壤养分空间异质性的研究领域，主要涉及植物根系表型可塑性方面的研究。
背景技术：
土壤有效养分含量是生态系统的重要属性之一，而土壤养分空间异质性普遍存在于自然生态系统中，土壤有效养分含量的空间尺度变化较大，可达到被植物个体根系感知的范围。植物在长期进化过程中，为了最大限度地获取土壤资源，对养分的空间异质性产生各种可塑性反应，包括形态可塑性、生理可塑性、菌根可塑性等。许多植物种的根系在养分丰富的斑块中大量增生，增生程度种间差异较大，并受斑块属性(斑块大小、养分浓度)、营养元素种类和养分总体供应状况的影响。植物还通过调整富养斑块中细根的直径、分枝角、节间距以及空间构型来实现斑块养分的高效利用。
发明内容
本发明提供一种用于研究根系表型可塑性的试验装置及方法，利用该试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物局部根系在土壤养分随时间消耗殆尽后，其根系感知环境变化并启动适应策略的能力，尤其是试验植物根系表型可塑性的能力。本发明的技术方案在于一种用于研究根系表型可塑性的试验装置，包括用于播种植物种子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向设有I个竖直隔层，以分隔出2个用于放置不同养分的养分斑块的供养区域，所述方筒的底部设置有底板，所述方筒和竖直隔层均采用透光不透水的硬质材料制成，以阻隔不同供养区域内根系互穿及养分的流动，所述方筒侧壁上开设有测试窗，所述竖直隔层的中部上侧设置有播种槽。在一实施例中，所述测试窗位于每个供养区域的中心位置，所述测试窗上遮盖锡纸，以防止水分的流失。在一实施例中，所述硬质材料为玻璃。本发明的另一技术方案在于一种用于研究根系表型可塑性的试验方法，包括上述的试验装置，其特征在于，按以下步骤进行
(1)取一定数量品质优良的植物种子，将植物种子播种于上述试验装置的播种槽内，并在每个试验装置的供养区域内对应放置有不同养分的养分斑块；
(2)将上述放置有植物种子和养分斑块的试验装置分成若干批；
(3)定期通过测试窗测定每个试验装置不同供养区域的水势后，采用锡纸将测试窗封住，以防止水分的流失；
(4)定期取出一批的试验装置进行观测取每个供养区域内的根系进行形态学指标的测定。(5)记录试验数据不同时间段各供养区域内根系的分布及生长情况。在上述步骤(3)中，利用水势测定仪通过所述方筒测试窗测量每个供养区域的水势后，及时向供养区域内补充水分或营养液，直至不同供养区域具相同水势。
在上述步骤(4)中，取每个供养区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各供养区域生长的根系进行定量分析。本发明的优点在于本发明的试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物局部根系在土壤养分随时间消耗殆尽后，其根系感知环境变化并启动适应策略的能力，尤其是试验植物根系表型可塑性的能力。其整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便。
图I是本发明的试验装置的结构示意图。图中1一竖直隔层,2—供养区域,3—测试窗,4一方筒侧壁,5—方筒底板,6—播种槽。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。如图I所示本发明的试验装置的结构示意图，该图的一侧部采用透视的方式表示，以充分展示本发明的层架结构，另一侧部是外形的图示。如图1，一种用于研究根系表型可塑性的试验装置，包括用于播种植物种子的方筒和套置在方筒中间的竖直隔层，所述方筒沿中心垂直方向设有一竖直隔层1，以分隔出两用于放置不同养分的养分斑块的供养区域2，所述竖直隔层I中心位置设置有一播种槽6，用于播种试验植物的种子，所述方筒与竖直隔层平行的两壁上均布设有一通往各供养区域的测试窗3，所述方筒侧壁4、方筒底板5及竖直隔层I均为透光不透水的硬质材料(如玻璃)，以阻隔不同供养区域内根系互穿及养分的流动。在本实施例中，所述的竖直隔层设置在方筒的中心对称面位置，所述方筒和竖直隔层构成2个等形供养区域。在本实施例中，所述测试窗(测定水势，保证2个供养区域的水势相同)设置在每个供养区域的中心位置，所述测试窗上遮盖锡纸，以防止水分的流失。一种用于研究根系表型可塑性的试验方法，包括上述的试验装置，按以下步骤进行
(1)取一定数量品质优良的植物种子，将植物种子播种于上述试验装置的播种槽内，并在每个试验装置的供养区域内对应放置有不同养分的养分斑块；
(2)将上述放置有植物种子和养分斑块的试验装置分成若干批；
(3)定期通过测试窗测定每个试验装置不同供养区域的水势后，采用锡纸将测试窗封住，以防止水分的流失；
(4)定期取出一批的试验装置进行观测取每个供养区域内的根系进行形态学指标的测定。(5)记录试验数据不同时间段各供养区域内根系的分布及生长情况。上述步骤(3)为保证每个供养区域具相同水势，利用水势测定仪通过所述方筒测试窗测量每个供养区域的水势后，及时向供养区域内补充水分或营养液，直至不同供养区域具相同水势。上述步骤(4)为取每个供养区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各供养区域生长的根系进行定量分析。更具体的实施方式如下
研究异质供磷环境中杉木根系的表型可塑性构成方筒侧壁、底板及隔层为2mm厚的玻璃材料，要求方筒接缝紧密不漏水，将杉木种子播种于方筒中间竖直隔层的播种槽中(非处理区)，待种子发芽生根后根系能自由生长到处理区。进行土壤异质磷处理时，分别在每个供养区域(处理区)中施入粒状长效缓释磷源斑块 。砂培基质为钒土(Al2O3，过28-48目)以I. 5%的比例与石英砂混匀，装盆之前需对矾土进行脱磷处理，先用清水冲洗矾土至水无浑浊，再用O. 01mol/L HCl浸泡24h，之后再用清水将矾土表面酸冲洗干净，用O. 01mol/LHCl浸泡24h，如此重复处理10次，以保证将矾土中的磷充分洗脱，风干待用。石英砂也应用清水洗净以确保其磷充分洗脱。磷源斑块所用基质用不同浓度的KH2PO 4浸泡混合砂土，利用钒土能有效吸附磷并能缓慢均匀释放有效磷的特性，控制栽培介质对有效磷的供应，施入的KH2PO4先用蒸馏水溶解，矾土与溶液混合浸泡24h，再加入定量后的干沙混合均匀。试验期间进行除磷素外的正常营养液和水分供应，利用水势测定仪通过所述方筒测试窗测量每个供养区域的水势后，及时向供养区域内补充水分或营养液，直至不同供养区域具相同水势，水势测量完毕后利用锡纸遮盖测试窗，以防止水分的流失。试验处理时间结束后，将装置进行分斑块处理，取每个供养区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各层根系进行定量分析。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种用于研究根系表型可塑性的试验装置，包括用于播种植物种子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向设有I个竖直隔层，以分隔出2个用于放置不同养分的养分斑块的供养区域，所述方筒的底部设置有底板，所述方筒和竖直隔层均采用透光不透水的硬质材料制成，以阻隔不同供养区域内根系互穿及养分的流动，所述方筒侧壁上开设有测试窗，所述竖直隔层的中部上侧设置有播种槽。
2.根据权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述测试窗位于每个供养区域的中心位置，所述测试窗上遮盖锡纸，以防止水分的流失。
3.根据权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述硬质材料为玻璃。
4.一种用于研究根系表型可塑性的试验方法，包括如权利要求1-3中任一项所述的试验装置，其特征在于，按以下步骤进行 (1)取一定数量品质优良的植物种子，将植物种子播种于上述试验装置的播种槽内，并在每个试验装置的供养区域内对应放置有不同养分的养分斑块； (2)将上述放置有植物种子和养分斑块的试验装置分成若干批； (3)定期通过测试窗测定每个试验装置不同供养区域的水势后，采用锡纸将测试窗封住，以防止水分的流失； (4)定期取出一批的试验装置进行观测取每个供养区域内的根系进行形态学指标的测定； (5)记录试验数据不同时间段各供养区域内根系的分布及生长情况。
5.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于在上述步骤(3)中，利用水势测定仪通过所述方筒测试窗测量每个供养区域的水势后，及时向供养区域内补充水分或营养液，直至不同供养区域具相同水势。
6.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于在上述步骤(4)中，取每个供养区域的根系，通过数字化扫描仪扫描各根系图像，应用图像分析软件对各供养区域生长的根系进行定量分析。
全文摘要
本发明涉及一种用于研究根系表型可塑性的试验装置及方法，该试验装置包括用于播种植物种子的方筒，其特征在于所述方筒沿中心垂直方向设有1个竖直隔层，以分隔出2个用于放置不同养分的养分斑块的供养区域，所述方筒的底部设置有底板，所述方筒和竖直隔层均采用透光不透水的硬质材料制成，以阻隔不同供养区域内根系互穿及养分的流动，所述方筒侧壁上开设有测试窗，所述竖直隔层的中部上侧设置有播种槽。该试验装置可以在最接近自然的状态下，研究植物局部根系在土壤养分随时间消耗殆尽后，其根系感知环境变化并启动适应策略的能力，尤其是试验植物根系表型可塑性的能力。其整体结构简单，造价低廉，取材和制作方便。
文档编号A01G9/02GK102860227SQ20121033374
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者吴鹏飞, 邹显花, 马祥庆, 蔡丽平, 侯晓龙 申请人:福建农林大学