CN109122275A - 一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，由多室主体和底座组成；多室主体为箱状结构，箱状结构的底板设有若干空气通孔，箱状结构内设有隔板，隔板与箱状结构的底板垂直，隔板将箱状结构的内部空间分隔成若干分根室，隔板上边设有由下向上的扩径的锥形结构，锥形结构设有分根通孔，锥形结构空间通过分根通孔与分根室连通，箱状结构底板设有卡槽，卡槽与隔板位置对应，箱状结构底板设有支撑结构；底座为与支撑结构配合的凹槽结构，凹槽结构内设有与卡槽配合的挡板，凹槽结构的槽壁高度小于支撑结构的高度。本发明解决了传统根箱装置中密封性差、易交叉污染、成本高和结构复杂等问题。

Description

一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置
技术领域
本发明涉及一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置。
背景技术
植物根系是重要的植物器官，能够获取生长发育所需的水分和营养物质等，有关植物根系的生物学基础研究能够阐明根系对环境因子变化的响应机制。土壤微生物在植物生长、营养物质分解转化等方面都发挥这重要的作用，尤其是微生物与宿主植物根系之间形成的共生，能够提高植物对土壤营养物质的利用效率，在植物生长发育和提高资源利用效率方面发挥着重要作用。
然而，以往的根系研究都在一个统一且均匀的环境介质中(如花盆)，但是植物根系常常处于复杂多变的生长环境中，尤其是绝大多数植物能够与多种微生物形成多重共生关系(如豆科植物能够与根瘤菌和菌根真菌等形式三者共生体系)，要解决这个科学问题，传统单一的培养方式就无法模拟植物复杂的根系生长环境。此外，现有的分室根箱具有密封性差、根部透气孔易交叉污染、分根装置占用空间大、结构复杂、工艺繁琐和分根操作困难等缺点，导致此类相关研究面临误差大，精度低等问题。因此，急需要新的培养装置以确保共生植物的分根研究能够更精准、更方便。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，解决了目前根系研究中共生植物专用分根装置的缺乏以及传统根箱装置中密封性差、易交叉污染、成本高和结构复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，由多室主体和底座组成；
所述多室主体为由侧壁和底板形成的箱状结构，箱状结构的底板设有若干空气通孔，所述箱状结构内设有至少1个隔板，所述隔板与箱状结构的底板垂直，所述隔板的底边与箱状结构的底板接触，所述隔板的两侧边均与箱状结构的侧壁接触，所述隔板将箱状结构的内部空间分隔成若干分根室，所述隔板上边设有由下向上的扩径的锥形结构，所述锥形结构中空，所述锥形结构设有若干分根通孔，锥形结构内的空间通过一个分根通孔与一个分根室连通，所述箱状结构底板的下表面设有卡槽，所述卡槽与隔板位置对应，所述箱状结构底板的下表面设有支撑结构；
所述底座为与支撑结构配合的凹槽结构，凹槽结构内设有与卡槽配合的挡板，凹槽结构的槽壁高度小于支撑结构的高度。
本发明通过倒置的锥形结构牢牢固定植物，从而支撑其整个植物的生长发育。通过分根通孔能够使植物根系进入至不同分根室，从而进行分根培养。通过隔板能够将整个装置分为多室结构，能够杜绝多室之间进行水分、营养物质的交流。同时，底座的凹槽与卡槽能够杜绝不同分根室中微生物、水分通过空气通孔的交流，从而增加分室培养的效果和准确性。
本发明的目的之二是提供一种上述装置在研究细菌对植物防御反应的诱导及抗逆能力的调控机制的应用。
本发明的目的之三是提供一种地表球囊霉对紫花苜蓿防御反应的诱导及抗逆能量的调控机制影响的试验方法，提供上述装置，将紫花苜蓿幼苗放入至装置的锥形结构中，向装置的各分根室装入灭菌的土壤，改变各分根室的土壤中的条件进行培养，所述条件为水分、地表球囊霉及二者组合。
本发明的有益效果为：
本发明的装置顶端为锥形的分根环设计，一方面，节省体积的设计，为植物留出更多的生长空间；另一方面，由于锥形中心到锥面的垂直距离最短，根系裸露在外面的距离最短，减少实验的***误差。此外，装置底部的底座设置解决了根部水分和微生物等可通气孔相互污染的可能性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为多室主体的底部结构示意图；
图3为底座的结构示意图；
图4为AMF对紫花苜蓿防御反应的诱导及抗逆能力的调控机制研究的试验示意图；
其中，1.多室主体，2.底座，3.隔板，4.锥形结构，5.分根通孔，6.支撑结构，7.挡板，8.空气通孔，9.卡槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本申请所述的支撑结构为能够支撑多室主体，当多室主体与底座配合后，能够使多室主体与底座的凹槽结构之间存在缝隙，并使凹槽结构能够通过该缝隙与装置外的大气连通的结构，例如支撑腿、支撑板、支撑架等。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在传统根箱装置中密封性差、易交叉污染、成本高和结构复杂等的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，由多室主体和底座组成；
所述多室主体为由侧壁和底板形成的箱状结构，箱状结构的底板设有若干空气通孔，所述箱状结构内设有至少1个隔板，所述隔板与箱状结构的底板垂直，所述隔板的底边与箱状结构的底板接触，所述隔板的两侧边均与箱状结构的侧壁接触，所述隔板将箱状结构的内部空间分隔成若干分根室，所述隔板上边设有由下向上的扩径的锥形结构，所述锥形结构中空，所述锥形结构设有若干分根通孔，锥形结构内的空间通过一个分根通孔与一个分根室连通，所述箱状结构底板的下表面设有卡槽，所述卡槽与隔板位置对应，所述箱状结构底板的下表面设有支撑结构；
所述底座为与支撑结构配合的凹槽结构，凹槽结构内设有与卡槽配合的挡板，凹槽结构的槽壁高度小于支撑结构的高度。
本申请通过倒置的锥形结构牢牢固定植物，从而支撑其整个植物的生长发育。通过分根通孔能够使植物根系进入至不同分根室，从而进行分根培养。通过隔板能够将整个装置分为多室结构，能够杜绝多室之间进行水分、营养物质的交流。同时，空气是植物根系生长所必须的，氧气不足将导致植物根系和微生物等呼吸受阻，也可影响土壤中营养物质相互之间的转化，因此，在多室主体的底板开有数个空气通孔用于通气；然而，多室的水分或者微生物等可通气小孔相互交流，这会影响了分室培养的效果和准确性，为了解决这个问题，本申请底座的凹槽与卡槽能够杜绝不同分根室中微生物、水分通过空气通孔的交流，从而增加分室培养的效果和准确性。
由于植物侧根主要分布在近地面，为了节约空间，降低成本，该实施方式的一种或多种实施例中，箱状结构由底板向对侧的径向截面逐渐减少。
该实施方式的一种或多种实施例中，箱状结构的顶部边长、底部边长、装置的高度的比为8:6～7:9～11。该形状既降低了制作成本，又不影响根系的分布和生长。所述箱状结构径向截面为正方形或圆形；若为正方形，顶部边长、底部边长分别为顶部正方形的边长、底部正方形的边长；若为圆形，顶部边长、底部边长分别为顶部圆形的直径、底部圆形的直径。
该实施方式的一种或多种实施例中，锥形结构的圆形开口的直径与箱状结构的顶部边长的比为1～2:8。
为了简化装置的结构，该实施方式的一种或多种实施例中，箱状结构内设有一个隔板。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述支撑结构为两个支撑板，两个支撑板底板接触形成直线、隔板与底板的接触形成直线均平行。能够保证装置底部的空气流通。
该实施方式的一种或多种实施例中，采用3D打印的方法进行制备。
以往塑料材料的制作的培养装置在使用过程中，不耐日晒雨淋，更不耐酸碱腐蚀，故其使用寿命较短，为了使装置具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀，质地较轻等特点，该实施方式的一种或多种实施例中，装置的材料为聚乙烯树脂材料。该材料降低了制作成本，提高了装置的使用效率等。
本申请的另一种实施方式，提供了一种上述装置在研究细菌对植物防御反应的诱导及抗逆能力的调控机制的应用。
为了防止水分或微生物通过分根通孔渗漏，该实施方式的一种或多种实施例中，将植物根系通过分根通孔进入各分根室后，采用尼龙网或海绵堵塞分根通孔。
本申请的第三种实施方式，提供了一种地表球囊霉对紫花苜蓿防御反应的诱导及抗逆能量的调控机制影响的试验方法，提供上述装置，将紫花苜蓿幼苗放入至装置的锥形结构中，向装置的各分根室装入灭菌的土壤，改变各分根室的土壤中的条件进行培养，所述条件为水分、地表球囊霉及二者组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
实施例
一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，如图1～3所示，由多室主体1和底座2组成。
多室主体1为由侧壁和底板形成的箱状结构。箱状结构的底板设有若干空气通孔8。箱状结构内设有1个隔板3。隔板3与箱状结构的底板垂直。隔板3的底边与箱状结构的底板接触。隔板3的两侧边均与箱状结构的侧壁接触。隔板3将箱状结构的内部空间分隔成2个分根室。隔板3上边设有由下向上的扩径的锥形结构4，锥形结构4中空。锥形结构4设有2个分根通孔5，锥形结构4内的空间通过一个分根通孔5与一个分根室连通。箱状结构底板的下表面设有卡槽9，卡槽9与隔板3位置对应。箱状结构底板的下表面设有支撑结构6。
底座为与支撑结构6配合的凹槽结构，凹槽结构内设有与卡槽9配合的挡板7，凹槽结构的槽壁高度小于支撑结构6的高度。
箱状结构由底板向对侧的径向截面逐渐减少。
箱状结构径向截面为正方形。箱状结构的顶部正方形边长为8cm，底部正方形边长为6.5cm、装置的高度为10cm。锥形结构4的圆形开口的直径为1.5cm。
支撑结构6为两个支撑板，两个支撑板底板接触形成直线、隔板3与底板的接触形成直线均平行。
该装置以聚乙烯树脂作为原料通过3D打印技术进行制作。
采用该装置进行AMF对紫花苜蓿防御反应的诱导及抗逆能力的调控机制研究。
试验材料与方法
试验选用阿尔冈金紫花苜蓿(Medicago sativa L.cv.Algonquin)为供试植物。种子购于北京正道生态科技有限公司。供试AMF为地表球囊霉(Glomus constrictum)，由北京市农林科学院植物营养与资源研究所“丛枝菌根真菌种质资源库”(BGC)提供，菌根接种体由扩繁植物根段、菌丝、孢子和沙土的混合物组成。根瘤菌(Sinorhizobium meliloti2011)来源于中科院上海生命科学研究院王彦章教授。试验前用巴氏消毒液对温室、苗床和所用花盆进行消毒处理。所用土壤取自田间耕作层，其主要营养成分如下：C(13.5g/kg)、全N(1.26g/kg)、NO3 -(7.52mg/kg)、NH4 +(45.67mg/kg)、P(0.8g/kg)、K(8.29mg/kg)、Ca(92.85mg/kg)、Na(138.39mg/kg)。土壤装盆前，预先过筛且在170℃的烘箱内高温灭菌48h。挑选饱满、均一且健康的紫花苜蓿种子，用浓度为0.1％的次氯酸钠消毒2min，蒸馏水清洗干净后放在培养皿中发芽。在4℃的暗环境中发芽3～4d。选取生长均一的幼苗移栽到装有2L营养液的培养容器内(长20cm，宽15cm，高7cm)水培4周。挑选生长均一的植物幼苗，将须根平均分成两份，建立分根培养体系。幼苗种植于如图所示的试验装置中。移栽后的花盆放在温度25/18℃(白天/黑夜)，相对湿度为40％，光周期为16/8h(光/暗)的生长环境中。
试验设计
为明确菌根共生体接收干旱胁迫信号后的***响应机制以及共生体间的信号转导途径，在分根培养体系中，设置了局部处理，即一侧进行干旱胁迫处理，另一侧维持正常水分条件；同时一侧进行接种处理，另一侧进行不接种处理。因而总共可形成两个非均一的培养***：(1)在菌根室中进行干旱胁迫处理+在非菌根室中维持正常水分条件；(2)在非菌根室中进行干旱胁迫处理+在菌根室中维持正常水分条件。在菌根室施以干旱处理而非菌根室维持正常水分条件的分根培养***中，考虑到接种和水分这两个因素的影响，加入了3个对照处理①，②和③(图4)，以此来明确AM共生体在应对干旱胁迫时如何对宿主植物整体进行调控，从而提高宿主植物在异质环境中的生存能力。因此，在此分根培养***(以下简称为***(1))中，共4个处理—(1)、①、②和③，每个处理重复5次，共计20盆。每盆1株植物，试验盆钵完全随机排列。设置非菌根室施以干旱处理而菌根室维持正常水分条件的分根培养***是为了揭示AM共生体应对外来胁迫信号的反馈机制。本***中涉及到一个接种因素，因此加入1个对照处理①。在此分根培养***(以下简称为***(2))中，共2个处理—(2)和①，每个处理重复5次，共计10盆。每盆1株植物，试验盆钵完全随机排列。
试验管理
试验过程中，土壤含水量用称重法控制，每天称重一次，补足损耗的水量。在试验处理前期，维持各盆的土壤含水量至12％(基于土壤干重，约为土壤田间持水量的70％)。根据每盆每天的蒸发水量，每个分室各加每天蒸发水量的一半。待植物生长25天后，按图4进行水分处理。对于两分室有两个水分梯度的处理，干旱处理的分室加每天蒸发水量的1/4，正常水分处理的分室加每天蒸发水量的3/4(土壤含水量约为12％)。对于具有相同水分梯度的两个分室，每个分室各加每天蒸发水量的一半。水分处理持续10天后进行收获和相关指标测定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于共生植物根系多室分根培养的装置，其特征是，由多室主体和底座组成；
所述多室主体为由侧壁和底板形成的箱状结构，箱状结构的底板设有若干空气通孔，所述箱状结构内设有至少1个隔板，所述隔板与箱状结构的底板垂直，所述隔板的底边与箱状结构的底板接触，所述隔板的两侧边均与箱状结构的侧壁接触，所述隔板将箱状结构的内部空间分隔成若干分根室，所述隔板上边设有由下向上的扩径的锥形结构，所述锥形结构中空，所述锥形结构设有若干分根通孔，锥形结构内的空间通过一个分根通孔与一个分根室连通，所述箱状结构底板的下表面设有卡槽，所述卡槽与隔板位置对应，所述箱状结构底板的下表面设有支撑结构；
所述底座为与支撑结构配合的凹槽结构，凹槽结构内设有与卡槽配合的挡板，凹槽结构的槽壁高度小于支撑结构的高度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，箱状结构由底板向对侧的径向截面逐渐减少。
3.如权利要求2所述的装置，其特征是，箱状结构的顶部边长、底部边长、装置的高度的比为8:6～7:9～11。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是，锥形结构的圆形开口的直径与箱状结构的顶部边长的比为1～2:8。
5.如权利要求1所述的装置，其特征是，箱状结构内设有一个隔板。
6.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述支撑结构为两个支撑板，两个支撑板底板接触形成直线、隔板与底板的接触形成直线均平行。
7.如权利要求1所述的装置，其特征是，采用3D打印的方法进行制备；
或，装置的材料为聚乙烯树脂材料。
8.一种权利要求1～7任一所述的装置在研究细菌对植物防御反应的诱导及抗逆能力的调控机制的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征是，将植物根系通过分根通孔进入各分根室后，采用尼龙网或海绵堵塞分根通孔。
10.一种地表球囊霉对紫花苜蓿防御反应的诱导及抗逆能量的调控机制影响的试验方法，其特征是，提供权利要求1～7任一所述的装置，将紫花苜蓿幼苗放入至装置的锥形结构中，向装置的各分根室装入灭菌的土壤，改变各分根室的土壤中的条件进行培养，所述条件为水分、地表球囊霉及二者组合。
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