一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法技术

本发明专利技术公开了一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法，包括设计透明的栽培容器和生长介质、种子灭菌和催芽、出芽后移苗所述透明的栽培容器，保持植物根系在所述透明的生长介质中自然生长等步骤，以便于采用三维激光扫描仪对根系进行扫描，进行根系三维构型的原位观察和图像捕获。本发明专利技术通过设计适宜的透明生长环境，保证植物根系在透明的生长环境中自然生长，便于后续的对植物根系原位生长状况进行三维可视化分析，直接反映根系的三维生长状况。

Plant cultivation method for root system dynamic observation and determination in situ

The invention discloses a plant cultivating method for dynamically observing and measuring roots in situ, including the design of a transparent cultivation container and growth medium, seed germination, sprouting and sterilization after transplanting the transparent cultivation container, keep the plant root growth medium in the transparent natural growth steps, in order to use the laser the scanner to scan the root, in situ observation and image capture of the three-dimensional configuration of the roots. The invention is the design of suitable transparent growth environment, ensure the natural growth of plant roots in the transparent growth environment, to facilitate the subsequent to the root growth condition of 3D visualization analysis, directly reflect the three-dimensional root growth.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于根系生物学、植物营养学、作物栽培学和植物生理学 领域，具体涉及。
技术介绍
根系是植物吸收养分和水分的主要器官，只有生长发育良好的根系才能满足植物生长的需要(Barber， 1995; Bailey et al, 2002; Lynch, 2007)。因此，研究植物根系生长对了解植物对养分的需求及其与环 境的关系具有十分重要的意义。目前对根系的研究已经取得一定的进展，但是在自然生长条件 下，由于土壤介质的不透明性和根系结构的复杂性，难以进行原位观 察和测定(马新明等，2003; Zhuetal， 2006))。迄今已有报导的根系形态构型数据大多是破坏性采样获得的数 据，并非原位数据，而且大多根构型与养分效率的研究属于定性研究， 对于根构型与养分效率的定量研究还鲜见报道。此外，目前已有的研 究大部分都是某一时刻的根构型数据与养分效率的研究，动态的原位 根构型数据与养分效率的研究则未见技术报道。要完成动态的原位根构型数据与养分效率的研究的基础是实现 植物根系在透明的环境中自然生长。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有根系形态构型观察和测定方法的局限性，提供，采用本 专利技术方法栽培的植物可以在透明的生长环境中自然生长，从而实现动 态的、原位的而非破坏性的根系观察和测定。本专利技术在不破坏植物根系及其周围生长环境的前提下，直接将植 物根系原位生长状况进行三维可视化，并结合计算机图像分析，从而 对根系的形态和构型进行原位观察和测定。实现本专利技术目的的具体技术方案是提供，包括以 下步骤(1) 设计透明的栽培容器和生长介质；(2) 种子灭菌和催芽，出芽后移苗到步骤(1)所述透明的栽培 容器，保持植物根系在所述透明的生长介质中自然生长。采用三维激光扫描仪对根系进行扫描，进行根系三维构型的原位 观察和图像捕获。上述步骤(1)所述透明的栽培容器优选透明的圆柱形容器，容 器设置有一个可打开的盖子，盖子中间设置一个贯穿洞。根据不同的植物容器大小有所不同，本专利技术优选采用高20cm、直径12cm的圆 柱形有机玻璃容器，贯穿洞优选直径为20mm的圆洞。上述步骤(1)所述的透明的生长介质为透明培养基。透明培养 基是采用与植物适应的相应营养液+0.15°/々PhytagelTM 。所述透明培养基配置步骤如下 (A)将培养基搅拌均匀，并调节pH值；有机玻璃容器采用紫外线灭菌1小时，备用；(B) 将培养基在12rC灭菌30分钟；灭菌结束尽快(保证培养基未开始凝固)将培养基倒入上述已灭菌的有机玻璃容器内，以上操作在超净工作台进行；(C) 静置冷却待培养基凝固，大概需要4小时左右；其中，在培养基快凝固时，不能挪动容器，以防止培养基凝固后里面产生气泡。对于分层磷处理培养基，需等下层培养基完全凝固后再倒上层培 养基，并确保上层培养基倒入时的温度不能太高，但也不能太低以至于发生凝固，本专利技术优选设定上层培养基倒入时温度为5(TC左右，，以保证下层培养基不会没有融化，上层培养基不会很快发生凝固。上述步骤(3)扫描的方法是从移苗后第1天到第20天每24小 时利用三维激光扫描仪扫描植株根系一次，扫描范围为0Q 360Q，旋 转方向的扫描精度为0.18Q，上下移动方向的扫描精度为O.lmm。本专利技术的有益效果是本专利技术提供适宜的培养基组成和生长容器，实现植物的根系在透 明的生长环境中自然生长，通过对植物根系原位生长状况进行三维可 视化分析，能直接反映根系的三维生长状况，不需要破坏性的检测， 并实现动态的观测。此外，通过改变培养基所加养分的组分，可以调 节生长介质对植物根系养分的供应状况。因此，运用本专利技术还可进行 生长介质中养分的供应状况与植 根系生长的关系等方面的研究。 附图说明图l本专利技术透明的栽培容器结构示意图 图2播种时的种胚朝向示意图 图3三维激光扫描仪扫描根系方式 图4传统的样条编辑方法模拟结果图5传统的样条编辑方法模拟结果局部放大图 图6传统的样条编辑方法模拟结果图7大豆发芽后第18天三维激光扫描获取的根系三维构型图像 图8水稻发芽后第18天三维激光扫描获取的根系三维构型图像 图9大豆发芽后第18天的植物根系三维构型模拟结果 图10水稻发芽后第18天的植物根系三维构型模拟结果 图11 16水稻根系生长6、 12和18天的形态构型数据框图 具体实施例方式下面结合具体实施例来进一步详细说明本专利技术。本专利技术改变了现 有技术破坏性观察和测定根系形态构型的观念，通过大量长期的实验 总结得到本专利技术的设计，实现了对植物根系动态的原位观察和测定。 实验中的实施例不能一一赘述，下述实施例仅用于辅助说明本专利技术思 路，并不因此将本专利技术的范围限定于大豆和水稻。 实施例1大豆根系的形态构型的原位观察和测定 (1)设计透明的栽培容器和生长介质；如附图1所示，采用一透明圆柱形有机玻璃容器l，高20cm， 直径12cm，设置有一个可打开的盖子2，盖子中间设一个直径为20mm的贯穿圆洞3;透明培养基为改良的1/2 Hoagland营养液+ 0.15 %的 Phytagel (W/V) +不同磷处理；所述不同磷处理包括无磷处理或 l.OmM KH2P04处理，参照本领域技术人员常规技术，pH值调节为 5.8，按照常规技术采用盐酸或氢氧化钠等试剂进行调节。1/2 Hoagland营养液组成为(^M): KN03 2.5xl03， MgS04 *7H20 lxl03, Ca(N03)2 2.5xl03， ZnS04 7H20 0.38， K2S04 0.25xl03， CuS04 '5H20 0.57， Fe-EDTA(Na) 82， H3B03 23.13， MnCl2 '4H20 4.57， (NH4)6Mo7024 4H20 0.09。如附图1所示，每个有机玻璃容器分别装15cm高的培养基4， 即约1.7L培养基，以使容器内上方留有部分空间5供幼苗早期无菌 生长。培养基配置步骤如下(A) 用搅拌机将培养基搅拌均匀，调节pH值为5.8; 有机玻璃容器用紫外线灭菌1小时备用；(B) 采用高压灭菌锅将培养基在12rC灭菌30分钟，灭菌结 束尽快(保证培养基未开始凝固)将培养基倒入灭菌的有机玻璃容器 内，以上操作在超净工作台进行；(C) 静置冷却待培养基凝固，大概需要4小时左右。其中， 在培养基快凝固时，不能挪动容器，以防止培养基凝固后里面产生气 泡。对于分层磷处理培养基，需等下层培养基完全凝固后再倒上层 培养基，并确保上层培养基倒入时的温度不能太高，但也不能太低以至于上层培养基会开始凝固，本专利技术优选设定上层培养基倒入时温度 为5(TC左右，以保证下层培养基不会没有融化，上层培养基不会很 快发生凝固。(2)种子灭菌和催芽，出芽后移苗到步骤(1)所述透明的栽培 容器，保持植物根系在所述透明的生长介质中自然生长；种子在播种前必须要进行灭菌以防止生长过程中产生污染。 大豆种子灭菌与催芽的方法是将大豆种子用10%饱和双氧水浸 泡30分钟，并不时摇动，再用无菌水冲洗3 5次，播种到经过高温 灭菌并含有大豆培养基的培养皿里萌发，注意播种时的种胚朝向如附 图2所示，使胚根向下生长，附图2中6为胚胎(embryo) ， 7为胚 根(radicle)。播种应在超净工作台中操作，播入种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法，其特征在于包括以下步骤：　　　　（１）设计透明的栽培容器和生长介质；　　　　（２）种子灭菌和催芽，出芽后移苗到步骤（１）所述透明的栽培容器，保持植物根系在所述透明的生长介质中自然生长，用于三维激光扫描仪对根系扫描和观测。

【技术特征摘要】
1、一种用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法，其特征在于包括以下步骤(1)设计透明的栽培容器和生长介质；(2)种子灭菌和催芽，出芽后移苗到步骤(1)所述透明的栽培容器，保持植物根系在所述透明的生长介质中自然生长，用于三维激光扫描仪对根系扫描和观测。2、 根据权利要求1所述用于根系原位动态观察和测定的植物栽 培方法，其特征在于步骤(1)所述透明的栽培容器为圆柱形有机玻 璃容器，容器设置有一个可打开的盖子，盖子中间设置一个贯穿洞。3、 根据权利要求2所述用于根系原位动态观察和测定的植物栽培方法，其特征在于所述圆柱形有机玻璃容器高为20cm、直径为 12cm;贯穿洞直径为20mm的圆洞。4、 根据权利要求1所述用于根系原位动态观察和测定的植物栽 培方法，其特征在于步骤(1)所述透明的生长介质为透明培养基， 透明培养基是与植物适应的相应营养液与0.15%PhytagelTM的混合 物。5、 根据权利要求4所述用于根系原位动态观察和测定的植物栽 培方法，其特征在于所述相应营养液为改良的1/2Hoagland营养液， 组成为(liM): KNO32.5xl03， MgS04 '7H20 103， Ca(N03)2 2.5x...

【专利技术属性】
技术研发人员：方素琴，廖红，严小龙，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]