植物营养研究法--根际研究法.ppt
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1、1根和根际的研究方法根和根际的研究方法 2第一节第一节 根系研究法根系研究法 一根系在植物生长中的作用一根系在植物生长中的作用1固固定定植植物物:摄摄取取、运运输输、贮贮藏藏营营养养物物质质,合合成成有有机机物质如氨基酸等物质如氨基酸等2植物地上部分根系生长是相互依赖、彼此协调植物地上部分根系生长是相互依赖、彼此协调(1)如如:如如果果剪剪去去菜菜豆豆的的一一半半叶叶片片或或一一半半根根系系,只只要要保保留留两两部部分分分分生生组组织织完完整整,则则过过一一段段时时间间后后根根/冠冠比比又又会恢复至原来数值。会恢复至原来数值。(2)原原因因:根根系系向向地地上上部部输输送送矿矿质质养养分分和和
2、水水分分,地地上上部部向向根根系系提提供供碳碳水水化化合合物物,根根系系合合成成部部分分有有机机物物,然后输送到地上部然后输送到地上部3二影响根系生长的因素二影响根系生长的因素 研研究究影影响响作作物物根根系系生生长长的的因因素素,进进而而调调节节这这些些因因素素,使使之之达达适适宜宜水水平平,促促进进根根系系生生长长,从从而而促促进进整个植株生长,最终获得理想的产量。整个植株生长,最终获得理想的产量。植物根系的生长和形态特征,植物根系的生长和形态特征,主要取决于主要取决于植物植物的的遗传特征遗传特征,不同植物,甚至同一植物不同品种,不同植物,甚至同一植物不同品种,其根系形态特征都会有很大差异
3、,外界环境,特别其根系形态特征都会有很大差异,外界环境,特别是土壤环境对根系生长也会产生很大影响。是土壤环境对根系生长也会产生很大影响。4(一)化学因素:(一)化学因素:1养分供应:根系具有趋肥性养分供应:根系具有趋肥性2低低pH与毒害元素:与毒害元素:Al、Mn、Fe、B(二)物理因素:二)物理因素:1机械阻力机械阻力2水分水分3通气通气4温度温度(三三)生生物物因因素素:一一般般情情况况下下,根根际际微微生生物物的的存存在在减减少少植植物物的的主主根根和和侧侧根根长长度度,减减少少侧侧根根数数量量,并并使使根毛长度的密度减少。根毛长度的密度减少。5三根系研究方法三根系研究方法 根根系系研研
4、究究:形形态态学学:根根数数、分分布布、根根重重、根根茎茎、根根表面积、体积表面积、体积 生理学生理学 解剖学解剖学 研究根系的难处:不象地上部,如何把根系不受研究根系的难处:不象地上部,如何把根系不受损伤地从土壤中取出是研究方法的关键所在;或者损伤地从土壤中取出是研究方法的关键所在;或者不把根系从土壤取出,而在其中直接观察;或者不不把根系从土壤取出,而在其中直接观察;或者不让根系与土壤接触,易于取出。让根系与土壤接触,易于取出。6(一)钉板法(一)钉板法 1方方法法简简介介:取取田田间间含含根根系系的的原原状状土土,用用钉钉板板固固定使根系保持在自然位置,洗去土壤,观察根系。定使根系保持在自
5、然位置,洗去土壤,观察根系。洗土:砂土或壤土洗土:砂土或壤土浸泡浸泡12h粘粘土土:干干燥燥分分散散:100度度干干燥燥、浸浸泡泡,焦焦磷磷酸酸钠钠使使胶粒分散胶粒分散 冷冻使分散:冷冻使分散:-25度度2应用:可以用于根的分布形态,还可研究其它应用:可以用于根的分布形态,还可研究其它形态指标。形态指标。7(二)容器法(根籍或根箱法)(二)容器法(根籍或根箱法)1方方法法介介绍绍:特特制制的的种种植植盆盆,一一面面或或几几面面是是透透明明的的玻玻璃璃,可可以以装装卸卸,外外覆覆使使不不透透明明,盆盆内内装装土土,种种植植植植物物,常常规规管管理理。由由于于温温度度对对根根系系生生长长影影响响较
6、较大大,若若为为了了保保持持种种植植盆盆内内温温度度与与田田间一致,可将盆子埋入土中。间一致,可将盆子埋入土中。观观察察项项目目:(1)生生长长动动态态:可可以以对对根根系系生生长长发发育育进进行行连连续续的的原位观察。透过玻璃直接观察。原位观察。透过玻璃直接观察。(2)其其它它观观察察:取取下下玻玻璃璃,结结合合钉钉板板法法或或直直接接冲冲洗洗,研研究究根根系形态、生理系形态、生理2局局限限性性:(1)容容器器空空间间有有限限,对对大大根根系系作作物物难难以以应应用用,只只能研究其苗期或根系较小的作物。能研究其苗期或根系较小的作物。(2)非自然条件下进行,但易操作和控制条件。)非自然条件下进
7、行,但易操作和控制条件。8(三)玻璃壁或玻璃管(三)玻璃壁或玻璃管 1方法:玻璃壁:土壤剖面上安置玻璃方法:玻璃壁:土壤剖面上安置玻璃根系观察室根系观察室 玻璃管:土壤中打孔,埋入玻璃管玻璃管:土壤中打孔,埋入玻璃管玻璃与土壤间空隙要用土填实玻璃与土壤间空隙要用土填实2观察方法:玻璃壁:直接观察观察方法:玻璃壁:直接观察玻璃管:借助潜望镜原理,外加放大镜玻璃管:借助潜望镜原理,外加放大镜3问题与优点:可以连续观测根系生长状况问题与优点:可以连续观测根系生长状况更接近自然状况更接近自然状况但玻璃壁处根系生长密度一般大于正常土壤中的生长密度。但玻璃壁处根系生长密度一般大于正常土壤中的生长密度。9(
8、四)同位素法(四)同位素法 1土土壤壤注注入入法法:在在土土壤壤不不同同位位置置,不不同同深深度度注注入入放放射射性性物物质质32P或或86Rb。经经过过一一段段时时间间后后测测定定地地上上部部分分的的放放射射性性强强度度,其其结结果果可可以以直直接接反反映映出出根根系系吸吸收收能能力大小。力大小。通通过过在在土土壤壤不不同同位位置置、不不同同深深度度注注入入放放射射性性元元素素,可可以以判判断断该该位位置置深深度度根根系系分分布布及及活活力力状状况况,多多点点布布样,可以构造出立体的根系活力分布图。样,可以构造出立体的根系活力分布图。102植植物物注注入入法法:从从植植物物地地上上部部茎茎基
9、基注注入入32P或或其其它它示示踪踪物物,经经一一定定时时间间从从根根系系分分布布区区一一定定部部位位取取原原状状土土样样品品,其其放放射射性性强强度度反反映映该该土土壤壤活活性性根根数数量量,多多点点取取样样可可了了解解活活性性物物质质根根的的分分布布状况。状况。3宏宏观观放放射射自自显显影影法法:用用带带有有机机玻玻璃璃板板的的根根籍籍培培养养植植物物,一一定定时时期期从从地地上上部部茎茎中中注注入入32P,3-5天天后后用用X光光胶胶片片在在有有机机玻玻璃璃面曝光,显影、定影,可得根系分布图。面曝光,显影、定影,可得根系分布图。优点:优点:1.简便直接,不需进行根土分离而直接测定。简便直
10、接,不需进行根土分离而直接测定。2测测定定的的是是有有吸吸收收活活力力的的根根,可可消消除除死死根根,休休眠眠根根或或其其它它植物根系的影响。植物根系的影响。11(五)多孔膜法(五)多孔膜法1方法介绍:方法介绍:(1)制制作作一一孔孔径径经经约约0.3um的的多多孔孔膜膜套套,该该膜膜可可以以允允许许养养分分、水、水、O2透过,而植物根系难以透过。透过,而植物根系难以透过。(2)把把膜膜套套水水平平埋埋入入20cm深深的的土土层层中中(该该层层植植物物根根系系分分布布最最多),套口露于地面。多),套口露于地面。(3)生长一定时间后取出膜套,可获得全株植物及其全部不)生长一定时间后取出膜套,可获
11、得全株植物及其全部不含土粒的根系,根系可用于各项研究。含土粒的根系,根系可用于各项研究。2优点:优点:(1)不不需需要要从从土土壤壤中中分分离离根根系系,避避免免了了根根系系损损失失,特特别别是是具具有根系活力的幼根的损失。有根系活力的幼根的损失。(2)可获得完整根系)可获得完整根系(3)环境条件和栽培措施更符合田间实际)环境条件和栽培措施更符合田间实际 1213四根参数四根参数(一)根数(一)根数意义:根据主根和侧根可以估计根长、根密度等意义:根据主根和侧根可以估计根长、根密度等测定:直接记数、扫描分析软件测定:直接记数、扫描分析软件(二)根重(二)根重意意义义:反反映映根根的的总总量量、植
12、植物物地地下下部部分分生生产产力力,不不能能反反映映根根系系吸收能力,特别是对于具有粗状主根的植物吸收能力,特别是对于具有粗状主根的植物测定:鲜重:洗净,用吸水纸吸干,称重测定:鲜重:洗净,用吸水纸吸干,称重干重:更准确、实用干重:更准确、实用(三)根茎(粗细)(三)根茎(粗细)意意义义:了了解解土土壤壤孔孔隙隙大大小小、根根系系穿穿透透能能力力、用用于于计计算算根根表表面面积、体积积、体积 实际中较少应用实际中较少应用测定:细根:显微镜的测微计;较粗:千分尺放大镜测定:细根:显微镜的测微计;较粗:千分尺放大镜 1415(四)根长与根密度(四)根长与根密度意义:单位体积土壤中根长,即意义:单位
13、体积土壤中根长,即根密度根密度是计算根系吸水量的最好参数。根是计算根系吸水量的最好参数。根密度对养分有效性、吸收能力很有意义密度对养分有效性、吸收能力很有意义比其它根参数更能反映养分吸收能力比其它根参数更能反映养分吸收能力测定测定()()直接法直接法:根系置于透明玻璃盘中,盘内加少量水,便于将根系分散,:根系置于透明玻璃盘中,盘内加少量水,便于将根系分散,用镊子将根拉直,不相重叠,上压一玻璃板,防根移动用镊子将根拉直,不相重叠,上压一玻璃板,防根移动 玻璃盘下垫一带玻璃盘下垫一带mm刻度的方格纸刻度的方格纸统计各根长度统计各根长度()()直线截获法直线截获法:前四步同上:前四步同上不是直接计根
14、长,而是计根与方格线交叉点数:根长转换系数不是直接计根长,而是计根与方格线交叉点数:根长转换系数交叉点数交叉点数方格间距方格间距()()根长测试仪根长测试仪()()计算机扫描,软件分析计算机扫描,软件分析:可同时获得根系的各种系数:可同时获得根系的各种系数16(五)(五)根表面积根表面积意义:表征根系吸收能力的最好参数之一意义:表征根系吸收能力的最好参数之一测定方法测定方法()()直接法直接法 :直接法:测出根的平均直径和长度,计算表面积:直接法:测出根的平均直径和长度,计算表面积:测出体积,计算表面积,测出的是根系总面积:测出体积,计算表面积,测出的是根系总面积()吸吸附附法法:植植物物对对
15、溶溶质质的的最最初初吸吸收收具具有有吸吸附附的的特特性性,假假定定这这时时根根系系表表面面均均匀匀地地覆覆盖盖了了一一层层吸吸附附物物质质的的单单分分子子层层,因因此此可可以以根根据根系对某种物质的吸附量来测定根系吸收面积。据根系对某种物质的吸附量来测定根系吸收面积。常常用用甲甲烯烯蓝蓝作作为为被被吸吸附附物物质质,已已知知mgmg甲甲烯烯蓝蓝成成单单分分子子层层时时占用占用1.11.1m m2 2,由此可求出根系的总吸收面积。由此可求出根系的总吸收面积。根根系系吸吸收收饱饱和和大大概概需需1.51.5minmin,再再吸吸附附1.51.5minmin的的量量可可表表示示正正活活跃吸收面积。跃
16、吸收面积。17(六)根体积(六)根体积意意义义:在在表表征征根根系系活活力力时时不不常常用用,因因为为具具有有吸吸收收能能力力的的根根部部位位主主要要是是小小根根,根根尖尖或或根根毛毛、少少量量粗粗大根的体积与大量小根相当。大根的体积与大量小根相当。测定:测定:排水法排水法18第二节根际的研究方法第二节根际的研究方法 一一根根际际是是指指受受植植物物根根系系生生理理活活动动的的影影响响,在在物物理理、化学、生物特性上不同于原土体的特殊土区。化学、生物特性上不同于原土体的特殊土区。根际范围很小,一般指距根表数毫米,根际范围很小,一般指距根表数毫米,mm根根际际土土与与原原土土的的不不同同:根根际
17、际是是土土壤壤植植物物根根微微生生物物三三者者相相互互作作用用的的场场所所,根根际际养养分分、pH、Eh、分分泌泌物物、微生物等原土均有不同。微生物等原土均有不同。研究意义:根际的变化对于根际内营养物质的转化研究意义:根际的变化对于根际内营养物质的转化 土壤养分的有效性。土壤养分的有效性。作物生长发育和抗逆性作物生长发育和抗逆性19二根际研究的难点二根际研究的难点 不象其它研究,根际研究是微区研究,不象其它研究,根际研究是微区研究,难度较大,进展缓慢,要求技术条件较高,难度较大,进展缓慢,要求技术条件较高,对微区研究的高分辨率,如何将根际土分离对微区研究的高分辨率,如何将根际土分离出来研究。出
18、来研究。20三研究方法三研究方法(一)根系表面特性的研究(一)根系表面特性的研究研究概况研究概况指指标标:(1)根根系系阳阳离离子子交交换换量量(CEC):着着重重于于阳阳离离子子交交换换能能力力的的物物理理化化学学性性质质,表表面面吸吸附附量量忽忽略略了了根根系生理活性与养分吸收的联系。系生理活性与养分吸收的联系。因此,因此,CEC与养分吸收相关性不一定很好,且与阳与养分吸收相关性不一定很好,且与阳离子种类、作物种类影响较大离子种类、作物种类影响较大 21(2)根系表观自由空间)根系表观自由空间“Apparent free space”养养分分离离子子进进入入根根系系的的两两条条通通道道:通
19、通过过细细胞胞膜膜的的主主动动运输、质外体。运输、质外体。AFS:根根系系内内部部的的细细胞胞间间隙隙和和细细胞胞壁壁微微纤纤维维中中的的空空隙隙,在在植植物物体体内内相相互互连连通通形形成成运运输输通通道道,允允许许水水分分和和溶溶液液自自由由移移动动,是是根根系系表表面面的的延延续续部部分分,或或视视为为“内表面内表面”。有研究结果表明:有研究结果表明:AFS中养分浓度与植物吸收养分中养分浓度与植物吸收养分量呈正相关。量呈正相关。222根系根系AFS的测定:的测定:原原理理:低低温温4度度下下,根根系系生生理理活活性性基基本本停停滞滞,此此时时放放入蒸馏水中根系入蒸馏水中根系AFS中的养分
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