專利名稱：測量水稻苗期根的構(gòu)型和形態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于研究水稻根系形態(tài)的方法，具體地說，涉及一種能夠簡便觀察和測量苗期水稻根的構(gòu)型和形態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
水稻是世界最重要的糧食作物之一，是現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生物研究的熱點作物。根系是植物吸收營養(yǎng)和水分的主要器官，不同的根型形態(tài)直接影響了植物水分養(yǎng)分的吸收、應(yīng)對環(huán)境脅迫的能力，會對植物的生長和生殖造成顯著差異。水稻的根系屬于須根系，有深根型和淺根型，深根型的品種大部分根系超過20厘米，可以吸收深層土壤中的水分；淺根型品種大部分根系集中在土壤表層，以吸收上層的水分和營養(yǎng)為主。不同品種和不同條件下水稻根的形態(tài)構(gòu)型千差萬別，因此研究水稻的根系構(gòu)型形態(tài)對優(yōu)良水稻品種的篩選、水稻抗逆機制的發(fā)掘等非常重要。但是，在自然生長條件下，由于土壤介質(zhì)的不透明性和環(huán)境條件的復(fù)雜性，很難進行原位的觀察和測量。迄今已有根系二維和三維結(jié)構(gòu)形態(tài)分析的報導(dǎo)，不過這些方法都針對性不強，且較為復(fù)雜不太適合大規(guī)模的實驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服水稻根系觀察和測定的局限性，提供一種簡易方便的二維水稻根系固定觀察和測定的方法，其利用一套簡易的二維根系生長栽培器，直接將水稻根系生長狀況進行圖像獲取，并結(jié)合電腦分析軟件，完成對水稻根系的形態(tài)構(gòu)型觀測和測定。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，提供一種水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法，包括下列步驟
(a)制作質(zhì)地透明、大小適宜的生長盒；
(b)制作大小合適便于放置生長盒的生長架；
(c)在生長盒內(nèi)灌透明培養(yǎng)基；
(d)將水稻種子催芽后，轉(zhuǎn)移到生長盒中，將生長盒放置在生長架上，一起放入高度合適的周轉(zhuǎn)箱中水培生長；
(e)采用高精度的掃描儀對生長盒進行圖像掃描。優(yōu)先的方案是，所述步驟(a)中的生長盒為方形透明盒子，其兩端均設(shè)有可取卸的蓋子，所述蓋子中間設(shè)圓孔，所述圓孔的直徑在0. 8 1. 2厘米。優(yōu)先的方案是，所述生長盒高9 12厘米，內(nèi)徑長10 15厘米，內(nèi)徑寬0.8 1. 2厘米。優(yōu)先的方案是，所述生長盒為方柱形有機玻璃盒子。優(yōu)先的方案是，所述步驟(b)中的生長架為用來放置生長盒的鋸齒形有機玻璃架子。優(yōu)先的方案是，所述步驟(b)中的生長架的長為27 32厘米，高為5 7厘米， 寬12 14厘米，所述生長架的中間設(shè)有至少兩根支撐架，在所述支撐架25 3. 5厘米高的位置設(shè)有若干個凹槽，每個凹槽對應(yīng)設(shè)置一個生長盒。優(yōu)先的方案是，所述步驟(C)中的透明培養(yǎng)基為瓊脂糖膠，質(zhì)量比的濃度為 0. 8% -1%。優(yōu)先的方案是，所述方法還包括步驟(f)所述步驟(f)是水稻發(fā)芽生長時需對苗子基部進行遮光處理，防止綠藻產(chǎn)生。優(yōu)先的是，灌膠時，先將不加蓋的生長盒整齊的豎直放置在小周轉(zhuǎn)箱中，倒入煮沸的瓊脂糖溶液，剛好沒過生長盒頂端。待瓊脂糖冷卻凝固后，將灌好膠的生長盒小心取出， 蓋上蓋子備用ο本發(fā)明較優(yōu)的實施方案是實現(xiàn)圖像掃描和形態(tài)分析的系統(tǒng)包括圖像獲取和根系圖像分析軟件等。具體功能包括生長盒平板圖像獲取可以由普通數(shù)碼相機、聯(lián)機CCD攝像頭、激光掃描儀等方式獲得。本發(fā)明優(yōu)先推薦采用激光掃描儀，因為掃描儀精度較大，位置固定，操作更方便，圖片之間可比性更強，適合于用圖像軟件進行分析。根系圖像分析軟件采用CIAS和WinRHIZO Tron MF或LA-S根系分析軟件，利用上述分析軟件對已獲取的圖像進行預(yù)處理、特征提取、圖像分析和處理后，就可以獲得根數(shù)目、表面積、長度、根角度、根直徑等數(shù)據(jù)。本發(fā)明的方法，具有以下優(yōu)點
1.該方法的裝置簡便廉價易獲??；
2.該方法省時省力，大大提高了研究效率；
3.本方法的操作簡單方便，快捷準確；
4.本發(fā)明首次提出以平板瓊脂糖膠加圖像掃描的方法來研究水稻根系形態(tài)構(gòu)型，尤其是對水稻深根性的研究，在水稻營養(yǎng)水分吸收、抗逆機制研究等方面具有重要的參考和應(yīng)用價值。本發(fā)明提供的專門針對水稻的二維根系生長栽培器，模擬自然條件下苗期水稻的根系構(gòu)型，并將水稻根系進行圖像獲取、軟件分析計算，從而方便快速地完成對水稻根系形態(tài)構(gòu)型的觀察和測量。另外，這種方法觀察到的數(shù)據(jù)與田間三維真實測定值之間有極高的相關(guān)性，因此能夠用這種方法來代表田間土壤介質(zhì)中的根系情況。下面實施例進一步描述本發(fā)明，但所述實施例僅用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。


圖1是生長盒的結(jié)構(gòu)示意2是生長架的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3本發(fā)明深根比的計算示意4是實施案例的培養(yǎng)20天的根系狀況示意圖
圖5是實施案例在培養(yǎng)35天時的根系示意圖，紅色夾角表示根系集中分布的區(qū)域。1-上蓋子；2-盒子；3-下蓋子；10-生長盒；11-上圓孔；31-下圓孔；20-生長架； 21-支撐架；22-凹槽；23-鋸齒形有機玻璃架子。
具體實施方式
如圖1所示，生長盒10為方形透明盒子，其兩端均設(shè)有可取卸的蓋子(1、3)，分為上蓋子1和下蓋子3，所述蓋子(1、3)的中間分別設(shè)有上圓孔11和下圓孔31，所述圓孔的直徑在0. 8 1. 2厘米，生長盒10的高9 12厘米，內(nèi)徑長10 15厘米，內(nèi)徑寬0. 8 1. 2厘米。如圖2所示，所述生長架20包括支撐架21和凹槽22和鋸齒形有機玻璃架子23， 所述支撐架21設(shè)在生長架20的中間，生長架20的長為27 32厘米，高為5 7厘米， 寬12 14厘米，所述生長架為用來放置生長盒的鋸齒形有機玻璃架子23，在所述支撐架 25 3. 5厘米高的位置設(shè)有若干個凹槽22，每個凹槽22對應(yīng)設(shè)置一個生長盒10。
實施例使用4個水稻品種作為供試材料。珍汕97B是國內(nèi)推廣范圍較大的秈稻品種， IRAT109是典型的旱稻品種，313和384是以珍汕97B和IRAT109為親本構(gòu)建的重組自交系個體。IRAT109具有優(yōu)良的抗旱性，是進行水稻水分脅迫抗性研究的通用材料。透明培養(yǎng)基為^witrogen公司的瓊脂糖膠，質(zhì)量比的濃度為1%。直接用自來水配置，不需要滅菌，不加營養(yǎng)物質(zhì)。煮沸后，冷卻至60°C左右即可灌膠。灌膠完成后，去除生長盒外面多余的培養(yǎng)基，蓋上蓋子等待備用。挑選整齊干凈的種子，加水后在催芽48小時。挑取露白的飽滿種子，胚朝下插入蓋子圓孔下的培養(yǎng)基中，以一半種子體積沒入膠中為宜。播種完畢后，將生長盒排列在生長架上，放在水溶液中培養(yǎng)，水的高度剛好沒過生長盒的為宜。環(huán)境條件為20°C暗(18:00-7:00) 光照(700-1800)，相對濕度 65%-75%。播種后1-12天，用自來水培養(yǎng)即可，12天后換作營養(yǎng)液。營養(yǎng)液按照國際水稻所的配方配制，根據(jù)生長情況，5天-10天更換一次。國際水稻所營養(yǎng)液配方
儲備液 1 (IL) :NH4N03 (97. 3g)，CaCl2 (88. 6g) 儲備液 2 (IL) :NaH2P04. 2H20(40. 3g)，K2S04(71. 4g) 儲備液 3 (IL) :MgS04. 7H20(324g),
儲備液4 (IL) :MnC12. 4H20 (1. 5g)，(NH4) 6Mo7024. 2H20 (0. 074g) ,H3B03 (0. 934g)， ZnS04. 7H20(0. 035g)，CuS04. 5H20(0. 031g)，F(xiàn)eC13. 6H20(7. 7g)，檸檬酸水合物(11. 9g)
培養(yǎng)液配置如配置IL培養(yǎng)液，以上儲備液各加1.25ml加入到IL水中(簡易操作力口 Iml儲備液)，并加入0. Iml的濃鹽酸調(diào)PH值，PH值在5. 5左右為宜。苗基部以下用黑色塑料布遮光，避免綠藻產(chǎn)生。根據(jù)需要，在不同生長時期進行拍照掃描，本案例在生長35天的時候進行圖像獲取。因為本案例主要的研究目標是水稻的深根性，而生長了 35天左右的水稻苗已經(jīng)完全脫離本身種子營養(yǎng)的影響，并且根系的狀態(tài)與成熟期具有很大的相關(guān)性，是進行根系形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察的適宜期。在研究水稻深根性時，需要保持原位狀態(tài)，所以將帶苗的生長盒整個放入掃描儀中掃描，掃描時設(shè)置正片方式獲取圖片。因為生長時間較長，根系有一些重疊，所以在測取其它數(shù)據(jù)時，需要將根系從培養(yǎng)基中取出，洗凈分散后再進行掃描。生長時間較短的(<20天)的水稻材料，
如圖3所示，無需將根系從生長盒中取出，直接掃描就可以進行圖像分析。將掃描得到的圖片用圖像分析軟件進行分析，根據(jù)根系的分布狀態(tài)，可觀察到根系集中分布的區(qū)域角度，如圖5所示，除此之外，與常規(guī)的根系分析軟件類似，還可以獲得根總長；根平均直徑； 根總面積；根總體積；根尖計數(shù)；分叉計數(shù)；交疊計數(shù)；根尖段長分布；根直徑等級分布參數(shù)等。分析圖像、分布圖、結(jié)果數(shù)據(jù)可保存，分析結(jié)果輸出至Excel表，可輸出分析標記圖，采用本發(fā)明方法得到的水稻根系圖片和數(shù)據(jù)見附圖4、5和附表1
表1不同生長狀態(tài)下深根性的比較 ___
權(quán)利要求
1.一種水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法，其特征在于，包括下列步驟(a)制作質(zhì)地透明、大小適宜的生長盒；(b)制作大小合適便于放置生長盒的生長架；(c)在生長盒內(nèi)灌透明培養(yǎng)基；(d)將水稻種子催芽后，轉(zhuǎn)移到生長盒中，將生長盒放置在生長架上，一起放入高度合適的周轉(zhuǎn)箱中水培生長；(e)采用高精度的掃描儀對生長盒進行圖像掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察方法，其特征在于，所述步驟(a)中的生長盒為方形透明盒子，其兩端均設(shè)有可取卸的蓋子，所述蓋子中間設(shè)圓孔，所述圓孔的直徑在0. 8 1. 2厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觀察方法，其特征在于，所述生長盒高9 12厘米，內(nèi)徑長 10 15厘米，內(nèi)徑寬0. 8 1. 2厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觀察方法，其特征在于，所述生長盒為方柱形有機玻璃盒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察方法，其特征在于，所述步驟(b)中的生長架為用來放置生長盒的鋸齒形有機玻璃架子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觀察方法，其特征在于，所述步驟(b)中的生長架的長為 27 32厘米，高為5 7厘米，寬12 14厘米，所述生長架的中間設(shè)有至少兩根支撐架， 在所述支撐架25 3. 5厘米高的位置設(shè)有若干個凹槽，每個凹槽對應(yīng)設(shè)置一個生長盒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察方法，其特征在于，所述步驟(c)中的透明培養(yǎng)基為瓊脂糖膠，質(zhì)量比的濃度為0.8% -1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察方法，其特征在于，所述方法還包括步驟(f)，所述步驟 (f)為水稻發(fā)芽生長時需對苗子基部進行遮光處理，防止綠藻產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡易方便的二維水稻根系固定觀察和測定的方法，其利用一套簡易的根系生長栽培器，直接將水稻根系生長狀況進行圖像獲取，并結(jié)合電腦分析軟件，完成對水稻根系的形態(tài)構(gòu)型觀測和測定，尤其適合水稻深根性的研究。其技術(shù)效果是，在水稻品種篩選、抗逆研究、水稻育種上具有重要的參考和應(yīng)用價值。
文檔編號A01G31/06GK102511365SQ20111042107
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者夏輝, 梅捍衛(wèi), 樓巧君, 羅利軍, 陳亮 申請人:上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心