專利名稱：一種植物¹³CO₂標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物原位收集裝置，用于精確研究植物根際微區(qū)域中根系分泌物的種類和分布特征。
背景技術(shù)：
根系分泌物是植物在生命活動過程通過根系中向外界環(huán)境分泌的各種有機(jī)化合物總稱，其成分主要包括有機(jī)酸、氨基酸、糖類和少量的酶類化合物等。大量研究表明，植物通過根系不斷分泌有機(jī)物，可實(shí)現(xiàn)植物與根際環(huán)境間的物質(zhì)、能量與信息交流，是植物響應(yīng)環(huán)境脅迫的一種重要方式。根系分泌物在根際養(yǎng)分釋放，重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化、解毒等過程具有重要作用，而要對根系分泌物在上述過程的作用機(jī)制有全面認(rèn)識，首先要了解根系分泌物的分泌過程及其組成特點(diǎn)。目前，其常用的根系分泌物研究采用水培或砂培的方法對植物進(jìn)行培養(yǎng)，通過收集培養(yǎng)液或者淋洗液對根系分泌物進(jìn)行收集、過濾、分離鑒定。這些方法雖然簡便，但忽視了土壤環(huán)境的影響，試驗(yàn)結(jié)果往往與實(shí)際土壤中根系分泌物狀況存在很大差異。在不破壞根系生長的前提下實(shí)現(xiàn)根系分泌物的原位收集分析一直是學(xué)術(shù)界的技術(shù)難題。采用傳統(tǒng)的方法研究土培條件下研究根系分泌有機(jī)酸的組成特點(diǎn)、在根際微域的分布特征等，很難將土壤自身的有機(jī)物與根系分泌的有機(jī)物區(qū)分開，影響研究結(jié)果的可靠性。穩(wěn)定性同位素標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用，為根際生態(tài)學(xué)的研究提供了重要途徑。穩(wěn)定性同位素標(biāo)記技術(shù)是研究全球氣候變化及森林管理對土壤碳(C)、氮(N)動態(tài)影響的有力手段，是加深對陸地生態(tài)系統(tǒng)重要C、N循環(huán)過程認(rèn)識的重要工具。近年來發(fā)展起來的13CO2植物(間接)標(biāo)記法在根際生態(tài)學(xué)研究中具有重要作用，其原理是先將植物暴露于穩(wěn)定性同位素富集的13CO2基質(zhì)中，使植物通過光合作用吸收13CO2產(chǎn)生的同化產(chǎn)物的一部分從地上部轉(zhuǎn)移到地下部再分泌到根際土壤中，從而可以追蹤碳在植物一土壤體系中的流動，以評價(jià)環(huán)境條件對碳流的影響。該方法在微生物生態(tài)學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用，Lu和Conrad(2005)利用13CO2作為標(biāo)記基質(zhì)跟蹤了植物光合碳進(jìn)入水稻根際產(chǎn)甲烷古菌的過程，揭示了 RC-I古菌在利用植物來源性碳生成甲烷的過程中所起的重要作用。目前，利用13CO2植物(間接) 標(biāo)記法研究植物根系分泌物的報(bào)道還沒有，也缺乏相應(yīng)的培養(yǎng)收集裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，可以將土壤自身的有機(jī)物與根系分泌物區(qū)分開，提高結(jié)果的可靠性，同時(shí)還可以精確定位不同根際微域中根系分泌物分布特征。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是植物130)2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置包括上部的標(biāo)記箱和下部的植物根箱兩大部分，標(biāo)記箱上設(shè)有空氣混合裝置和13CO2注射口，13CO2注射口配有密閉塞，植物根箱自左向右由尼龍網(wǎng)分隔成左土壤室、根系生長室和右土壤室三個(gè)室，在左土壤室和右土壤室中分別具有由尼龍網(wǎng)分隔成的若干個(gè)縱向隔層，在每個(gè)隔層和根系生長室中分別埋入微型土壤溶液收集器。通常,標(biāo)記箱米用透光性良好的有機(jī)玻璃制成,植物根箱米用PVC板制成,所用尼龍網(wǎng)的網(wǎng)孔小于25 u mo為了達(dá)到對植物不同根表距離土壤溶液的收集，同時(shí)，使植物在根系生長室能夠形成根墊，一般控制根系生長室的寬度為20mm,左、右土壤室的寬度分別為60 _。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小和成本低的特點(diǎn)，能夠在不破壞根系生長的前提下實(shí)現(xiàn)將土壤自身的有機(jī)物與根系分泌物分開，并精確定位和測定不同根際微域中根系分泌物分布特征。


圖I是植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置示意圖
圖中1.標(biāo)記箱，2.空氣混合裝置，3. 13CO2注射口，4.植物根箱，5.根系生長室，6.左土壤室，7.右土壤室，8.微型土壤溶液收集器，9.尼龍網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式參照圖I，本發(fā)明的植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，包括標(biāo)記箱 I和植物根箱4，圖示實(shí)例中，標(biāo)記箱I由5張透光性良好的有機(jī)玻璃板粘合而成，植物根箱 4采用黑色PVC板加工制成。在標(biāo)記箱I的上頂中心位置安裝空氣混合裝置2，在標(biāo)記箱I 的側(cè)板上部設(shè)置13CO2注射口 3，13CO2注射口 3配有橡皮密閉塞。植物根箱4自左向右用網(wǎng)孔尼龍網(wǎng)分隔成左土壤室6、根系生長室5和右土壤室7三個(gè)室，根系生長室的寬度為20_，左、右土壤室的寬度分別為60 _，左、右土壤室再分別用網(wǎng)孔<25Mm的尼龍網(wǎng)以2 mm間隔進(jìn)行分隔，隔成6個(gè)縱向隔層(0-10 mm近根際土及>IOmm遠(yuǎn)根際土),在每個(gè)隔層和根系生長室5中分別埋入微型土壤溶液收集器8，以實(shí)現(xiàn)對根際土 (根系生長室)、0-10 mm (2、4、6、8、10 mm)近根際土及遠(yuǎn)根際土(>10mm)的分別采集。微型土壤溶液收集器由荷蘭瓦赫寧根根際產(chǎn)品研究公司生產(chǎn)，型號為19. 21. 82，直徑1.0 mm，長12 cm,帶PEEK管、連接器以及保護(hù)蓋。使用時(shí)，在根系生長室5種植植物，將標(biāo)記箱I罩在植物根箱4上。白天通過CO2 注射器注入純度為99 %的13CO2，每隔I小時(shí)注射一次，每天8次，按每天40 mL (注射總體積)/10L (標(biāo)記箱體積)的比例進(jìn)行注射標(biāo)記，使植物通過光合作用吸收13CO2產(chǎn)生的同化產(chǎn)物的一部分從地上部轉(zhuǎn)移到地下部再分泌到根際土壤中，從而可以追蹤根系分泌物在植物一土壤體系中的流動以及在根際土、近根際土及遠(yuǎn)根際土的分布特征。注入13CO2后開啟空氣混合裝置2，將注入的13CO2與空氣混合均勻，然后關(guān)閉空氣混合裝置2。連續(xù)標(biāo)記10 天后收集土壤溶液。采用HPLC測定土壤溶液根系分泌物組成特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合自動餾分收集器收集分離的根系分泌物組分，利用氣相色譜-燃燒-同位素比率質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-c-IRMS) 測定各種根系分泌物中13C的豐度(8 13C)，則13C富集的有機(jī)組分為植物通過光合作用吸收 13CO2產(chǎn)生的同化產(chǎn)物經(jīng)根系分泌到根際土壤中的，從而可以確定根系分泌物的種類及在根際不同區(qū)域的分布特征。
權(quán)利要求
1.一種植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，其特征是它包括上部的標(biāo)記箱(I)和下部的植物根箱(4)，標(biāo)記箱(I)上設(shè)有空氣混合裝置(2)和13CO2注射口(3)， 13CO2注射口(3)配有密閉塞，植物根箱(4)自左向右由尼龍網(wǎng)分隔成左土壤室(6)、根系生長室(5 )和右土壤室(7 )三個(gè)室，在左土壤室(6 )和右土壤室(7 )中分別具有由尼龍網(wǎng)以2 mm間隔分隔成的若干個(gè)縱向隔層，在每個(gè)隔層和根系生長室(5)中分別埋入微型土壤溶液收集器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，其特征是標(biāo)記箱(I)由透明有機(jī)玻璃制成；植物根箱(4)由PVC板制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，其特征是尼龍網(wǎng)的網(wǎng)孔小于25 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置，其特征是根系生長室寬度為20 mm,左、右土壤室的寬度分別為60 mm。
全文摘要
本發(fā)明公開的植物13CO2標(biāo)記培養(yǎng)-根系分泌物收集一體化裝置包括上部的標(biāo)記箱和下部的植物根箱兩大部分，標(biāo)記箱上設(shè)有空氣混合裝置和配有密閉塞的13CO2注射口，植物根箱自左向右由尼龍網(wǎng)分隔成左土壤室、根系生長室和右土壤室，在左、右土壤室中分別具有由尼龍網(wǎng)分隔成的若干個(gè)縱向隔層，每個(gè)隔層和根系生長室中分別埋入微型土壤溶液收集器。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小和成本低的特點(diǎn)，能夠在不破壞根系生長的前提下實(shí)現(xiàn)根系分泌物的原位收集分析，從而確定來源于根系分泌的各類有機(jī)物種類及其在根際微域中的分布特征。
文檔編號G01N1/02GK102589923SQ20121002971
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者李廷強(qiáng), 楊肖娥, 狄貞珍 申請人:浙江大學(xué)