專(zhuān)利名稱(chēng)：利用根系有機(jī)酸分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種利用根系有機(jī)酸的分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法，屬于農(nóng)業(yè)工程技術(shù)和農(nóng)作物抗干旱能力的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子之一，磷缺乏嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，許多研究表明缺磷脅迫會(huì)增加植物根系有機(jī)酸分泌量，根系分泌的有機(jī)酸通過(guò)酸化、絡(luò)合或螯合作用以活化土壤中難溶性磷化合物如鈣磷、鐵磷和鋁磷，從而緩解磷脅迫。因此缺磷脅迫下植物根系分泌的有機(jī)酸含量的增加是對(duì)該環(huán)境脅迫的一種響應(yīng)機(jī)制，根系分泌的低分子量有機(jī)酸對(duì)許多根際過(guò)程如營(yíng)養(yǎng)的獲取，根際PH值的變化和根際微生物活性起著重要的作用，植物種類(lèi)對(duì)根系分泌有機(jī)酸的組成和含量具有顯著影響。蘋(píng)果酸、檸檬酸和草酸是植物根系分泌最常見(jiàn)的低分子量有機(jī)酸，這三種有機(jī)酸活化難溶性磷化合物的能力不同。許多研究表明有機(jī)酸對(duì)土壤磷提取能力有增強(qiáng)作用，然而有機(jī)酸的濃度與其提取磷含量之間的關(guān)系尚不明確。因此建立外源有機(jī)酸與土壤提取磷含量之間的關(guān)系模型，并將該模型應(yīng)用于根系分泌的有機(jī)酸對(duì)磷提取量的研究還未見(jiàn)報(bào)道。根系分泌物中的有機(jī)酸是土壤-植物-根際最活躍的碳循環(huán)方式，它們大部分(40%-80%)最初來(lái)源于光合作用固定的碳。缺磷脅迫下，根系分泌物中有機(jī)酸的組成和含量影響根系分泌有機(jī)酸的碳損失量，而有機(jī)酸本身所含有的碳原子數(shù)目也會(huì)影響根系分泌有機(jī)酸的碳損失量。因此，根系分泌有機(jī)酸的碳損失量需要綜合考慮其含量和碳原子數(shù)目進(jìn)行確定。缺磷脅迫下不同的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)磷提取的能力增強(qiáng)的效果不同，而其碳損失量則與根系分泌的有機(jī)酸組成和含量相關(guān)，因此根系分泌的有機(jī)酸以碳損失為代價(jià)提取磷的效果存在著差異，即不同植物的磷提取存在著經(jīng)濟(jì)性。根系分泌物中有機(jī)酸的收集采用CaCl2溶液收集，該方法能提高其中有機(jī)酸的測(cè)定精度。有機(jī)酸的分離純化利用陰陽(yáng)離子樹(shù)脂法。濃縮采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，這是一種最經(jīng)濟(jì)可行且常用的有效途徑，具有較高的回收率，能較好反映根系分泌物中的有機(jī)酸的實(shí)際含量。其他的收集方法還有基質(zhì)培收集，土壤溶液原位收集法等等，不同的收集方法滿(mǎn)足不同的實(shí)驗(yàn)需要，一般用于溶液培(水培)的多是利用CaCl2溶液收集；分離純化方法還有分子膜純化，冷凍干燥濃縮等等，但是這些方法相對(duì)成本較高，且操作本身復(fù)雜化，不利于推廣使用。目前有機(jī)酸的測(cè)定方法主要有高效液相色譜法，毛細(xì)管電泳法，氣相色譜法和生物酶選擇電極法等。從實(shí)用角度優(yōu)先選擇高效液相色譜法，該方法靈敏度高、檢測(cè)限低、操作簡(jiǎn)便快速、成本低。目前檢測(cè)植物缺磷生理及抗逆性的常用方法有以下三種:
1.葉片觀(guān)察法。這是一種最直觀(guān)、最簡(jiǎn)便的方法，作物受缺磷脅迫后也會(huì)引起特有的生理病征，許多植物直接表現(xiàn)在葉片上，如某些植物缺磷后葉片呈紅色或紫色，植株深綠，但是每種植物某種元素的病征不完全一致，而缺磷程度的不同，表現(xiàn)程度也不同。因此，該方法過(guò)于局限性，準(zhǔn)確性較差。2.植物理化實(shí)驗(yàn)指標(biāo)分析法。該方法主要包括植物體內(nèi)各種常見(jiàn)抗性指標(biāo)的測(cè)定如蛋白質(zhì)、脯氨酸含量的測(cè)定，各種酶如PEP羧化酶，蘋(píng)果酸脫氫酶，異檸檬酸脫氫酶等活性的測(cè)定。該方法能充分的反映植物對(duì)缺磷逆境生理脅迫的影響，但存在實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)步驟較繁瑣、工作量大、靈敏度較低等缺點(diǎn)。3.葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)分析法。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)被稱(chēng)為研究植物光合功能的快速、無(wú)損傷探針，目前廣泛應(yīng)用于植物逆境生理、產(chǎn)量預(yù)測(cè)、環(huán)境污染的檢測(cè)、遙感遙測(cè)等方面的研究，是一種較為理想的研究植物對(duì)缺磷脅迫的即時(shí)性方法，與紅外線(xiàn)氣體分析法一起用于表征植物的抗缺磷脅迫能力的強(qiáng)弱。該方法是現(xiàn)今用得最多的逆境生理與抗逆性的檢測(cè)方法，但儀器成本較高、參數(shù)較多且易于混淆、受外界環(huán)境影響大、不能反映植物體內(nèi)長(zhǎng)期的變化特征等問(wèn)題。上述方法都存在著各種不同的缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中不利于推廣與普及。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，開(kāi)發(fā)出一種相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低、靈敏度高的檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。利用植物根系分泌的有機(jī)酸變化特征來(lái)表征植物的抗缺磷脅迫能力可以定量植物抗缺磷脅迫能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供了一種利用根系有機(jī)酸的分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法，為不同植物的抗缺磷脅迫能力提供了可比性，方法簡(jiǎn)單、成本較低、
靈敏度高。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有以下步驟:
(1)選擇生長(zhǎng)狀況相似的植物幼苗，用正常配方的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)30天后隨機(jī)分兩組，一組繼續(xù)在正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)；另一組則在缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為30天;
(2)收集培養(yǎng)30天的兩組植物幼苗的根系分泌物，并分離純化和濃縮根系分泌物中的蘋(píng)果酸、檸檬酸、草酸這三種有機(jī)酸，測(cè)定這三種有機(jī)酸的含量；
(3)取出所述植物幼苗的根際土壤，風(fēng)干過(guò)篩后室溫保存得到風(fēng)干的根際土樣；配置單一的有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入于三份所述風(fēng)干的根際土樣中，振蕩后分別取各自的上清液，分析各自的上清液中的有效磷含量，建立各有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與相應(yīng)的上清液中的有效磷含量之間的關(guān)系模型；
(4)根據(jù)所述有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與有效磷含量之間的關(guān)系模型計(jì)算出根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力，得到正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力PEXn以及得到缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的 磷提取能力PEX s，計(jì)算缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力比正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力的增加比為:
權(quán)利要求
1.一種利用根系有機(jī)酸分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法，其特征是具有以下步驟: (1)選擇生長(zhǎng)狀況相似的植物幼苗，用正常配方的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)30天后隨機(jī)分兩組，一組繼續(xù)在正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)；另一組則在缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為30天; (2)收集培養(yǎng)30天的兩組植物幼苗的根系分泌物，并分離純化和濃縮根系分泌物中的蘋(píng)果酸、檸檬酸、草酸這三種有機(jī)酸，測(cè)定這三種有機(jī)酸的含量； (3)取出所述植物幼苗的根際土壤，風(fēng)干過(guò)篩后室溫保存得到風(fēng)干的根際土樣；配置單一的三種有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入于三份所述風(fēng)干的根際土樣中，振蕩后分別取各自的上清液，分析各自的上清液中的有效磷含量，建立各有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與相應(yīng)的上清液中的有效磷含量之間的關(guān)系模型； (4)根據(jù)所述有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與有效磷含量之間的關(guān)系模型計(jì)算出根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力，得到正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī) 酸對(duì)根際土壤的磷提取能力PEXn以及得到缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力PEX s，計(jì)算缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力比正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力的增加比為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用根系有機(jī)酸分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法，其特征是:步驟(3)中的單一有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置濃度為0-10 mmol/L，將三種單一有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液30 mL分別加入于三份均是3.0 g風(fēng)干的根際土樣中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種利用根系有機(jī)酸的分泌特征檢測(cè)植物抗缺磷脅迫能力的方法，將測(cè)定的有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液加入風(fēng)干的根際土樣中，建立有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與有效磷含量之間的關(guān)系模型；根據(jù)關(guān)系模型計(jì)算出根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力，并計(jì)算缺磷配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力比正常配方的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根際土壤的磷提取能力的增加比，再經(jīng)計(jì)算根系分泌的有機(jī)酸對(duì)磷提取的成本，判斷出不同植物抗缺磷脅迫能力的大小。本發(fā)明能定量檢測(cè)植物的抗缺磷脅迫的能力，不同植物的檢測(cè)結(jié)果具有可比性，不受任何時(shí)間和空間地理因素的影響，能長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)植物體內(nèi)生理的變化特征。
文檔編號(hào)G01N30/02GK103163238SQ20131005610
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者吳沿友, 趙寬, 趙玉國(guó), 邢德科 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)