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专利名称：一种植物¹³CO₂标记培养-根系分泌物收集一体化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种植物13CO2标记培养-根系分泌物原位收集装置，用于精确研究植物根际微区域中根系分泌物的种类和分布特征。
背景技术：
根系分泌物是植物在生命活动过程通过根系中向外界环境分泌的各种有机化合物总称，其成分主要包括有机酸、氨基酸、糖类和少量的酶类化合物等。大量研究表明，植物通过根系不断分泌有机物，可实现植物与根际环境间的物质、能量与信息交流，是植物响应环境胁迫的一种重要方式。根系分泌物在根际养分释放，重金属形态转化、解毒等过程具有重要作用，而要对根系分泌物在上述过程的作用机制有全面认识，首先要了解根系分泌物的分泌过程及其组成特点。目前，其常用的根系分泌物研究采用水培或砂培的方法对植物进行培养，通过收集培养液或者淋洗液对根系分泌物进行收集、过滤、分离鉴定。这些方法虽然简便，但忽视了土壤环境的影响，试验结果往往与实际土壤中根系分泌物状况存在很大差异。在不破坏根系生长的前提下实现根系分泌物的原位收集分析一直是学术界的技术难题。采用传统的方法研究土培条件下研究根系分泌有机酸的组成特点、在根际微域的分布特征等，很难将土壤自身的有机物与根系分泌的有机物区分开，影响研究结果的可靠性。稳定性同位素标记技术的应用，为根际生态学的研究提供了重要途径。稳定性同位素标记技术是研究全球气候变化及森林管理对土壤碳(C)、氮(N)动态影响的有力手段，是加深对陆地生态系统重要C、N循环过程认识的重要工具。近年来发展起来的13CO2植物(间接)标记法在根际生态学研究中具有重要作用，其原理是先将植物暴露于稳定性同位素富集的13CO2基质中，使植物通过光合作用吸收13CO2产生的同化产物的一部分从地上部转移到地下部再分泌到根际土壤中，从而可以追踪碳在植物一土壤体系中的流动，以评价环境条件对碳流的影响。该方法在微生物生态学研究中得到广泛应用，Lu和Conrad(2005)利用13CO2作为标记基质跟踪了植物光合碳进入水稻根际产甲烷古菌的过程，揭示了 RC-I古菌在利用植物来源性碳生成甲烷的过程中所起的重要作用。目前，利用13CO2植物(间接) 标记法研究植物根系分泌物的报道还没有，也缺乏相应的培养收集装置。

发明内容
为了解决上述技术难题，本发明的目的是提供一种植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，可以将土壤自身的有机物与根系分泌物区分开，提高结果的可靠性，同时还可以精确定位不同根际微域中根系分泌物分布特征。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是植物130)2标记培养-根系分泌物收集一体化装置包括上部的标记箱和下部的植物根箱两大部分，标记箱上设有空气混合装置和13CO2注射口，13CO2注射口配有密闭塞，植物根箱自左向右由尼龙网分隔成左土壤室、根系生长室和右土壤室三个室，在左土壤室和右土壤室中分别具有由尼龙网分隔成的若干个纵向隔层，在每个隔层和根系生长室中分别埋入微型土壤溶液收集器。通常,标记箱米用透光性良好的有机玻璃制成,植物根箱米用PVC板制成,所用尼龙网的网孔小于25 u mo为了达到对植物不同根表距离土壤溶液的收集，同时，使植物在根系生长室能够形成根垫，一般控制根系生长室的宽度为20mm,左、右土壤室的宽度分别为60 _。本发明装置具有结构简单、占地面积小和成本低的特点，能够在不破坏根系生长的前提下实现将土壤自身的有机物与根系分泌物分开，并精确定位和测定不同根际微域中根系分泌物分布特征。


图I是植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置示意图
图中1.标记箱，2.空气混合装置，3. 13CO2注射口，4.植物根箱，5.根系生长室，6.左土壤室，7.右土壤室，8.微型土壤溶液收集器，9.尼龙网。
具体实施例方式参照图I，本发明的植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，包括标记箱 I和植物根箱4，图示实例中，标记箱I由5张透光性良好的有机玻璃板粘合而成，植物根箱 4采用黑色PVC板加工制成。在标记箱I的上顶中心位置安装空气混合装置2，在标记箱I 的侧板上部设置13CO2注射口 3，13CO2注射口 3配有橡皮密闭塞。植物根箱4自左向右用网孔尼龙网分隔成左土壤室6、根系生长室5和右土壤室7三个室，根系生长室的宽度为20_，左、右土壤室的宽度分别为60 _，左、右土壤室再分别用网孔<25Mm的尼龙网以2 mm间隔进行分隔，隔成6个纵向隔层(0-10 mm近根际土及>IOmm远根际土),在每个隔层和根系生长室5中分别埋入微型土壤溶液收集器8，以实现对根际土 (根系生长室)、0-10 mm (2、4、6、8、10 mm)近根际土及远根际土(>10mm)的分别采集。微型土壤溶液收集器由荷兰瓦赫宁根根际产品研究公司生产，型号为19. 21. 82，直径1.0 mm，长12 cm,带PEEK管、连接器以及保护盖。使用时，在根系生长室5种植植物，将标记箱I罩在植物根箱4上。白天通过CO2 注射器注入纯度为99 %的13CO2，每隔I小时注射一次，每天8次，按每天40 mL (注射总体积)/10L (标记箱体积)的比例进行注射标记，使植物通过光合作用吸收13CO2产生的同化产物的一部分从地上部转移到地下部再分泌到根际土壤中，从而可以追踪根系分泌物在植物一土壤体系中的流动以及在根际土、近根际土及远根际土的分布特征。注入13CO2后开启空气混合装置2，将注入的13CO2与空气混合均匀，然后关闭空气混合装置2。连续标记10 天后收集土壤溶液。采用HPLC测定土壤溶液根系分泌物组成特点，同时结合自动馏分收集器收集分离的根系分泌物组分，利用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用法(GC-c-IRMS) 测定各种根系分泌物中13C的丰度(8 13C)，则13C富集的有机组分为植物通过光合作用吸收 13CO2产生的同化产物经根系分泌到根际土壤中的，从而可以确定根系分泌物的种类及在根际不同区域的分布特征。
权利要求
1.一种植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，其特征是它包括上部的标记箱(I)和下部的植物根箱(4)，标记箱(I)上设有空气混合装置(2)和13CO2注射口(3)， 13CO2注射口(3)配有密闭塞，植物根箱(4)自左向右由尼龙网分隔成左土壤室(6)、根系生长室(5 )和右土壤室(7 )三个室，在左土壤室(6 )和右土壤室(7 )中分别具有由尼龙网以2 mm间隔分隔成的若干个纵向隔层，在每个隔层和根系生长室(5)中分别埋入微型土壤溶液收集器(8)。
2.根据权利要求I所述的植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，其特征是标记箱(I)由透明有机玻璃制成；植物根箱(4)由PVC板制成。
3.根据权利要求I所述的植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，其特征是尼龙网的网孔小于25 μ m。
4.根据权利要求I所述的植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置，其特征是根系生长室宽度为20 mm,左、右土壤室的宽度分别为60 mm。
全文摘要
本发明公开的植物13CO2标记培养-根系分泌物收集一体化装置包括上部的标记箱和下部的植物根箱两大部分，标记箱上设有空气混合装置和配有密闭塞的13CO2注射口，植物根箱自左向右由尼龙网分隔成左土壤室、根系生长室和右土壤室，在左、右土壤室中分别具有由尼龙网分隔成的若干个纵向隔层，每个隔层和根系生长室中分别埋入微型土壤溶液收集器。该装置具有结构简单、占地面积小和成本低的特点，能够在不破坏根系生长的前提下实现根系分泌物的原位收集分析，从而确定来源于根系分泌的各类有机物种类及其在根际微域中的分布特征。
文档编号G01N1/02GK102589923SQ20121002971
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者李廷强, 杨肖娥, 狄贞珍 申请人:浙江大学