[发明专利]一种土壤栽培条件下植物根系原位动态观测装置和系统及观测方法

说明书

技术领域

本发明属于根系生物学、植物营养学、土壤学、作物栽培学和植物生理学技术领域，具体涉及一种土壤栽培条件下植物根系原位动态观测装置、系统及植物根系原位动态观测方法。

背景技术

根系是植物从土壤等介质环境中吸收养分和水分的重要器官。对植物根系进行定量描述及分析，有助于准确的了解植物根系在土壤中的生长发育情况及其时空分布，这对农业生产实现优质、高产、养分高效利用具有重大意义。

由于土壤的不透明性，使用非扰动方法观察植物根系并非易事。人们为了弄清植物根系在土壤中生长与分布的真实情况，研究出了多种对根系进行观测的方法，对根系展开了系统深入的研究，并已取得了一定的突破，如US 2008/0028678 A1公开了一种可拆卸的以观察根系的栽培容器，CN 200994306Y公开了一种观察苗期玉米根系时空分布的装置等。然而现有的根系观测方法存在着许多不容忽视的问题：如钉板法、容器法、气培法、管栽法、网袋法等需要先进行破坏性取样,使根系与土壤分离开来，然后进行手工测量，或借助于专用仪器对根长、根数量、根级数、根体积、根表面积等形态参数（多数是平面数据）逐项进行人工辅助测量，整个取样和测量过程既耗时费力，而且容易出现根移位、断裂和水分逸失等问题，因此存在较大误差，很难实现准确测量。

非损伤性原位测量方法为在保持植物根系自然分布情况的前提下研究植物根形态及结构提供了可能。这些方法包括利用同位素示踪法、地下根室（如CN 200610011344）及微根管（如US 20060178269）进行的研究等，尽管这些手段不需要破坏性取样，免去了耗时费力的取样程序，但只能获得有限的原位观测数据，难以获得完整、准确空间形态数据。同时，许多非损伤性观测方法需借助一些价格昂贵的设备，如微根管法所需的微根管价格要4万美元。使用透明非土壤介质进行植物栽培，特别是以营养液供给植物养分的根系观测方法，已经得到了长足发展，为根系生物学的研究提供了大量重要数据和成果，不少研究者已经提出了许多基于非土壤介质的根系观测装置，这些装置应用了包括营养液培（如CN 200987313Y，CN 201094206Y）、琼脂培（CN101658107A）、营养袋纸培（CN 2532679Y）等技术。这些方法尽管能在不损伤根系的情况下使根完全暴露在视野中，被认为是一种便捷可行的根系构型原位定量化试验方法。但是，根系在上述介质中生长和在土壤中生长环境存在差异，受到的阻力小于土壤。

目前缺乏真正的在土壤栽培条件下，能对植物的根系进行多角度观测的装置及观测植物根系的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有植物根系观测技术的不足，提供一种结构简单、操作方便，能在土壤栽培条件下进行动态原位观测根系生长并实现根系图像可视化、根际环境可调控的根系原位观测装置。

本发明的另一目的是提供一种基于所述装置实现土壤栽培条件下植物根系原位动态观测系统。

本发明还有一个目的是提供基于所述装置和系统实现土壤栽培条件下植物根系原位动态观测的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

提供一种土壤栽培条件下植物根系原位动态观测装置，为植物根系生长的生长室，所述生长室包括设置于同一底板上的主室和若干分室，每一分室是由两个相对竖立于底板上的透明观察面和一个外侧面构成的框体空间，所有分室之间呈放射状接合，分室接合后所形成的连通各分室的空间构成主室。

优选地所述分室的个数为3或4个。

优选地，所述分室的透明观察面和外侧面为长方形玻璃，二者的长边长度相等、厚度相等。

作为优选的技术方案，所述观察面为60～100 cm长，30～50 cm宽，5～10 mm厚的长方形透明玻璃；外侧面为60～100 cm长，1～3cm宽，5～10 mm厚的长方形透明玻璃。

作为优选的方案之一，本发明所述装置中，所述底板上设置有水平插槽，底板的边缘上设置有侧面固定板；所述侧面固定板上设置有可固定观察面的竖直插槽，所述侧面固定板的个数与分室个数相同。观察面刚好可嵌入侧面固定板的竖直插槽与底板的水平插槽中，并得以很好地固定。