精品word)4植物根系和根际的研究方法第4章 植物根系和根际的研究方法第一节 植物根系的研究方法植物根系具有吸收和输送养分和水分、合成植物激素和其他有机物质、储存营养物质以及支撑植物使之固定于土壤中等多方面的作用.它是植物与外界环境之间进行物质交换的主要器官，因此它与植物营养有着密切的关系但植物根系的研究比地上部分的研究要困难的多.一、根系研究方法（一)钉板法：常用1、钉板的制作：小板:50cm×50cm，钉长5cm,钉距5cm大板：60cm×100cm,钉长5cm，钉距5cm2、取样3、清洗4、根系摄影与测定(二)容器法:容器种植主要研究根系生理或生态学特性.条件容易控制1、容器大小与根系体积适应2、种植盒的制作:（三）玻璃壁或玻璃管法：用探头观察根系生长情况.（四）多孔膜法：尼龙纤维多孔膜(孔径0.3m) 二、根系测定方法（一）根系形态特征及其测定方法根系形态特征包括根系体积、几何形状、长度、分布深度、根密度、分枝状况、根重、根表面积、根毛数量和根尖数等.根系形态与养分、水分的吸收能力有密切关系在植物营养研究中，常用的根形态参数主要有根重、根长、根表面积、根密度、根毛和根尖数等.1、根重根重对于表征根的总量是一个很好的参数，植物吸收养分的数量和速率通常用单位根重作参量。
根重分为根干重和根鲜重两种根干重对于养分和水分吸收不是个理想的参数，因为老而粗的根所占的重量很大,而吸收养分和水分的能力很小但当了解植物地下部的生产力时,干重常作为估计的标准.在估算根/冠比（R/S)时,也要用根干重.测定根干重的方法,一般采用烘干重量法在105oC条件下烘干10-20h或在60-70oC下烘干20h,称重根鲜重是个理想参数,在植物营养研究方面很有应用价值养分吸收大多用根鲜重作参量根鲜重容易测定，但准确程度与根外粘附水分有关，故受操作影响较大2、根长根长被定义为单位土壤表面积上根系的总长度（LA），计算公式为:LA＝总根长(cm)土壤表面积（cm2)当根长测定后，如已知根的平均直径，则可以推算根系表面积和根体积,也可用于计算养分吸收速率.所以,根长直接影响根系表面积的大小，而根表面积的多少与根系吸收面积直接相关.Barley（1970）把每单位土壤表面的根表面称为“根面积指数”根长的测定方法有：（1）直接法在一平底玻璃盘中，铺上带mm刻度的方格纸,其上用一块玻璃压平，然后倒少量水保持浅水层,将湿根置于其中,用镊子把根拉直，逐条测定其长度，最后累加即得.这种方法费时费事,比较复杂，一般不常用。
2）直接截距法直接截距法是Tennant（1975)发明的，是以根系与一定规格的方格纸上纵横线条的截点数来计算根长的方法根据交叉点数,按照经验公式计算如下：根长(cm）＝11交叉点数方格间距（cm）14式中：11/14×方格间距等于转换因子，对于1、2、5cm间距方格，转换因子分别为0.768、1.57、393；交叉点数为横截点数与纵截点数之和对于间距为1cm的方格纸，则根长（cm）＝11交叉点数14此法较直接法省时,测定的根长与实际根长之间有很好的相关性.3、根径(半径或直径)测定根径（根茎)的主要目的是了解土壤空隙大小与根系穿透潜力之间关系的信息,在一年生植物时，测定根径在大多情况下用来计算根表面积和根体积常用的测定方法有：(1)实际测定测定前,须先将根系浸泡在水中数小时,然后用带有测微计的显微镜直接对鲜根进行测定,对粗根可采用小手镜或千分尺卡测定如果一条根的直径上下有差别，则可按一定间距分别测定根据根的直径大小，可以将其进行分类（表1）,以便进一步研究表1 不同根茎根系粗细划分根茎（mm）粗细分类＜0.5很细05—2.0细20—5.0小5.0—10.0中10.0-200粗＞20.0很粗（2）估算法许多文献中均采用公式估算法。
将根系假设为均匀的圆柱体，按经验公式计算如下：ｒ＝式中：r=根半径(cm）；W=根鲜重（g）；L=根长（cm）；D=水的密度(g/cm3),π=3.1415926由于4ºC 时水的密度等于1g/cm3，则上式可简化为：ｒ＝ (Sumio & Barber，1983)4、根表面积根表面积被认为是表征根系对水分和养分吸收最好的参数之一,可以用以下两种方法进行测定1）直接计算法用根径和根长或根体积计算求得，公式如下：S＝2πrL式中：S=根表面积（cm2）；其它符号的含义同上.需要注意的是此法只能得到根表总面积，不能反映根系活力.(2）吸附法是通过根系的吸附作用进行间接估计根表面积，其结果与根系养分吸收量或吸收速率可能有关吸附法有染料法和滴定法，测定的是根系吸收面积染料法：把洗净的鲜根侵入染色溶液中（通常为002—5mg.L-1的亚甲基蓝溶液),轻轻搅动,保持一定时间后取出，用最初与最终染色溶液浓度之差即根系吸附的亚甲基量，来估计根表面积滴定法：把洗净、风干的植物根系侵入到3mol/LHCl溶液中3s，然后取出排去多余的酸后，置于一定量蒸馏水中浸提10min,用0.3mol.L-1NaOH标准溶液滴定，用消耗的NaOH毫升数作为总根表面容量(total capacity of root surface)。
这两种方法测定的是相对根表面积5、根密度是一个十分重要的参数，指每单位土壤容积（cm3）中根的总长度，表示为：LV=2式中：LV为根密度（cm/cm3），是三相平面上每单位截取的根轴算术平均数例如三个平面每平方厘米截取的根轴数分别为6、8、4,则LV=2（6+8+4）/3=126、根体积根体积是一种辅助参数，可与根系其它参数结合使用测定方法有：（1)计算法用平均根径和根长计算求得，公式如下:Ｖ＝πr2L式中：V为根体积(cm3），其它符号的含义同上此法估算的误差较大，故不常用.（2）排水法按照鲜根体积等于排出水的体积的原理，精确量取在植物营养研究中，根体积测定一般不普遍，因为少量大根系与大量小根系具有相同的体积7、根毛数根毛对于养料吸收具有特别重要的作用，主要表现在以下三方面1)维持土壤与根组织的紧密接触，形成土壤一水一根的连续体系2)穿透根土阻力能力强，可以穿透粘土吸收养分和水分如粘土之间的孔隙大小为10μm，而小麦根的平均直径为216μm，根毛直径为113）根毛对易扩散或迁移的养分起着特殊作用根毛对于增加磷的吸收有很大的作用,据研究（Barley 1970）,在土壤中有根毛比无根毛多吸收78%的磷，但在营养液中二者没有什么差别。
根毛的寿命一般为2—3周更新.根毛的长度、数量和密度与作物种类和土壤条件有关一般多数作物有根毛,少数作数无根毛或少根毛（洋葱和胡罗卜）根毛长度为05mm，直径为5-25μm(表2）.表2 六种植物根和根毛的特性（Barber 1984)植物根半径根毛数/cm根长根毛长根毛半径根毛表面积根表面积（mm）（mm）（μm)小麦010856007莴苣0.12412700304.81.6蓟菜0.0568900603.938番茄010716500.4345洋葱0.22511800041100.2胡萝卜010718100.044000.3根毛受通气、土壤微生物、土壤水分、土壤物理性质和土壤养分状况等环境条件的影响土壤有效磷含量高时根毛反而少，因此在低磷土壤中会吸收更多的磷8、根尖数除上述参数外，根尖数目也很重要某些养料如Ca2+、Mg2+、Fe2+等主要靠根的幼嫩组织吸收，因为这些组织的内皮层细胞壁尚未木栓化,离子容易透过9、根/冠比根/冠比(R/S）是地下部与地上部干重的比值，即R/S＝根系干重/地上部干重R/S是描述根系与地上部生长相互关系的参数，通过测定根/冠比,可以了解植物地下部与地上部的分布及二者之间的关系.也有人用其倒数即S/R比。
一般地S＞R，故R/S＜1在缺磷情况下,R/S增大植物根系的生长具有“趋肥性"，即根系能够迅速伸展到土壤养分相对丰富的地方,以扩大吸收养分的范围.在一定的土壤养分含量范围内，养分含量偏低，促进根系伸展而抑制地上部生长,R/S比较大；反之，养分含量偏高，根系较短,促进地上部生长，R/S比下降在植物营养研究实践中，根据研究目的选择测定根系参数.一般为了更好地解释有关数据,最好能测定多个参数进行比较,以求参数之间及与养分吸收效率之间的相关性，来确定取舍二）根系生理生化特性及其测定方法1、根的阳离子交换量植物根系的阳离子交换量（cation exchange capacity，简称CEC)是指每1000g干根所能吸收的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol(+）/kg），是根系的重要生理生化指标之一其大小与植物种类、品种、根细胞壁果胶的羧基含量等有关.测定方法：磨碎，盐酸处理,再用KCl交换，KOH溶液滴定据报道,根的CEC还与作物吸收难溶性磷的能力有关根的CEC大的作物，由于对Ca2+的吸收能力较强，故对难溶性磷的吸收也较大因此，有研究者把植株体中CaO/P2O5的比率视为作物利用难溶性磷（磷矿粉）的一个生理指标。
2、根系活力作物根系活力可以反映根系新陈代谢作用的强弱，根系代谢作用包括根系的呼吸作用、氧化力、酶活性等等衡量根系活力的指标主要有根系氧化力、酶活性、伤流液等1)根系氧化力根系氧化力是根系新陈代谢活动的一个重要指标一般测定α-萘胺氧化力.（2）根系的酶活性根系中过氧化物酶与脱氢酶的活性也是根系活力的一个指标,可以反映根系的衰老程度.（3）伤流液研究表明，水稻根伤流液的多少与根系活力有密切的关系在一定时间内测定伤流液的重量,是衡量根系活力一个较为简便的方法3、吸收速率或吸收量（1)根系养分吸收速率可用每天(或其它单位时间）每米根长（或每克鲜根重）所吸收的养分数量来表示平均吸收速率.瞬时吸收速率主要用于测定吸收动力学参数2)吸收动力学参数主要测定根系养分亲和力常数（Km）和最大吸收速率(Vmax），有时也测定临界浓度（Cmin）.（3）养分吸收量用每株或每克干物质所吸收的养分数量来衡量，可在不同生长发育时期或成熟期测定4、根系养分吸收动力学参数测定主要是测定根系对养分离子的吸收速率和两个动力学参数(Vmax,Km).先采用溶液培养的方法培育不同基因型幼苗,然后选取一定苗龄的植株（多数研究采用幼苗，也可以采用不同生育阶段的植物根系），在不同离子浓度的溶液中吸收一定时间后，测定其根系对养分的吸收速率。
根据Michaelis—Menten方程式,求解作物吸收某一养分的动力学参数采用的Michaelis-Menten方程式为：V＝VmCKm+ C式中：V＝离子的吸收速率，单位μmolg—1.h-1或pmolcm—1s-1Vmax＝离子的最大吸收速率，单位同VC＝根表面溶液中的离子浓度（mmolL—1）Km＝米氏常数或亲和力常数，单位同C当V=1/2Vmax时,1/2Vmax= Vmax C/（Km+C）,则Km = C，即当离子吸收速率等于最大吸收速率一半时，溶液中的离子浓度就。