專利名稱：配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物固體培養(yǎng)裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種配置非均勻養(yǎng)分或物質(zhì)供應(yīng)的瓊脂固體培養(yǎng)平板的裝置及應(yīng)用方法。該裝置適用于植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、植物生理學(xué)以及環(huán)境科學(xué)中需要對(duì)植物特定器官以及根系特定組織區(qū)段原位地進(jìn)行局部藥物或養(yǎng)分處理的研究。 特別適用于探討主根系植物幼苗對(duì)植株不同區(qū)域供應(yīng)或缺失各種養(yǎng)分及水溶性物質(zhì)的響應(yīng)特征和調(diào)控機(jī)理。
背景技術(shù)：
植物根系具有養(yǎng)分化學(xué)趨向性以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境趨利避害，而各種養(yǎng)分或污染物在土壤中的分布多是不均勻的。為了研究土壤中分布不均的養(yǎng)分對(duì)植物生長(zhǎng)的影響和調(diào)控需要相應(yīng)的裝置來模擬土壤環(huán)境，能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)原位地對(duì)植物根系不同組織部位特異性供應(yīng)某些物質(zhì)。另外，近年來，一些養(yǎng)分及其他物質(zhì)通過大氣沉降進(jìn)入植物體內(nèi)進(jìn)而調(diào)控植物生長(zhǎng)日益引起人們重視，成為新的研究方向。如，植物可以通過葉片吸收大氣沉降的氮。這些通過葉片進(jìn)入植物體內(nèi)的養(yǎng)分其吸收、代謝過程與植物根系吸收代謝的過程不盡相同，對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響和其內(nèi)在調(diào)控機(jī)制也不同。為了更深入地研究這些內(nèi)在機(jī)制， 必須開發(fā)特定的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)植物不同器官的養(yǎng)分供應(yīng)。模式植物擬南芥是深入研究以上機(jī)理的理想材料，而現(xiàn)階段并沒有配合擬南芥幼苗進(jìn)行非均勻養(yǎng)分供應(yīng)的特定裝置。將普通的方形培養(yǎng)皿用于以上研究，需要在配置好的整塊基礎(chǔ)培養(yǎng)基上割出3-4mm寬的溝，之后將高養(yǎng)分溶液添加到相應(yīng)的瓊脂塊表面，靜置M小時(shí)使添加溶液充分?jǐn)U散后使 MCZhang and Forde, 1998; Zhang et al.，1999; Remans et al.，2006)。這禾中方法不僅操作繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，易染菌。而且添加的高濃度養(yǎng)分難以精確定量，不易擴(kuò)散均勻，重復(fù)間誤差大。同時(shí)，僅用空氣溝來隔離不同的瓊脂塊，無法完全杜絕上層培養(yǎng)塊中水溶性養(yǎng)分向下層流失滲透。故十分需要針對(duì)擬南芥設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)植物不同器官、不同組織部位進(jìn)行原位非均勻養(yǎng)分供應(yīng)的培養(yǎng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)問題，設(shè)計(jì)提供了一種特別適用于對(duì)擬南芥等主根系植物幼苗進(jìn)行不同器官和不同組織部位局部養(yǎng)分供應(yīng)的裝置和應(yīng)用方法。該裝置使用簡(jiǎn)單方便，配置過程時(shí)間短，各個(gè)培養(yǎng)塊內(nèi)部成分均勻，不易擴(kuò)散。技術(shù)方案配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置，包括培養(yǎng)皿和分隔板，所述培養(yǎng)皿由上蓋和底蓋組成，底蓋的內(nèi)腔設(shè)有一組卡槽，分隔板與卡槽密封插接，以分隔板為界，將底蓋內(nèi)腔隔成若干獨(dú)立的空間。
所述培養(yǎng)皿為方形，底蓋上設(shè)有至少兩條低于培養(yǎng)皿底蓋高度的卡槽。所述隔離板為底部及兩側(cè)拋過光的玻璃條，且隔離板的厚度與卡槽內(nèi)寬相等，長(zhǎng)度與培養(yǎng)皿底蓋等長(zhǎng)，隔離板可以插入培養(yǎng)皿底蓋上任一卡槽中，起隔離培養(yǎng)基的作用。配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置的應(yīng)用方法，步驟為根據(jù)所需培養(yǎng)基的種類數(shù)量n，選取η — 1塊隔離板插入卡槽內(nèi)，將各組分培養(yǎng)基混合均勻直接倒入相應(yīng)部位的培養(yǎng)皿底蓋空間內(nèi)，待培養(yǎng)基完全冷卻凝固后，拔出分隔板即可。分隔板可以重復(fù)利用。有益效果本發(fā)明裝置使用簡(jiǎn)便快捷；倒出的培養(yǎng)基各分塊內(nèi)部成分均勻，培養(yǎng)基凝固即可使用，無需擴(kuò)散；局部添加的養(yǎng)分量精確，易重復(fù)；卡槽可在底部阻止上部培養(yǎng)基組分隨水分向下層擴(kuò)散滲透，隔離效果好；該裝置不僅適用于對(duì)植物根系特異根段區(qū)域進(jìn)行選擇性的養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)，更適用于對(duì)植物地上部或全根某一特定器官進(jìn)行原位的養(yǎng)分供應(yīng)或其他藥物處理，使研究更貼近植物生長(zhǎng)的實(shí)際情況。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1 本裝置的組裝截面圖，圖中1培養(yǎng)皿上蓋、2培養(yǎng)皿底蓋，3卡槽，4分隔板。圖2 本裝置底蓋的俯視圖，圖中2培養(yǎng)皿底蓋，3卡槽。圖3 用發(fā)明裝置配置地上部養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基(Α)、地下部養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基(B)、成熟區(qū)養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基(C)和側(cè)根分根培養(yǎng)基(D)；
圖4 本發(fā)明裝置配置的非均勻養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基各培養(yǎng)塊內(nèi)部成分均勻。其中，A用本裝置配置好的培養(yǎng)基；B以往方法配制的非均勻養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基；C以往方法配制的非均勻培養(yǎng)基靜置擴(kuò)散2 d； D C圖中白色箭頭所指不均勻區(qū)域的放大圖像。圖5 本發(fā)明裝置配置局部養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)板的擴(kuò)散滲透性檢測(cè)。其中，A、B為開始豎直放入溫室培養(yǎng)前；C、D為放入溫室豎直培養(yǎng)1 d;E、F為豎直放入溫室培養(yǎng)5 d;A、C、E 為新裝置配置的非均勻養(yǎng)分培養(yǎng)基；B、D、F分別是A、C、E圖中紅色箭頭所指區(qū)域的放大圖像。圖6 應(yīng)用本裝置研究擬南芥幼苗對(duì)地上部供銨和根部供銨的響應(yīng)。其中，A為地上部供銨對(duì)擬南芥幼苗的影響；B為地下部供銨對(duì)擬南芥幼苗的影響。圖7 應(yīng)用本裝置研究擬南芥幼苗對(duì)根部根尖和成熟供銨的響應(yīng)。圖8 應(yīng)用本裝置研究擬南芥幼苗對(duì)側(cè)根分根供銨的響應(yīng)。其中，A單側(cè)側(cè)根供銨對(duì)擬南芥?zhèn)雀L(zhǎng)度的影響；B單側(cè)側(cè)根供銨對(duì)擬南芥二級(jí)側(cè)根長(zhǎng)度的影響。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
本發(fā)明裝置如圖1所示，使用時(shí)根據(jù)所需培養(yǎng)基的種類數(shù)量n，選取η — 1塊隔離板插入卡槽內(nèi)，將各組分培養(yǎng)基混合均勻直接倒入相應(yīng)部位的培養(yǎng)皿底蓋空間內(nèi)，待各個(gè)部分的培養(yǎng)基冷卻凝固后拔出分隔板。如圖3所示，選取其中一個(gè)卡槽插入分隔板將培養(yǎng)皿分隔為上下兩部分，在上部倒入高銨培養(yǎng)基，下部倒入正常培養(yǎng)基可配成地上部供銨培養(yǎng)基。反之，可制成用于全根供銨和根尖供銨的培養(yǎng)基。取兩個(gè)分隔板插入相距約2 cm的兩個(gè)卡槽內(nèi)，將培養(yǎng)皿隔成上中下三部分，在中部倒入高銨培養(yǎng)基，上下兩部倒入正常培養(yǎng)基，可制成根部成熟區(qū)供銨培養(yǎng)基。取兩個(gè)分隔板反別插入距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)卡槽內(nèi)將培養(yǎng)皿隔成左中右三部分，在左右兩部倒入高銨培養(yǎng)基，中部倒入正常培養(yǎng)基可以制成側(cè)根分根培養(yǎng)板(詳見例2，3)。
實(shí)施例2
以配置地上部供應(yīng)高濃度銨養(yǎng)分的局部養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)基為例，并在含高濃度銨離子的高養(yǎng)分培養(yǎng)基內(nèi)添加百里酚藍(lán)使其呈現(xiàn)藍(lán)色以區(qū)別于正常組分的培養(yǎng)塊。從圖4中可以看出，用該發(fā)明裝置配置的培養(yǎng)基其高養(yǎng)分培養(yǎng)塊內(nèi)部成分非常均勻，并且不需要靜置擴(kuò)散， 冷凝后即可使用，節(jié)省大量時(shí)間。同時(shí)，由于培養(yǎng)基各個(gè)培養(yǎng)塊的組分是在倒板之前就按液體比例加入并混勻，因此，其高養(yǎng)分或物質(zhì)含量添加精確，重現(xiàn)性好。將配置好的培養(yǎng)板模擬植物培養(yǎng)條件豎直放入溫室培養(yǎng)，從圖5中可以看出，用該裝置配置的培養(yǎng)板，由于其內(nèi)部各個(gè)培養(yǎng)塊之間有較低的卡槽在底部隔開培養(yǎng)基，上部的培養(yǎng)塊組分不會(huì)隨水分等向下部得培養(yǎng)塊擴(kuò)散滲透。即使放置20 d，依然沒有發(fā)現(xiàn)裸眼可見的擴(kuò)散。很好地解決了研究局部養(yǎng)分供應(yīng)時(shí)存在的擴(kuò)散滲透問題，保持了各個(gè)培養(yǎng)塊組分的穩(wěn)定，從而，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀真實(shí)。
實(shí)施例3
多數(shù)養(yǎng)分離子及其他物質(zhì)既可以通過根部吸收進(jìn)入植物體內(nèi)也可以通過地上部葉片進(jìn)入植物體內(nèi)，特別是銨態(tài)氮。植物不同器官吸收的外源銨到達(dá)植物體內(nèi)的不同部位，參與不同的代謝過程，那么他們對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響是否一樣，植物體是否是通過相同的分子生理途徑響應(yīng)不同器官吸收的外源銨呢？為了解決類似疑問需要在實(shí)驗(yàn)室模擬植物不同器官接觸吸收外源養(yǎng)分的方法。用本發(fā)明裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)這一模擬。以銨為例說明。 1)地上部供銨，即對(duì)擬南芥幼苗地上部包括葉子和莖供銨，而根部并不接觸到高銨。2)根部供銨，是指對(duì)擬南芥苗根部整體供銨，而地上部并不接觸高銨。按照例1所述配好相應(yīng)的培養(yǎng)基。挑選已經(jīng)在正常培養(yǎng)基上良好生長(zhǎng)5 d左右長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗按照要求移植于培養(yǎng)板上即可。移好苗后，蓋上培養(yǎng)皿蓋子，用封口膜封口后，垂直置于生長(zhǎng)室中生長(zhǎng)5 d后，取
樣分析。生長(zhǎng)室培養(yǎng)條件為，16:8 h光周期，溫度為23士 1 °C，日光燈強(qiáng)度約為100 umol
-2 -1 m s
擬南芥幼苗在用新方法配制出來的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好，個(gè)體間重現(xiàn)性良好。表明此培養(yǎng)裝置本身對(duì)幼苗生長(zhǎng)無影響，可以用于科學(xué)研究。從本例結(jié)果來看，地上部供銨和根部供銨對(duì)擬南芥幼苗影響有很大差異。雖然地上部供銨和根部供銨都顯著地抑制了根系的生長(zhǎng) (圖6)，但地上部主要是減少側(cè)根的數(shù)量進(jìn)而降低側(cè)根的長(zhǎng)度(圖6A)，而根部供銨并不抑制側(cè)根的數(shù)量而是抑制側(cè)根的伸長(zhǎng)(圖6B)。地上部供銨對(duì)主根長(zhǎng)度的抑制強(qiáng)度要弱于地下部供銨(圖6A&B)。這種地上部和根部供銨對(duì)植物根系產(chǎn)生的不同影響，是用以往整體培養(yǎng)基培養(yǎng)過程無法發(fā)現(xiàn)和研究的。兩種不同供銨方式在表型上的差異很可能暗示著其內(nèi)部不同的調(diào)控途徑和分子機(jī)制。我們應(yīng)用新裝置首次提出了地上部養(yǎng)分物質(zhì)對(duì)植物特別是根系發(fā)育的調(diào)控研究思路。新裝置的發(fā)明為類似的探索研究提供了可能。
實(shí)施例4
植物根系依據(jù)其功能不同被劃分為多個(gè)組織區(qū)段，不同區(qū)段對(duì)環(huán)境的響應(yīng)靈敏性和特征都可能會(huì)有不同。因此，有必要對(duì)根的不同區(qū)段進(jìn)行特異性養(yǎng)分或其他藥物處理。用本發(fā)明裝置可以簡(jiǎn)捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)擬南芥幼苗根尖或成熟兩個(gè)特定區(qū)域進(jìn)行局部養(yǎng)分或其他物質(zhì)供應(yīng)處理。1)根尖供銨，即只有根尖前端2 mm那段區(qū)域接觸高銨，地上部和根的其他區(qū)段貼于正常培養(yǎng)基表面；2)成熟區(qū)供銨，是指除根尖以外的根段都貼于高銨培養(yǎng)基表面，根尖和地上部分別貼于下部和上部的正常培養(yǎng)基。按照例1配好所需的培養(yǎng)板，根據(jù)要求移苗即可。溫室培養(yǎng)數(shù)天后可以發(fā)現(xiàn)，根尖供銨顯著抑制根系生長(zhǎng)(圖7)，但成熟區(qū)供銨對(duì)主根生長(zhǎng)沒有抑制，通過對(duì)擬南芥幼苗實(shí)施根部局部區(qū)域供銨可以發(fā)現(xiàn)，高銨對(duì)根系生長(zhǎng)的抑制是一種必需通過根尖介導(dǎo)的局部效應(yīng)，根尖是根系感受高銨抑制的主要位點(diǎn)。
實(shí)施例5
側(cè)根不僅是植物根系重要的組成部分，而且，由于側(cè)根發(fā)育不像主根那樣由胚前和胚后發(fā)育階段共同決定，完全由胚后發(fā)育決定，因而具有更強(qiáng)的環(huán)境可塑性。研究側(cè)根對(duì)不均勻分布養(yǎng)分的響應(yīng)特征是十分必要的。本發(fā)明裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一株苗的不同側(cè)根進(jìn)行兩側(cè)不同養(yǎng)分濃度的供應(yīng)實(shí)驗(yàn)，即側(cè)根分根供銨。是指對(duì)長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)牡谝?、第二條側(cè)根進(jìn)行一側(cè)高銨處理。按例1所述配置好側(cè)根分根培養(yǎng)板，先將在正常培養(yǎng)基上生長(zhǎng)6 d的擬南芥苗自第二條可見側(cè)根以下的主根段全部減去，移至新鮮正常培養(yǎng)基上恢復(fù)生長(zhǎng)3 d之后選取留下的兩條側(cè)根長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)挠酌缫浦羵?cè)根分根培養(yǎng)板上，使兩條側(cè)根分別置于空氣溝分隔左右兩側(cè)的培養(yǎng)基上，地上部不與高銨培養(yǎng)基接觸。垂直放置溫室生長(zhǎng)5 d。分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，接觸高銨的側(cè)根長(zhǎng)度依然受到明顯抑制，與對(duì)照相比，其相對(duì)長(zhǎng)度下降了 62.0%。而不接觸高銨的異側(cè)部分，其側(cè)根長(zhǎng)度與對(duì)照并沒有差異(圖8)。該結(jié)果也再次證明了根部高銨對(duì)側(cè)根長(zhǎng)度的抑制需要側(cè)根特別是側(cè)根根尖與高銨直接接觸。 直接接觸高銨培養(yǎng)基的高養(yǎng)分培養(yǎng)區(qū)域二級(jí)側(cè)根長(zhǎng)度受到極顯著抑制，而未接觸高銨培養(yǎng)基的正常養(yǎng)分培養(yǎng)區(qū)域二級(jí)側(cè)根長(zhǎng)度顯著增加，促進(jìn)作用明顯。通過實(shí)例可以看出，該新裝置可以非常方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)基不同區(qū)塊供應(yīng)不同濃度和種類的養(yǎng)分離子，十分適合用以研究特定區(qū)域供應(yīng)養(yǎng)分離子或其他物質(zhì)對(duì)植物側(cè)根形成和發(fā)育的影響。
以上實(shí)施事例證明本發(fā)明裝置能夠快捷地配置出植物非均勻養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)板，配置出的培養(yǎng)板各培養(yǎng)塊內(nèi)部均勻穩(wěn)定，不僅適合對(duì)特定器官進(jìn)行原位的各種特異性養(yǎng)分及其他物質(zhì)供應(yīng)處理，也適合研究根部某一特定組織區(qū)段或區(qū)域各種養(yǎng)分或物質(zhì)供應(yīng)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響調(diào)節(jié)機(jī)制。
權(quán)利要求
1.配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置，其特征在于包括培養(yǎng)皿和分隔板(4)，所述培養(yǎng)皿由上蓋(1)和底蓋(2)組成，底蓋(2)的內(nèi)腔設(shè)有一組卡槽(3)，分隔板與卡槽密封插接，以分隔板為界，可將底蓋內(nèi)腔隔成若干獨(dú)立的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)板的裝置，其特征在于所述培養(yǎng)皿為方形，底蓋上設(shè)有至少兩條低于培養(yǎng)皿底蓋高度的卡槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置，其特征在于所述分隔板(4)為底部及兩側(cè)拋過光的玻璃條，且分隔板的厚度與卡槽內(nèi)寬相等，長(zhǎng)度與培養(yǎng)皿底蓋等長(zhǎng)，分隔板可以插入培養(yǎng)皿底蓋上任一卡槽中，起隔離培養(yǎng)基的作用。
4.配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置的應(yīng)用方法，其特征在于步驟為根據(jù)所需培養(yǎng)基的種類數(shù)量n，選取η — 1塊隔離板插入卡槽內(nèi)，將各組分培養(yǎng)基混合均勻直接倒入相應(yīng)部位的培養(yǎng)皿底蓋空間內(nèi)，凝固后拔出分隔板即可。
全文摘要
配置非均勻養(yǎng)分供應(yīng)固體培養(yǎng)基的裝置及應(yīng)用方法，該裝置包括培養(yǎng)皿和分隔板，所述培養(yǎng)皿由上蓋和底蓋組成，底蓋的內(nèi)腔設(shè)有一組卡槽，分隔板與卡槽密封插接，以分隔板為界，將底蓋內(nèi)腔隔成若干獨(dú)立的空間。本發(fā)明裝置使用簡(jiǎn)便快捷；倒出的培養(yǎng)基各分塊內(nèi)部成分均勻，培養(yǎng)基凝固即可使用，無需擴(kuò)散；局部添加的養(yǎng)分量精確，易重復(fù)；卡槽可在底部阻止上部培養(yǎng)基組分隨水分向下層擴(kuò)散滲透，隔離效果好；該裝置不僅適用于對(duì)植物根系特異根段區(qū)域進(jìn)行選擇性的養(yǎng)分供應(yīng)培養(yǎng)，更適用于對(duì)植物地上部或全根某一特定器官進(jìn)行原位的養(yǎng)分供應(yīng)或其他藥物處理，使研究更貼近植物生長(zhǎng)的實(shí)際情況。
文檔編號(hào)A01H4/00GK102217498SQ20111014314
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者施衛(wèi)明, 李保海, 李青, 董剛強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所