專利名稱：利用根系有機(jī)酸分泌特征檢測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)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷是限制植物生長發(fā)育的重要因子之一，磷缺乏嚴(yán)重影響植物的生長發(fā)育，許多研究表明缺磷脅迫會增加植物根系有機(jī)酸分泌量，根系分泌的有機(jī)酸通過酸化、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)酸對許多根際過程如營養(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，植物種類對根系分泌有機(jī)酸的組成和含量具有顯著影響。蘋果酸、檸檬酸和草酸是植物根系分泌最常見的低分子量有機(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)酸對磷提取量的研究還未見報道。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)酸的測定精度。有機(jī)酸的分離純化利用陰陽離子樹脂法。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、檢測限低、操作簡便快速、成本低。目前檢測植物缺磷生理及抗逆性的常用方法有以下三種:
1.葉片觀察法。這是一種最直觀、最簡便的方法，作物受缺磷脅迫后也會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)各種常見抗性指標(biāo)的測定如蛋白質(zhì)、脯氨酸含量的測定，各種酶如PEP羧化酶，蘋果酸脫氫酶，異檸檬酸脫氫酶等活性的測定。該方法能充分的反映植物對缺磷逆境生理脅迫的影響，但存在實(shí)驗(yàn)周期長、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)晒鈩恿W(xué)技術(shù)分析法。葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)技術(shù)被稱為研究植物光合功能的快速、無損傷探針，目前廣泛應(yīng)用于植物逆境生理、產(chǎn)量預(yù)測、環(huán)境污染的檢測、遙感遙測等方面的研究，是一種較為理想的研究植物對缺磷脅迫的即時性方法，與紅外線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)長期的變化特征等問題。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，開發(fā)出一種相對簡單、成本較低、靈敏度高的檢測植物抗缺磷脅迫能力的方法具有重要的應(yīng)用價值。利用植物根系分泌的有機(jī)酸變化特征來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)問題是，提供了一種利用根系有機(jī)酸的分泌特征檢測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)選擇生長狀況相似的植物幼苗，用正常配方的營養(yǎng)液培養(yǎng)30天后隨機(jī)分兩組，一組繼續(xù)在正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)；另一組則在缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為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果酸、檸檬酸、草酸這三種有機(jī)酸，測定這三種有機(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)酸對根際土壤的磷提取能力，得到正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的磷提取能力PEXn以及得到缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的 磷提取能力PEX s，計(jì)算缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的磷提取能力比正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對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)選擇生長狀況相似的植物幼苗，用正常配方的營養(yǎng)液培養(yǎng)30天后隨機(jī)分兩組，一組繼續(xù)在正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)；另一組則在缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為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果酸、檸檬酸、草酸這三種有機(jī)酸，測定這三種有機(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)酸對根際土壤的磷提取能力，得到正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī) 酸對根際土壤的磷提取能力PEXn以及得到缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的磷提取能力PEX s，計(jì)算缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的磷提取能力比正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對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)明公開一種利用根系有機(jī)酸的分泌特征檢測植物抗缺磷脅迫能力的方法，將測定的有機(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)酸對根際土壤的磷提取能力，并計(jì)算缺磷配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對根際土壤的磷提取能力比正常配方的營養(yǎng)液中培養(yǎng)的植物根系分泌的有機(jī)酸對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)明能定量檢測植物的抗缺磷脅迫的能力，不同植物的檢測結(jié)果具有可比性，不受任何時間和空間地理因素的影響，能長期動態(tài)監(jiān)測植物體內(nèi)生理的變化特征。
文檔編號G01N30/02GK103163238SQ20131005610
公開日2013年6月19日 申請日期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, 邢德科 申請人:江蘇大學(xué)