BTC根系生态监测系统应用.doc

易科泰生态技术有限公司EcotechEcologicalTechnologyLtd.BTC微根窗根系生态监测系统应用BTC根系生态监测系统是利用微根管（Minirhizotron，又称微根窗）技术用于非破坏性监测分析根系动态的仪器技术，它是一种非破坏性、定点直接观察和研究植物根系的方法，其最大优点是在不干扰细根生长过程的前提下，能连续监测单个细根从出生到死亡的变化过程，也能记录细根乃至根毛和菌根的生长、生产和物候等特征。BTC系统利用微根管技术，由一个插入土壤中的微根窗管、摄像头、标定手柄、I-CAP系统（由控制器和I-CAP采集器等集成安装于野外工作箱中）组成（白文明，2005）。将摄像头伸入埋设在根系周围的透明管内，通过I-CAP系统进行图像抓取根系照相，然后借助专业根系分析软件系统对混合图像进行分析，从而跟踪了解其生长过程。还可以根据用户需求监测土壤水分状况，从而研究根系所在区域内溶质运移及水分胁迫所引起的生理变化，广泛运用于苗木培养、作物生长模型研究、根系病理分析、昆虫行为生态等领域。一、根系形态性状及结构分布研究中的应用BTC微根窗根系生态监测系统结合加拿大Regent公司的WinRHIZOTron根系分析软件，能够将根系相关数据定量化，包括根的长度、面积、根尖数量、直径分布格局、死亡根及存活根数量等等，从而研究根系在土壤中的形态性状及结构分布状况。中国农科院灌溉研究所李彩霞等人利用微根窗法研究了根系(活/死根)的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率(WUE)的相关关系，揭示根系对土壤环境的适应机制，研究了隔沟交替灌溉条件下的玉米根系形态性状及结构分布（李彩霞，2011）。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象，结果表明：对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小，而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大，并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小；对于死根，在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小，其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势；在垄位，根系形态分布趋势与坡位一致，除根系直径与与坡位比较接近外，其他根系形态值均小于坡位。将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征，结果表明在根系长度和体积密度分布中以(2.5-4.5)×10-1mm径级的根系所占比例最大，在根尖数和根系表面积分布中以(0.0-2.5)×10-1mm径级的根系为主。通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系，部分根系形态指标(如根系的生长速率、活根体积密度)只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性，表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。二、细根周转研究中的应用细根是着生在侧根上的细小根，一般将直径小于2mm的根称为细根。细根处于不断的生长、衰老、死亡和再生长的周转过程，其最显著的特点是消耗大量的光合产物。研究表明，在许多陆地生态系统中，因植物细根周转而消耗的碳（C）占净初级生产力的10%，细根的周转已成为生态系统C分配格局与过程研究的核心环节。细根寿命与细根周转直接相关，是控制细根周转的关键因子。南京林业大学于水强等人采用Minirhizotron技术研究了氮肥对水曲柳和落叶松细根生长、衰老和死亡的影响，探讨两树种细根寿命与氮有效性之间的相关关系（于水强，2009），结果表明：林地施氮肥后，两树种细根数量都呈减少趋势，细根总体直径增加，分枝程度降低；氮肥使水曲柳细根存活率提高，细根中位值寿命延长105天，而落叶松细根存活率对氮肥反应不敏感；施氮肥对细根寿命的延长效应主要体现在直径较小的一级根、表层（0-15cm）根系和春夏季新生的细根，表明氮肥对高生理活性的细根影响较强。三、根系养分吸收与运移研究中的应用细根是植物水分养分吸收和运送的主要器官，研究细根的水分养分吸收有着重要意义。借助绿色荧光蛋白GFP的紫外光源荧光效应，通过BTC系统配备的UV紫外光源，可以针对某些能被根系吸收的GFP蛋白进行诱导，从而研究根系的养分吸收与运移状况。MarcFaget等人（MarcFaget，2010）利用ETH-M72GFP转基因绿色荧光蛋白，对这种GFP在玉米的根系的表达情况进行了研究，发现这种绿色荧光蛋白可以被根系吸收，并在图像中表现出来。右图A和C是在微根管中捕获的常规图像。图B和图D是在UV紫外灯下的拍摄出的图像，其图D是根在ETH-M72GFP绿色荧光蛋白表达下的图像。此外，BTC系统的UV紫外光源，也可协助区分死根与活根，由于细根死亡后，不再进行水分的吸收与运移，与活的根相比，活根中的水份