一种透明原位三维植物栽培装置及其在植物根系观测中的应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种透明原位三维植物栽培装置及其在植物根系观测中的应用，所述装置外部为透明圆柱体，容器顶部为透气膜封闭；容器内含有透明凝胶培养基；所述透明凝胶培养基离顶部透气膜有一定的空间；所述透明凝胶培养基分为上下两层，采取了分层栽培方式，上层具有抑菌作用，选择了在保证抑菌效果下对根系生长影响小的浓度范围——体积百分浓度为0.005‑0.05％的PPM，使得整体培养基在染菌率得到抑制的同时，根系生长也不会受到影响，能让原位根系观测的清晰度得到显著提升，无论是动态实时观测还是收获植物后得到的相关功能性状都有理想的结果。

【技术实现步骤摘要】
一种透明原位三维植物栽培装置及其在植物根系观测中的应用
本专利技术属于植物根系生态学，涉及一种透明原位三维植物栽培装置及其在植物根系观测中的应用。
技术介绍
根系因其在锚定植株，养分吸收等重要作用，近几年得到了广泛的关注。由于根系在野外环境地下生长的不透明性，原位根系观测有很大的困难。根系的原位观测包括利用X射线平面断层以及核磁共振(MagneticResonanceImaging，MRI)等穿透射线法，使用根箱或微根管的土壤中安置的观察法，磺酸类物质构成的透明土壤介质观测法，还有介质光学成像观测法等。前三类方式虽然精确度高，但所需仪器与材料较为昂贵从而成本较高，同时得到图像信息的速度较慢，不适用于大批量的植物根系观测。使用透明凝胶或是发芽纸作为栽培介质来原位观测植物根系，因为其成本相较于前几者更低，且采用数字成像技术，不仅可以多次获取图像信息而且耗时较少。介质光学成像法包括二维纸培法以及三维原位观测法等方式，二维纸培法因其对根系三维构型的限制，故所观测到的根系与真实状态下的根系有一定差距，所以三维原位观测法是比较优选的植物原位根系观测的方法。但是，由于现有透明凝胶技术较少考虑对成像清晰度的要求，而常规种子与外植体表面消毒步骤无法去除植物种子内部常含有的内生真菌，使得种植后培养基内部易出现染菌的状况，这对于我们在凝胶培养基中原位观测根系的清晰度有着很大的影响，而且由于凝胶易受污染，导致最终成功获取图像的成功率下降。目前现有的植物栽培系统，二维纸培法与袋培法对于植物的三维构型有着严重的影响，更适用于草本植物初期根系形态的观测；磺酸类物质构成的透明土壤需要光学断层以及共聚焦技术，成本较为高昂；透明凝胶培养基由于对灭菌要求高，一旦出现操作不规范就容易使得培养基染菌从而影响根系的成像，而广谱抑菌剂的加入虽然对于染菌现象能有效的进行广谱性地抑制，但也会一定程度上影响根系的生长与发育甚至使其死亡。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种有效抑菌，且不会明显影响根系发育、并能让原位根系观测的清晰度得到显著提升、收获率得到显著提高的技术。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种透明原位三维植物栽培装置，所述装置包括透明容器、透气膜和培养基；所述透明容器为圆柱体，容器顶部为透气膜封闭；容器内含有透明凝胶培养基；所述透明凝胶培养基离顶部透气膜有一定的空间；所述透明凝胶培养基分为上下两层，所述透明凝胶培养基分为上下两层，上层为含有体积百分浓度为0.005-0.05％广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基1，下层为不含有广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基2。本专利技术透明植物栽培装置为无菌培养装置，其培养基分上下两层，上层具有浓度适量的广谱抗菌剂PPM(PlantPreservativeMixture,PPMTM,PlantCellTechnology,WashingtonDC,USA)，可防止培养时细菌污染，底层由于不含抑菌剂，可减少抑菌剂对根系发育的影响，使得观测结果与自然生长状态保持一致。同时上层添加的植物凝胶含量较低，适应于植物萌发初期所能承受的介质物理压力，从而更适合主根的前期生长，而下层植物凝胶含量更高，有助于维持根系苗期生长后半部分的构型维持，便于观测。其中分层培养基比例可以根据实际种植与根系观测需求进行调整，以满足不同物种的根系生长发育特征。虽然初始下层培养基不含抑菌剂，但随着扩散作用，抑菌剂亦有可能渗透至下层中；另外，由于幼苗的开始培养在上层，且“地上”部分亦在上层，抑菌剂亦会对植株的整体有一定影响，从而可能影响根系发育。经大量试验研究，我们发现广谱抗菌剂PPM的体积百分浓度在0.005-0.05％范围内时能够有效抑制细菌而不会对根系生长造成明显影响。容器制成圆柱体更便于后期观测与图像拍摄，成像效果更佳。作为本专利技术的优选实施方式，所述上层植物固体培养基1含有1/2Hoagland营养液、质量百分浓度为1.2-1.6‰植物凝胶和体积百分浓度为0.005-0.05％广谱抗菌剂PPM；所述下层植物固体培养基2含有1/2Hoagland营养液和质量百分浓度为1.6-2‰植物凝胶。所述培养基经研究发现，能为植物根系生长提供更佳的营养条件和生长环境。作为本专利技术的优选实施方式，所述Hoagland营养液为改良的Hoagland营养液。作为本专利技术的优选实施方式，所述透明容器的高度为27.5cm，直径为12cm，所述透明容器内的透明凝胶培养基的上层高度为6-7cm，下层高度为10-11cm。也可根据不同植物的生长特性、实验需求对容器高度、直径以及凝胶的高度进行调整，以满足不同植物的生长及实际实验的需求。进一步地，本专利技术还提供了所述的栽培装置的制备方法，包括如下步骤：(1)在培养基容器下层加入一定高度的下层植物固体培养基2，封口后进行液体高压灭菌；(2)灭菌后将容器放置至常温并凝固，在下层植物固体培养基2上方加入灭菌过的上层植物固体培养基1溶液，封口后以同样的方式进行灭菌；(3)灭菌后将容器放置至常温并凝固即得到所述栽培装置。封口时，用透明透气封口膜与橡皮筋覆盖容器顶部开口并使用锡箔纸包裹住容器顶部。由于PPM抑菌剂是热稳定性的，所以高温灭菌不会对其抑菌效果有很大影响。本专利技术还要求保护所述栽培装置在观测植物根系中的应用。本专利技术还提供了所述的栽培装置用于观测植物根系的方法，包括如下步骤：(1)对种子进行消毒和清洗；(2)对步骤(1)中的种子进行催芽，得到幼苗；(3)在所述装置的培养基表面放置一张高温灭菌过的中心十字开口的圆形锡箔纸；(4)待步骤(2)的幼苗移入如步骤(3)所述的栽培装置中；(5)继续培养步骤(4)中的幼苗，并观测其生长情况；上述步骤皆在无菌条件下进行。作为本专利技术的优选实施方式，步骤(3)中的圆形锡箔纸开口大小为1cm*1cm。作为本专利技术的优选实施方式，步骤(1)的种子消毒方法为使用10％浓度双氧水浸泡20分钟，再用无菌纯水浸泡1小时，最后使用无菌纯水冲洗2-3遍。可根据不同种子的特性更改消毒方式，注意消毒时间不能过长，消毒后要彻底清洗残留的消毒剂，避免影响种子发芽。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中的催芽的具体步骤为：将种子置于高温灭菌过的含有1/2Hoagland营养液+质量百分浓度为0.2％植物凝胶的培养皿中，30℃避光催芽。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(4)中进行幼苗移植时，所述幼苗的根系长0.75-1.25cm。此时幼苗获得了足够继续发芽的养分，同时也不易因根长过长导致移苗过程中对其造成损伤而使得移苗失败。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(5)的培养条件为：26℃光照12小时，21℃避光12小时，培养时间为4周。可根据不同植物特性及实验需求对培养条件进行调整。进一步地，所述步骤(5)还包括将透气膜剪取小洞的步骤。若植物在栽培时，其生长高度超出透气膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明原位三维植物栽培装置，其特征在于，所述装置包括透明容器、透气膜和培养基；所述透明容器为圆柱体，容器顶部为透气膜封闭，容器内含有透明凝胶培养基；所述透明凝胶培养基离顶部透气膜有一定的空间；所述透明凝胶培养基分为上下两层，所述透明凝胶培养基分为上下两层，上层为含有体积百分浓度为0.005-0.05％广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基1，下层为不含有广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基2。/n

【技术特征摘要】
1.一种透明原位三维植物栽培装置，其特征在于，所述装置包括透明容器、透气膜和培养基；所述透明容器为圆柱体，容器顶部为透气膜封闭，容器内含有透明凝胶培养基；所述透明凝胶培养基离顶部透气膜有一定的空间；所述透明凝胶培养基分为上下两层，所述透明凝胶培养基分为上下两层，上层为含有体积百分浓度为0.005-0.05％广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基1，下层为不含有广谱抗菌剂PPM的植物固体培养基2。


2.如权利要求1所述的栽培装置，其特征在于，所述上层植物固体培养基1含有1/2Hoagland营养液、质量百分浓度为1.2-1.6‰植物凝胶和体积百分浓度为0.005-0.05％广谱抗菌剂PPM；所述下层植物固体培养基2含有1/2Hoagland营养液和质量百分浓度为1.6-2‰植物凝胶。


3.如权利要求1所述的栽培装置，其特征在于，所述透明容器高度为27.5cm，直径为12cm；所述透明容器内的透明凝胶培养基的上层高度为6-7cm，下层高度为10-11cm。


4.如权利要求1所述的栽培装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在培养基容器下层加入一定高度的下层植物固体培养基2，封口后进行液体高压灭菌；
(2)灭菌后将容器放置至常温待培养基凝固，在下层植物固体培养基2上方加入灭菌过的上层植物固体培养基1溶液，并封口；
(3)将容器放置至常温待上...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，李晨岚，方素琴，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44