專利名稱：配置非均勻養分供應固體培養基的裝置及應用方法
技術領域：
本發明屬于植物固體培養裝置技術領域，涉及一種配置非均勻養分或物質供應的瓊脂固體培養平板的裝置及應用方法。該裝置適用于植物營養學、植物生理學以及環境科學中需要對植物特定器官以及根系特定組織區段原位地進行局部藥物或養分處理的研究。 特別適用于探討主根系植物幼苗對植株不同區域供應或缺失各種養分及水溶性物質的響應特征和調控機理。
背景技術：
植物根系具有養分化學趨向性以實現對環境趨利避害，而各種養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分對植物生長的影響和調控需要相應的裝置來模擬土壤環境，能夠在實驗室條件下實現原位地對植物根系不同組織部位特異性供應某些物質。另外，近年來，一些養分及其他物質通過大氣沉降進入植物體內進而調控植物生長日益引起人們重視，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。這些通過葉片進入植物體內的養分其吸收、代謝過程與植物根系吸收代謝的過程不盡相同，對植物生長產生的影響和其內在調控機制也不同。為了更深入地研究這些內在機制， 必須開發特定的實驗室培養裝置實現對植物不同器官的養分供應。模式植物擬南芥是深入研究以上機理的理想材料，而現階段并沒有配合擬南芥幼苗進行非均勻養分供應的特定裝置。將普通的方形培養皿用于以上研究，需要在配置好的整塊基礎培養基上割出3-4mm寬的溝，之后將高養分溶液添加到相應的瓊脂塊表面，靜置M小時使添加溶液充分擴散后使 MCZhang and Forde, 1998; Zhang et al.，1999; Remans et al.，2006)。這禾中方法不僅操作繁瑣，耗時長，易染菌。而且添加的高濃度養分難以精確定量，不易擴散均勻，重復間誤差大。同時，僅用空氣溝來隔離不同的瓊脂塊，無法完全杜絕上層培養塊中水溶性養分向下層流失滲透。故十分需要針對擬南芥設計開發對植物不同器官、不同組織部位進行原位非均勻養分供應的培養裝置。

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


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1 本裝置的組裝截面圖，圖中1培養皿上蓋、2培養皿底蓋，3卡槽，4分隔板。圖2 本裝置底蓋的俯視圖，圖中2培養皿底蓋，3卡槽。圖3 用發明裝置配置地上部養分供應培養基(Α)、地下部養分供應培養基(B)、成熟區養分供應培養基(C)和側根分根培養基(D)；
圖4 本發明裝置配置的非均勻養分供應培養基各培養塊內部成分均勻。其中，A用本裝置配置好的培養基；B以往方法配制的非均勻養分供應培養基；C以往方法配制的非均勻培養基靜置擴散2 d； D C圖中白色箭頭所指不均勻區域的放大圖像。圖5 本發明裝置配置局部養分供應培養板的擴散滲透性檢測。其中，A、B為開始豎直放入溫室培養前；C、D為放入溫室豎直培養1 d;E、F為豎直放入溫室培養5 d;A、C、E 為新裝置配置的非均勻養分培養基；B、D、F分別是A、C、E圖中紅色箭頭所指區域的放大圖像。圖6 應用本裝置研究擬南芥幼苗對地上部供銨和根部供銨的響應。其中，A為地上部供銨對擬南芥幼苗的影響；B為地下部供銨對擬南芥幼苗的影響。圖7 應用本裝置研究擬南芥幼苗對根部根尖和成熟供銨的響應。圖8 應用本裝置研究擬南芥幼苗對側根分根供銨的響應。其中，A單側側根供銨對擬南芥側根長度的影響；B單側側根供銨對擬南芥二級側根長度的影響。
具體實施例方式實施例1
本發明裝置如圖1所示，使用時根據所需培養基的種類數量n，選取η — 1塊隔離板插入卡槽內，將各組分培養基混合均勻直接倒入相應部位的培養皿底蓋空間內，待各個部分的培養基冷卻凝固后拔出分隔板。如圖3所示，選取其中一個卡槽插入分隔板將培養皿分隔為上下兩部分，在上部倒入高銨培養基，下部倒入正常培養基可配成地上部供銨培養基。反之，可制成用于全根供銨和根尖供銨的培養基。取兩個分隔板插入相距約2 cm的兩個卡槽內，將培養皿隔成上中下三部分，在中部倒入高銨培養基，上下兩部倒入正常培養基，可制成根部成熟區供銨培養基。取兩個分隔板反別插入距離較遠的兩個卡槽內將培養皿隔成左中右三部分，在左右兩部倒入高銨培養基，中部倒入正常培養基可以制成側根分根培養板(詳見例2，3)。
實施例2
以配置地上部供應高濃度銨養分的局部養分供應培養基為例，并在含高濃度銨離子的高養分培養基內添加百里酚藍使其呈現藍色以區別于正常組分的培養塊。從圖4中可以看出，用該發明裝置配置的培養基其高養分培養塊內部成分非常均勻，并且不需要靜置擴散， 冷凝后即可使用，節省大量時間。同時，由于培養基各個培養塊的組分是在倒板之前就按液體比例加入并混勻，因此，其高養分或物質含量添加精確，重現性好。將配置好的培養板模擬植物培養條件豎直放入溫室培養，從圖5中可以看出，用該裝置配置的培養板，由于其內部各個培養塊之間有較低的卡槽在底部隔開培養基，上部的培養塊組分不會隨水分等向下部得培養塊擴散滲透。即使放置20 d，依然沒有發現裸眼可見的擴散。很好地解決了研究局部養分供應時存在的擴散滲透問題，保持了各個培養塊組分的穩定，從而，得到的實驗結果更加客觀真實。
實施例3
多數養分離子及其他物質既可以通過根部吸收進入植物體內也可以通過地上部葉片進入植物體內，特別是銨態氮。植物不同器官吸收的外源銨到達植物體內的不同部位，參與不同的代謝過程，那么他們對植物生長發育的影響是否一樣，植物體是否是通過相同的分子生理途徑響應不同器官吸收的外源銨呢？為了解決類似疑問需要在實驗室模擬植物不同器官接觸吸收外源養分的方法。用本發明裝置可以方便地實現這一模擬。以銨為例說明。 1)地上部供銨，即對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所述配好相應的培養基。挑選已經在正常培養基上良好生長5 d左右長勢一致的幼苗按照要求移植于培養板上即可。移好苗后，蓋上培養皿蓋子，用封口膜封口后，垂直置于生長室中生長5 d后，取
樣分析。生長室培養條件為，16:8 h光周期，溫度為23士 1 °C，日光燈強度約為100 umol
-2 -1 m s
擬南芥幼苗在用新方法配制出來的培養基上生長良好，個體間重現性良好。表明此培養裝置本身對幼苗生長無影響，可以用于科學研究。從本例結果來看，地上部供銨和根部供銨對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 (圖6)，但地上部主要是減少側根的數量進而降低側根的長度(圖6A)，而根部供銨并不抑制側根的數量而是抑制側根的伸長(圖6B)。地上部供銨對主根長度的抑制強度要弱于地下部供銨(圖6A&B)。這種地上部和根部供銨對植物根系產生的不同影響，是用以往整體培養基培養過程無法發現和研究的。兩種不同供銨方式在表型上的差異很可能暗示著其內部不同的調控途徑和分子機制。我們應用新裝置首次提出了地上部養分物質對植物特別是根系發育的調控研究思路。新裝置的發明為類似的探索研究提供了可能。
實施例4
植物根系依據其功能不同被劃分為多個組織區段，不同區段對環境的響應靈敏性和特征都可能會有不同。因此，有必要對根的不同區段進行特異性養分或其他藥物處理。用本發明裝置可以簡捷地實現對擬南芥幼苗根尖或成熟兩個特定區域進行局部養分或其他物質供應處理。1)根尖供銨，即只有根尖前端2 mm那段區域接觸高銨，地上部和根的其他區段貼于正常培養基表面；2)成熟區供銨，是指除根尖以外的根段都貼于高銨培養基表面，根尖和地上部分別貼于下部和上部的正常培養基。按照例1配好所需的培養板，根據要求移苗即可。溫室培養數天后可以發現，根尖供銨顯著抑制根系生長(圖7)，但成熟區供銨對主根生長沒有抑制，通過對擬南芥幼苗實施根部局部區域供銨可以發現，高銨對根系生長的抑制是一種必需通過根尖介導的局部效應，根尖是根系感受高銨抑制的主要位點。
實施例5
側根不僅是植物根系重要的組成部分，而且，由于側根發育不像主根那樣由胚前和胚后發育階段共同決定，完全由胚后發育決定，因而具有更強的環境可塑性。研究側根對不均勻分布養分的響應特征是十分必要的。本發明裝置可實現對同一株苗的不同側根進行兩側不同養分濃度的供應實驗，即側根分根供銨。是指對長度相當的第一、第二條側根進行一側高銨處理。按例1所述配置好側根分根培養板，先將在正常培養基上生長6 d的擬南芥苗自第二條可見側根以下的主根段全部減去，移至新鮮正常培養基上恢復生長3 d之后選取留下的兩條側根長度相當的幼苗移至側根分根培養板上，使兩條側根分別置于空氣溝分隔左右兩側的培養基上，地上部不與高銨培養基接觸。垂直放置溫室生長5 d。分析結果可以發現，接觸高銨的側根長度依然受到明顯抑制，與對照相比，其相對長度下降了 62.0%。而不接觸高銨的異側部分，其側根長度與對照并沒有差異(圖8)。該結果也再次證明了根部高銨對側根長度的抑制需要側根特別是側根根尖與高銨直接接觸。 直接接觸高銨培養基的高養分培養區域二級側根長度受到極顯著抑制，而未接觸高銨培養基的正常養分培養區域二級側根長度顯著增加，促進作用明顯。通過實例可以看出，該新裝置可以非常方便地實現對培養基不同區塊供應不同濃度和種類的養分離子，十分適合用以研究特定區域供應養分離子或其他物質對植物側根形成和發育的影響。
以上實施事例證明本發明裝置能夠快捷地配置出植物非均勻養分供應培養板，配置出的培養板各培養塊內部均勻穩定，不僅適合對特定器官進行原位的各種特異性養分及其他物質供應處理，也適合研究根部某一特定組織區段或區域各種養分或物質供應對植物生長的影響調節機制。
權利要求
1.配置非均勻養分供應固體培養基的裝置，其特征在于包括培養皿和分隔板(4)，所述培養皿由上蓋(1)和底蓋(2)組成，底蓋(2)的內腔設有一組卡槽(3)，分隔板與卡槽密封插接，以分隔板為界，可將底蓋內腔隔成若干獨立的空間。
2.根據權利要求1所述的配置非均勻養分供應固體培養板的裝置，其特征在于所述培養皿為方形，底蓋上設有至少兩條低于培養皿底蓋高度的卡槽。
3.根據權利要求1所述的配置非均勻養分供應固體培養基的裝置，其特征在于所述分隔板(4)為底部及兩側拋過光的玻璃條，且分隔板的厚度與卡槽內寬相等，長度與培養皿底蓋等長，分隔板可以插入培養皿底蓋上任一卡槽中，起隔離培養基的作用。
4.配置非均勻養分供應固體培養基的裝置的應用方法，其特征在于步驟為根據所需培養基的種類數量n，選取η — 1塊隔離板插入卡槽內，將各組分培養基混合均勻直接倒入相應部位的培養皿底蓋空間內，凝固后拔出分隔板即可。
全文摘要
配置非均勻養分供應固體培養基的裝置及應用方法，該裝置包括培養皿和分隔板，所述培養皿由上蓋和底蓋組成，底蓋的內腔設有一組卡槽，分隔板與卡槽密封插接，以分隔板為界，將底蓋內腔隔成若干獨立的空間。本發明裝置使用簡便快捷；倒出的培養基各分塊內部成分均勻，培養基凝固即可使用，無需擴散；局部添加的養分量精確，易重復；卡槽可在底部阻止上部培養基組分隨水分向下層擴散滲透，隔離效果好；該裝置不僅適用于對植物根系特異根段區域進行選擇性的養分供應培養，更適用于對植物地上部或全根某一特定器官進行原位的養分供應或其他藥物處理，使研究更貼近植物生長的實際情況。
文檔編號A01H4/00GK102217498SQ20111014314
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者施衛明, 李保海, 李青, 董剛強 申請人:中國科學院南京土壤研究所