第一节 植物根系的研究方法
植物根系具有吸收和输送养分和水分、合成植物激素和其他有机物质、储存营养物质以及支撑植物使之固定于土壤中等多方面的作用。它是植物与外界环境之间进行物质交换的主要器官，因此它与植物营养有着密切的关系。但植物根系的研究比地上部分的研究要困难的多。 一、根系研究方法
（一）钉板法：常用。
1、钉板的制作：
小板：50cm×50cm，钉长5cm，钉距5cm。
大板：60cm×100cm，钉长5cm，钉距5cm。
2、取样
3、清洗
4、根系摄影与测定
（二）容器法：
容器种植主要研究根系生理或生态学特性。条件容易控制。
1、容器大小与根系体积适应
2、种植盒的制作：
（三）玻璃壁或玻璃管法：用探头观察根系生长情况。
（四）多孔膜法：尼龙纤维多孔膜(孔径0.3m)
二、根系测定方法
（一）根系形态特征及其测定方法
根系形态特征包括根系体积、几何形状、长度、分布深度、根密度、分枝状况、根重、根表面积、根毛数量和根尖数等。根系形态与养分、水分的吸收能力有密切关系。在植物营养研究中，常用的根形态参数主要有根重、根长、根表面积、根密度、根毛和根尖数等。
1、根重
根重对于表征根的总量是一个很好的参数，植物吸收养分的数量和速率通常用单位根重作参量。根重分为根干重和根鲜重两种。根干重对于养分和水分吸收不是个理想的参数，因为老而粗的根所占的重量很大，而吸收养分和水分的能力很小。但当了解植物地下部的生产力时，干重常作为估计的标准。在估算根/冠比（R/S）时，也要用根干重。
测定根干重的方法，一般采用烘干重量法。在105oC条件下烘干10-20h或在60-70oC下烘干20h，称重。根鲜重是个理想参数，在植物营养研究方面很有应用价值。养分吸收大多用根鲜重作参量。根鲜重容易测定，但准确程度与根外粘附水分有关，故受操作影响较大。
2、根长
根长被定义为单位土壤表面积上根系的总长度（LA），计算公式为：
当根长测定后，如已知根的平均直径，则可以推算根系表面积和根体积，也可用于计算养分吸收速率。所以，根长直接影响根系表面积的大小，而根表面积的多少与根系吸收面积直接相关。Barley（1970）把每单位土壤表面的根表面称为“根面积指数”。根长的测定方法有：
（1）直接法
在一平底玻璃盘中，铺上带mm刻度的方格纸，其上用一块玻璃压平，然后倒少量水保持浅水层，将湿根置于其中，用镊子把根拉直，逐条测定其长度，最后累加即得。这种方法
费时费事，比较复杂，一般不常用。
（2）直接截距法
直接截距法是Tennant（1975）发明的，是以根系与一定规格的方格纸上纵横线条的截点数来计算根长的方法。根据交叉点数，按照经验公式计算如下：
式中：11/14×方格间距等于转换因子，对于1、2、5cm间距方格，转换因子分别为0.768、1.57、3.93；交叉点数为横截点数与纵截点数之和。对于间距为1cm的方格纸，则
此法较直接法省时，测定的根长与实际根长之间有很好的相关性。
3、根径（半径或直径）
测定根径（根茎）的主要目的是了解土壤空隙大小与根系穿透潜力之间关系的信息，在一年生植物时，测定根径在大多情况下用来计算根表面积和根体积。常用的测定方法有：
（1）实际测定
测定前，须先将根系浸泡在水中数小时，然后用带有测微计的显微镜直接对鲜根进行测定，对粗根可采用小手镜或千分尺卡测定。如果一条根的直径上下有差别，则可按一定间距分别测定。根据根的直径大小，可以将其进行分类（表1），以便进一步研究。
表1 不同根茎根系粗细划分
根茎（mm） | 粗细分类 |
＜0.5 | 很细 自动甩干拖把 |
喷胶0.5-2.0 | 细 |
2.0-5.0 | 小 |
5.0-10.0 | 中 |
10.0-20.0 | 粗 |
＞20.0 | 很粗 |
| |
（2）估算法
许多文献中均采用公式估算法。将根系假设为均匀的圆柱体，按经验公式计算如下：
ｒ＝
式中：r=根半径（cm）；W=根鲜重（g）；L=根长（cm）；D=水的密度（g/cm3），π=3.1415926。由于4ºC 时水的密度等于1g/cm3，则上式可简化为：
ｒ＝ （第一中文Sumio & Barber，1983）
4、根表面积
根表面积被认为是表征根系对水分和养分吸收最好的参数之一，可以用以下两种方法进行测定。
（1）直接计算法
用根径和根长或根体积计算求得，公式如下：
S＝2πrL
式中：S=根表面积（cm2）；其它符号的含义同上。需要注意的是此法只能得到根表总面积，不能反映根系活力。
（2）吸附法
是通过根系的吸附作用进行间接估计根表面积，其结果与根系养分吸收量或吸收速率可能有关。吸附法有染料法和滴定法，测定的是根系吸收面积。
染料法：把洗净的鲜根侵入染溶液中（通常为0.02-5mg.L-1的亚甲基蓝溶液），轻轻搅动，保持一定时间后取出，用最初与最终染溶液浓度之差即根系吸附的亚甲基量，来估计根表面积。
滴定法：把洗净、风干的植物根系侵入到3mol/LHCl溶液中3s，然后取出排去多余的酸后，置于一定量蒸馏水中浸提10min，用0.3mol.L-1NaOH标准溶液滴定，用消耗的NaOH
毫升数作为总根表面容量（total capacity of root surface）。这两种方法测定的是相对根表面积。
5、根密度
是一个十分重要的参数，指每单位土壤容积（cm3）中根的总长度，表示为：
LV=2
式中：LV为根密度(cm/cm3)，是三相平面上每单位截取的根轴算术平均数。例如三个平面每平方厘米截取的根轴数分别为6、8、4，则LV=2（6+8+4）/3=12。
6、根体积
根体积是一种辅助参数，可与根系其它参数结合使用。测定方法有：
（1）计算法
用平均根径和根长计算求得，公式如下：
Ｖ＝πr2L
式中：V为根体积(cm3)，其它符号的含义同上。此法估算的误差较大，故不常用。
（2）排水法
按照鲜根体积等于排出水的体积的原理，精确量取。
在植物营养研究中，根体积测定一般不普遍，因为少量大根系与大量小根系具有相同的体积。
7、根毛数
根毛对于养料吸收具有特别重要的作用，主要表现在以下三方面。
（1）维持土壤与根组织的紧密接触，形成土壤一水一根的连续体系。（2）穿透根土阻力能力强，可以穿透粘土吸收养分和水分。如粘土之间的孔隙大小为10μm，而小麦根的平均直径为216μm，根毛直径为11.4μm。（3）根毛对易扩散或迁移的养分起着特殊作用。根
毛对于增加磷的吸收有很大的作用，据研究（Barley 1970），在土壤中有根毛比无根毛多吸收78%的磷，但在营养液中二者没有什么差别。
根毛的寿命一般为2-3周更新。根毛的长度、数量和密度与作物种类和土壤条件有关。一般多数作物有根毛，少数作数无根毛或少根毛（洋葱和胡罗卜）。根毛长度为0.1-1.5mm，直径为5-25μm（表2）。
表2 六种植物根和根毛的特性（Barber 1984）
植物 | 根半径 | 根毛数/cm根长 | 根毛长 | 根毛半径 | 根毛表面积根表面积 |
(mm) | (mm) | (μm) |
小麦 | 0.108 | 560 | 0.29 | 5.7 | 0.7 |
莴苣 | 0.124 | 1270 | 0.30 | 4.8 | 1.6 |
蓟菜 | 0.056 | 890 | 0.60 | 3.9 | 3.8 |
番茄 | 0.107 | 1650 | 0.43 | 4.3 | 2.5 |
洋葱 | 0.225 | 1180 | 0.04 | 11.0 | 0.2 |
胡萝卜 | 0.107 | 1810 | 0.04 | 40.0 | 0.3 |
| | | | | |
根毛受通气、土壤微生物、土壤水分、土壤物理性质和土壤养分状况等环境条件的影响。土壤有效磷含量高时根毛反而少，因此在低磷土壤中会吸收更多的磷。
电话计费系统8、根尖数
除上述参数外，根尖数目也很重要。某些养料如Ca2+、Mg2+、Fe2+等主要靠根的幼嫩组织吸收，因为这些组织的内皮层细胞壁尚未木栓化，离子容易透过。
9、根/冠比
根/冠比（R/S）是地下部与地上部干重的比值，即
R/S＝根系干重/地上部干重
R/S是描述根系与地上部生长相互关系的参数，通过测定根/冠比，可以了解植物地下部与地上部的分布及二者之间的关系。也有人用其倒数即S/R比。一般地S＞R，故R/S＜1。在缺磷情况下，R/S增大。
植物根系的生长具有“趋肥性”，即根系能够迅速伸展到土壤养分相对丰富的地方，以扩大
吸收养分的范围。在一定的土壤养分含量范围内，养分含量偏低，促进根系伸展而抑制地上部生长，R/S比较大；反之，养分含量偏高，根系较短，促进地上部生长，R/S比下降。
在植物营养研究实践中，根据研究目的选择测定根系参数。一般为了更好地解释有关数据，最好能测定多个参数进行比较，以求参数之间及与养分吸收效率之间的相关性，来确定取舍。
（二）根系生理生化特性及其测定方法
1、根的阳离子交换量
植物根系的阳离子交换量（cation exchange capacity，简称CEC）是指每1000g干根所能吸收的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol(+)/kg），是根系的重要生理生化指标之一。其大小与植物种类、品种、根细胞壁果胶的羧基含量等有关。
测定方法：磨碎，盐酸处理，再用KCl交换，KOH溶液滴定。
据报道，根的CEC还与作物吸收难溶性磷的能力有关。根的CEC大的作物，由于对Ca2+
的吸收能力较强，故对难溶性磷的吸收也较大。因此，有研究者把植株体中CaO/P2O5的比率视为作物利用难溶性磷（磷矿粉）的一个生理指标。
2、根系活力
电源延时器
作物根系活力可以反映根系新陈代谢作用的强弱，根系代谢作用包括根系的呼吸作用、氧化力、酶活性等等。衡量根系活力的指标主要有根系氧化力、酶活性、伤流液等。
（1）根系氧化力
根系氧化力是根系新陈代谢活动的一个重要指标。一般测定α-萘胺氧化力。
（2）根系的酶活性
根系中过氧化物酶与脱氢酶的活性也是根系活力的一个指标，可以反映根系的衰老程度。
（3）伤流液
研究表明，水稻根伤流液的多少与根系活力有密切的关系。在一定时间内测定伤流液的重量，是衡量根系活力一个较为简便的方法。
3、吸收速率或吸收量
（1）根系养分吸收速率
可用每天（或其它单位时间）每米根长（或每克鲜根重）所吸收的养分数量来表示平均吸收速率。瞬时吸收速率主要用于测定吸收动力学参数。
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