植物根系的研究方法及工具

2025-07-11 14:32:41 點將科技系統集成部 2

植物通過根系營固著生長。根系通過影響水分、養分的吸收影響植物生長發育，根能向地上部發出信號，影響地上部其他器官的功能，根系還是土壤微生物的寄主。研究根系表型對于發現作物有益性狀、培育新品種以及優化耕作栽培方式等至關重要。

隨著技術的進步，對根系的研究方法也隨之改善，從破壞性挖掘切割，到微侵入觀察，到無損傷監測。以往經典的根系研究方法主要有：挖掘法、土鉆法、剖面墻法等侵入式、破壞性方法。非破壞性或者微創研究方法有：玻璃墻法、容器法、微根管法等。

1. 挖掘法

將植物連同根區土壤整體挖出或小心挖掘，然后用水（高壓水槍或浸泡沖洗）或氣流去除土壤顆粒，露出完整的根系。挖掘法能提供植物在自然狀態下整個根系的清晰情況，可用于研究根長、根系大小、顏色、狀態、根系分布等各種特征，以及根嫁接現象。適用于研究草本和一年生作物，更適于研究樹木。

2、土鉆法

使用不同直徑的土鉆在特定位置和深度鉆取土壤柱（土芯），然后將根系從土芯中分離（沖洗、過篩）。優點是取樣速度快，可以分層分析根系分布。缺點是破壞性取樣，無法進行原位動態監測，取樣代表性受鉆頭大小、位置和數量影響。分離根系過程繁瑣，細根易損失。

3、剖面墻法

剖面墻法要先依據植物的類型挖一條大小、位置合適的溝。對壟栽作物來說，應橫跨壟間挖溝，以便于觀察根的行間分布。一般來說，剖面墻的工作面應寬 1 米, 溝長 1.2-1.5 米為宜。

溝挖好后，首先在地表劃一條 1-2 厘米深的線，使其盡量靠近初始剖面墻。借助鉛垂線使剖面墻垂直，再用剖面刀修光剖面。暴露根的較好方法是噴水和剝刮相結合。剖面墻法適用于檢查條播作物根的分布情況。缺點是挖掘破壞性強；只能觀察靠近剖面一側的根系。

4、玻璃墻法

玻璃墻法就是通過置于土壤剖面的觀察窗，觀察、記錄根的生長情況。玻璃墻法能使人們長期、連續地觀察根系生長發育情況，使用壽命可達 20 年左右。缺點是緊靠觀察窗的區域土壤溫度變幅稍大，窗面和觀察深度都比較有限。

玻璃墻法可以采用玻璃剖面墻，即直接在修整好的垂直剖面上放置玻璃板，長釘固定，可嵌入鋼框以便移動。觀察窗放置好以后需要遮擋掩蓋，避光可以減少對植物根系生長的干擾。

玻璃墻法還可以通過地下根系實驗室、地下根系走廊進行。就是修建一個地下通道，兩側為垂直的土壤剖面，搭建支柱、橫梁及頂蓋，使用時進入地下通道，從玻璃觀察窗觀測植物的根系生長狀況。

5、容器法

容器生根系統主要用以研究根的形態特性、生理特性、生化特性及某些生態特性。容器法可以用于研究單個環境因素。容器內生長的植株易于掌握，生長條件可以重復。其特點是非自然條件，如使用失去自然剖面土壤、人工扎根基質、缺少根伸展空間、缺少其它植物根的競爭等等，因此只作為田間研究的補充。

容器種類可選，盒、箱、管、瓶、盆、桶、柱、槽、袋等多種形狀均可，圓形、方形、筒形可依據需要定制，鐵質、木質、玻璃、尼龍、有機板、金屬網都可使用。培養介質可以用土、沙、壤、泥炭、椰殼、石英、水、瓊脂基質等。

6、微根管法

目前野外原位動態監測主流的技術。將透明觀測管（微根管）預先埋入土壤中。定期將特制的根系掃描儀或攝像頭插入管內，對管壁外的根系進行原位拍照或掃描。可長期、重復觀測同一位置根系的生長、死亡、周轉動態，定量分析根長密度、根生產量、死亡率、周轉率等。

缺點是初期安裝成本較高；只能觀測靠近管壁的根系（觀測區域有限）；圖像分析處理需要專業軟件和時間；管壁可能影響局部根系的生長（“微根管效應”）；對土壤緊實度和含水量有要求。

代表儀器有美國Bartz公司的BTC-100X，美國CID公司的CI-600，點將科技的DJ-3012等。

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