孫路

（陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

根系是一株植物全部根的總稱，是植物固定、支撐，吸收和運(yùn)輸水分與養(yǎng)分的地下營養(yǎng)器官。作物是指直接或間接為人類需要栽培的植物。本文通過對近幾年來作物根系形態(tài)幾種常見研究方法的對比分析，指出現(xiàn)有根系形態(tài)研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，并對未來作物根系研究方法進(jìn)行了展望。

1 根系研究方法概述

作物根系形態(tài)是指根長、根數(shù)、根表面積、根體積等。作物根系的形態(tài)直接影響作物的生長和發(fā)育、對逆境的抵抗能力，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。另外，對生態(tài)、環(huán)境、地質(zhì)等方面也有不同程度的影響。根據(jù)作物栽培條件的不同，本文將根系形態(tài)的研究方法分為室內(nèi)和室外兩大類。

1.1 室內(nèi)試驗(yàn)

對于個體偏小，且適應(yīng)水培的作物，可選用刻度尺直接測量與肉眼觀察相結(jié)合的傳統(tǒng)的研究方法，也可借助現(xiàn)代化植物根系圖像分析儀，對根系進(jìn)行一維掃描，通過圖像分析，得到根系的根長、根表面積、根直徑等多方面參數(shù)，操作簡單，功能強(qiáng)大；缺點(diǎn)在于，水培作物根系的生長分布容易受容器及培養(yǎng)條件的影響，得出的作物根系生長特征可作為研究作物根系生長的參考，不能等同于土壤中根系的實(shí)際生長特征。相比于水培作物，在盆栽、土柱等容器法種植作物方面需要注重洗根。洗根的傳統(tǒng)方式為沖洗，沖洗的弊端在于水力、人力等因素會導(dǎo)致根系在沖洗過程中大量損壞，降低了測量的精度和可靠性。結(jié)合現(xiàn)代超聲波技術(shù)，胡云華、楊恒山等人設(shè)計了超聲波土壤根系提取機(jī)和清洗機(jī)，并獲得了專利認(rèn)證，通過超聲波震動來剝離根系上吸附的土壤，并利用重力完成土壤與根系的自動分離，能較完整地提取出土壤中的作物根系，有利于節(jié)約水資源，減少勞動力和提高工作效率。但對于根系較為復(fù)雜的，超聲波根系清洗機(jī)還不能完全保證清洗干凈。

學(xué)者Cater、國際水稻研究所發(fā)明了氣培法（霧培法）的根系研究法，將作物培養(yǎng)在培養(yǎng)箱（桶）中，作物由苯乙烯泡沫塊等材料固定，容器中的營養(yǎng)液經(jīng)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體霧化，從特定的噴口噴灑到作物根系上，作物根系吸收霧化的營養(yǎng)液從而維持作物生長。該法取樣簡單、可觀察根系完整生長過程、通氣性好、根系的生長特征基本與大田作物根系一致，但氣培法對霧化系統(tǒng)要求高，成本偏高。

1.2 戶外大田試驗(yàn)

當(dāng)作物完全處于自然狀態(tài)下時，對作物根系的研究具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義，但地下根系的不可見性及取樣時的破壞性等導(dǎo)致自然狀態(tài)下的根系研究難度系數(shù)加大，難點(diǎn)在于準(zhǔn)確取根、洗根。傳統(tǒng)的取根代表方法有挖掘法、網(wǎng)袋法、同位素示蹤法等。挖掘法指直接從土壤中挖掘出作物根系；網(wǎng)袋法指在作物種植前，將尼龍網(wǎng)袋插入土中，作物在網(wǎng)袋中生長，測量前將網(wǎng)袋連同作物根系帶土取出，進(jìn)行清洗并測量所需參數(shù)；同位素示蹤法指讓作物在限定的空間下吸收14CO2進(jìn)行光合作用，根據(jù)研究需求，取出帶土根系、清洗，根據(jù)同位素14C在植物體內(nèi)的分布，通過在Х光放射性顯影，從而得到完整的根系分布影像，該方法可有效地區(qū)分根系的活性。相關(guān)統(tǒng)計表明，用水沖洗根系會導(dǎo)致30%的根系脫落，降低了測量的精度和可靠性。

如何破解作物根系原位形態(tài)的不可視化，各國學(xué)者一直在不斷探索。Bates等人首次將微根管法應(yīng)用于微根系生長研究，利用反光鏡觀測根系，并結(jié)合素描記錄圖像實(shí)現(xiàn)根系觀測，微根管觀測方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動化。羅錫文等人基于多層螺旋CT技術(shù)的根系原位形態(tài)的可視化進(jìn)行試驗(yàn)，指出CT成像技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)作物根系原位形態(tài)構(gòu)型觀察是可行的。張建鋒等人利用核磁共振成像（MRI）技術(shù)對作物根系三維構(gòu)型進(jìn)行原位無損檢測，研究表明應(yīng)用MRI技術(shù)進(jìn)行作物根系三維構(gòu)型的研究是可行的。陳信信等人自制了一款根構(gòu)型數(shù)字化儀，實(shí)現(xiàn)了小麥根型的時空動態(tài)，并分析了小麥根構(gòu)型的3D特征。

2 作物根系研究方法展望

綜上可知，傳統(tǒng)的作物根系研究方法的焦點(diǎn)問題為：如何從土壤中毫無損壞地分離出根系。傳統(tǒng)的研究方法局限性很大，因?yàn)閺耐寥乐蟹蛛x出來的根系經(jīng)過清洗、測量之后，不能再種回到原土壤繼續(xù)生長，不能研究同一作物生長階段的全過程研究。另外，分離根系的工作量大、難度高，而現(xiàn)代的作物根系研究方法集中攻克的問題為：如何在不挖出植物根系的前提下，觀察到根系的生長狀況。

隨著科技的不斷發(fā)展，作物根系重要性的宣傳不斷推廣，對根系的研究團(tuán)隊(duì)必會不斷擴(kuò)充和壯大，對于根系的研究必將進(jìn)一步深入，未來的作物根系研究方法在攻克現(xiàn)代研究方法焦點(diǎn)問題的難關(guān)上，將不斷增加計算機(jī)科技含量投入。未來研究的重點(diǎn)在于徹底分離根系與土壤，快速、準(zhǔn)確地從土壤中提取出根系的相關(guān)數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)根系發(fā)生、生長、衰老和死亡的動態(tài)監(jiān)測?？萍及l(fā)展的力量不容小覷，作物根系的研究方法前景值得期待。

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