植物根系监测系统的操作

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BTC-Borescope根系监测系统

BTC-Borescope 根系监测系统BTC-Borescope Root Ecology Monitoring System一、用途BTC-Borescop 是BTC-100X 土壤根系监测系统的微型版，兼容I-CAP 控制系统（镜头控制及图像抓取），其测管直径只有约7mm，适于要求小孔径测管和足够长度和亮度照明的条件下的植物根系测量分析，通过它能够清晰地观察测量到研究对象的细节。

用于实验室盆栽植物、蒸渗仪，温室大棚等环境下的植物根系生长监测研究 (不防水)，结合所提供的根系分析软件，能够对植物根系进行定量化测量分析，包括根的长度、面积、根尖数量、直径分布格局、死亡根及存活根数量等等；根据用户需求结合土壤水分监测，可以研究根系所在区域内溶质运移及水分胁迫所引起的生理变化，广泛运用于苗木培养、作物生长模型研究、根系病理分析、植物胁迫研究及昆虫行为生态等。

探视器镜管整体外形成直角型(90度)，其探测管的外径是0.313 英寸.（约0.795cm ），长度有7，12，17，22，28和37英寸等供选择。

有其它尺寸要求的顾客，可以按需求订制。

便携式照明光源比一个标准微型手电明亮10倍，较强的氙气灯聚光透镜系统能为Rhizotron 图像软件分析时，提供给观察管内足够明亮的光源。

内置充电器，可再充电锂电池组能够持续供电约一个小时：二、原理利用微根窗技术（Minrhizotron ，又称微根管技术），由一个插入土壤中的微根窗管、摄像头、标定手柄、I-CAP 系统（由控制器和I-CAP 采集器等集成安装于野外工作箱中）组成。

将摄像头伸入埋设在根系周围的透明管内，通过I-CAP 控制系统进行图像抓取根系照相，然后借助专业根系分析软件系统对混合图像进行分析，从而跟踪了解其生长过程。

三、技术指标：（一）迷你根系监测系统I-CAP图像抓取系统1、 *采用高灵敏度的Super HAD II CCD2、 *镜头单元采用一体式的紧凑设计，外观尺寸22 (H) x 22 (W) x 64 (D)mm，重量51g3、 *视频输出和外部视频输入可选视频输出接口： VBS和Y/C外部输入接口：HD/VD, VS, VBS4、通过RS-232C串行通讯，操作简单5、此系统也包含一条5m长的电缆线（如需额外定制，需联系厂家提供价格）和便携式包。

介绍两款微根窗法根系监测仪

BTC-100结构示意图BTC-100电脑主机BTC-100的最大优点是照相得到的一小段根毛的生长研究，如果是根系生态、生物量的研究，工作量很大。

CI-600根系生长监测系统由于是扫描获取根系图像所以获取面积大，很适合研究根系生态、生物量使用CI-690ROOOTSNAP可以手指描绘根系，自动得出根系数据，省工省力！部分CI-600根系监测系统应用文献部分目录C. M. Iversen, M. T. Murphy, M. F. Allen, J. Childs,D. M. Eissenstat,E. A. Lilleskov, T. M. Sarjala, V. L. Sloan and P.F. Sulliva; Advancing the use of minirhizotrons in wetlands,PLANT AND SOIL张志山, 李新荣, 张景光, 王新平, 赵金龙, 陈应武: 用Minirhizotrons观测柠条根系生长动态. 植物生态学报,2006, 30(3): 457-464.J.M. Abrisqueta, O. Mounzer, S. álvarez, W. Conejero, Y. García-Orellana, L.M. Tapia, J. Vera, I. Abrisqueta and M.C. 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Aitkenhead-Peterson:Impervious and pervious pavements increase soil CO2 concentrations and reduce root production of American sweetgum (Liquidambar styraciflua) ;Urban Forestry & Urban Greening ,Volume 10, Issue 2, 2011, Pages 133-139Zhi-Shan Zhang，Xin-Rong Li，Tao Wang,Xin-Ping Wang, Qin-Wu Xue，& Li-Chao Liu: Distribution and Seasonal Dynamics of Roots in a Revegetated Stand of Artemisia ordosica Kracsh. in the Tengger Desert (North China);Arid Land Research and Management, 22:195–211, 2008,Copyright # Taylor & Francis Group, LLC,ISSN: 1532-4982 print/1532-4990 online,DOI: 10.1080/15324980802182980Zhang Z-S, Li X-R, Liu L-C, Jia R-L, Zhang J-G, Wang T: Distribution, biomass, and dynamics of roots in a revegetated stand of Caragana korshinskii in the Tengger Desert, northwestern China ;Journal of Plant Research, 2009, 122(1): 109-119.Dylan G. Fischer, Stephen C. Hart,Carri J. LeRoyand Thomas G. 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植物调查方法

体方法是:选择观测点了解调查区内主要大气污染的种类、浓度和分布扩散规律，同时调查主要树木、农作物、蔬菜或野生草本植物等的种类，以便确定监测植物的种类。

监测植物确定后，应做好明显标记和免受虫兽侵害的保护措施，同时根据调查目的和人力条件，确定观测的时间和观测项目。

观测的项目可以包括各类植物的叶、芽、枝等器官，对农作物也可以观测根系发育及某些器官或组织的形态和解剖结构。

通过调查植物群落结构的变化，也可以反映出该地区大气污染程度。

在污染区内调查植物生长、发育及数量丰度和分布状况等，初步查清大气污染与植物之间的相互关系。

具体方法和内容包括：选择观察点；调查污染区内大气中主要污染物的种类、浓度及分布扩散规律；确定污染区内植物群落的观察对象、观察时间和观察项目等。

也可采用样方和样线统计法进行调查。

在调查分析的基础上，确定出各种植物对有害气体的抗性等级。

在调查过程中，主要是利用污染区内现有植物的可见症状。

通常在轻污染区可以观察到植物出现的叶部症状；在中度污染区，敏感植物可出现明显中毒症状，而抗性中等植物也可能会出现部分症状，抗性较强的植物一般不出现症状，在严重污染区，自然分布的敏感植物可能绝迹，而人工栽培的敏感植物可出现严重的受害症状，甚至死亡，中等抗性植物也可出现明显的症状，有的抗性较强的植物也可能出现部分症状。

大气污染的生物监测利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气的环境质量状况。

概述大气污染的生物监测包括动物监测和植物监测。

动物监测由于动物对环境的趋性和管理困难，目前尚未形成一套完整的监测方法，但一般能起到指示环境污染的作用。

美国的多诺拉事件调查表明，金丝雀对二氧化硫最敏感，其次是狗，再次是家禽；日本有人用鸟类和昆虫的分布来反映环境质量的变化。

利用植物监测大气污染，在20世纪初就引起生态学家的注意。

几十年来，这方面的研究工作取得很多成就，如指示植物的选择和利用，根据植物受害症状确定大气污染物，根据叶片的含污量估测环境污染程度等。

智能农业中的精准灌溉技术的使用教程

智能农业中的精准灌溉技术的使用教程近年来，随着全球气候变化和人口增长的挑战，农业领域正逐渐转向智能化和高效化的发展。

作为农业生产中重要的一环，灌溉技术的改进对于提高农作物产量和质量至关重要。

在智能农业中，精准灌溉技术作为一种重要工具，能够准确地辨识植物的水分需求，为农民提供合适的灌溉方案，最大程度地提高水资源利用效率。

本文将介绍智能农业中的精准灌溉技术及其使用教程。

一、植物传感器的选择与安装精准灌溉技术的核心是利用植物传感器实时监测土壤水分含量和植物蒸腾速率，以确定正确的灌溉量。

选择合适的植物传感器对于达到精确灌溉的目标至关重要。

常见的植物传感器有土壤湿度传感器、叶片湿度传感器和环境湿度传感器等。

首先，根据农作物的特性和需求，选择适合的植物传感器。

例如，对于叶片较大的作物，叶片湿度传感器更为适用，而土壤湿度传感器则可以适用于所有类型的土壤。

其次，安装传感器时需要注意以下几点：1. 避免传感器暴露在阳光直射下，否则会影响传感器的准确性；2. 保持传感器与植物的接触良好，避免有空隙；3. 安装传感器时，避免损坏根系。

二、数据收集与分析植物传感器会实时监测土壤水分含量和植物蒸腾速率，并将这些数据传输到数据采集系统中。

农民可以通过移动设备或个人电脑接收和分析这些数据，以便制定合理的灌溉方案。

1. 数据收集：通过设备或应用程序接收和存储传感器发送的数据。

一般来说，这些应用程序会提供直观的数据图表和分析工具，帮助用户更好地了解植物的水分需求。

2. 数据分析：通过分析传感器数据，农民可以确定灌溉水的数量和频率。

一般而言，当土壤水分含量低于作物需求的阈值时，设备会给用户发送通知，提醒灌溉操作。

通过分析大量的数据，农民可以了解不同作物在不同生长阶段的灌溉需求，并进行相应的调整。

三、精准灌溉的方法和技巧1. 不同作物的需求：各种作物在不同生育阶段对水分的需求是不同的。

农民应根据作物的需求量和生长情况来制定合理的灌溉计划。

植物生理生态监测仪安全操作及保养规程

植物生理生态监测仪安全操作及保养规程1. 引言植物生理生态监测仪是一种用于进行植物生理生态方面的科学研究和生产过程中的重要工具。

本文档旨在指导用户正确操作和保养植物生理生态监测仪，确保其安全可靠地运行。

2. 安全操作2.1 供电接口•请务必使用正常工作电压范围内的电源，并确保接地良好。

•不要将电源线暴露在高温、潮湿或有腐蚀性气体的环境中。

2.2 连接传感器•在连接或断开传感器之前，请确保电源已关闭。

•请按照设备制造商的说明书正确安装和连接传感器。

•请确保传感器的连接端口干净、无尘和无腐蚀。

2.3 控制面板操作•请仔细阅读并理解操作手册中的说明，正确设置和调整监测仪的参数。

•不要在操作过程中随意更改参数设置，以免影响监测仪的正常运行。

•当操作完成后，请关闭监测仪的电源。

2.4 温度和湿度控制•请确保监测仪的工作环境温度和湿度符合设备说明书中的要求。

•请勿将监测仪直接暴露在阳光下或靠近加热设备。

•请勿将水或其他液体溅洒到监测仪上。

2.5 防护措施•请勿打开监测仪的外壳，除非受过相关培训并得到授权。

•请勿更换或修理监测仪内部的任何部件，除非受过相关培训并得到授权。

•在监测仪的日常操作中，应注意防止灰尘、水和其他污染物进入设备内部。

3. 保养规程3.1 清洁•关闭监测仪的电源，并断开电源线。

•使用柔软的干净布或吹灰机轻轻清除监测仪表面的灰尘和污垢。

•不要使用溶剂、酸性或碱性清洁剂清洁监测仪，以免损坏表面涂层。

•定期清洁监测仪的传感器，按照设备制造商提供的具体清洁方法进行操作。

3.2 检查•定期检查电源线和传感器的连接是否牢固。

•检查控制面板上的按钮和旋钮是否正常工作。

•检查监测仪的显示屏是否正常显示，是否有损坏或松动的部件。

•如发现任何异常情况，请及时联系售后服务部门进行维修或更换。

3.3 存储•若长时间不使用植物生理生态监测仪，请将设备存放在干燥、通风良好的地方。

•避免将设备存放在有尘埃、高温或潮湿的环境中。

一种培育植物的智能系统及方法[发明专利]

专利名称：一种培育植物的智能系统及方法专利类型：发明专利
发明人：叶章颖,黄晓伶,杭晟煜,赵建,朱松明申请号：CN201910458350.5
申请日：20190529
公开号：CN110089308A
公开日：
20190806
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种培育植物的智能系统及方法，该系统包括可视栽培箱、微根管根系生态监测系统、数据统计分析模块、近红外光谱成像与3D图像重建模块、自动滴灌与喷洒模块；植物栽种于可视栽培箱内的侧壁附近，通过微根管根系生态监测系统、近红外光谱成像与3D图像重建模块采集植物的生长数据，并传输至数据统计分析模块，数据统计分析模块判断所需灌溉电解水水量，从而控制自动滴灌与喷洒模块启动滴灌和/或喷洒。

该系统和方法采用电解水进行灌溉，可以预防植株病害的发生，同时促进植株根系生长缩短生长周期间接增加产量，此外可以实现精确灌溉，提高灌溉效率。

申请人：浙江大学
地址：310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
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名词解释根系活力的测定

名词解释根系活力的测定标题：名词解释：根系活力的测定导语：根系活力是植物生长的关键指标之一，它反映了植物根部的生命力和适应环境的能力。

本文将探讨如何测定根系活力，并分析其重要性。

一、根系活力的概念与重要性根系活力指的是植物根系的生物学活力程度，既包括根长、侧根数量等形态指标，也包括吸水、吸收养分、抗逆性等功能指标。

根系活力的测定对于解析植物的营养吸收能力、适应环境能力以及预测植物的生长状况具有重要意义。

二、根系活力的测定方法1. 根长测定法：此方法适用于观察植物根系的生长状况。

首先，选取具有代表性的试验对象，将其根系取出并轻轻清洗。

然后，使用根尖沙盘或扫描仪等设备对根系进行测量与记录。

最后，根据测量结果计算得到根长指数等数据，以反映根系活力。

2. 根系求和测定法：此方法适用于评估植物根系的总体生物学活力。

通过取样调查，将所得的根系数量与长度之和作为根系活力的测定指标。

这种方法虽然操作简便，但在抵抗病虫害等因素时存在较大的不确定性。

3. 根系吸水性测定法：此方法重点关注植物根系的吸水能力。

通过给根系提供含有不同浓度的水溶液，测定吸收水分的速度，从而评估根系的吸水性能。

这种方法可以为灌溉和肥料施用提供依据，但过程较为复杂，需要充分的实验设计和仪器设备。

三、根系活力测定的意义和应用1. 营养管理与调控：根系活力的测定可以帮助农民和园艺爱好者了解植物对营养元素和肥料的吸收利用情况，进而优化肥料施用方案，提高养分利用效率。

2. 抗逆性评估：根系活力测定可以反映植物对环境逆境（如缺水、高温、盐碱等）的耐受能力。

通过对不同品种或不同处理下植物根系活力的比较，可以评估植物的抗逆性，为育种和遗传改良提供重要参考。

3. 土壤改良与植被修复：根系活力的测定是评估土壤质量和植被修复效果的重要手段。

通过测定植物根系的长度、数量和吸水能力等指标，可以间接评估土壤的肥力、水分与气候适应能力，为土壤改良和植被修复提供指导。

四、根系活力测定方法的局限性和发展方向在根系活力测定方法中存在一些局限性，如测量误差、仪器设备成本高、操作繁琐等。

根系研究方法统计与问题探讨

根系研究方法统计与问题探讨根系作为植物三大器官之一，在植物的生长发育过程中起着极为重要的作用。

目前对土壤中根系研究的方法很多，为得到实验精确度，不同研究方法所采用的原理、设备及劳动力也不一样。

文章通过分析根系研究现状，以及在对近年来主要根系研究方法的全面归纳与总结的基础上，提炼出了当前根系研究方法中的几点问题，为今后根系研究方法的选取与持续改进提供科学依据。

标签：根系研究；方法统计；问题探讨；根系现状分析根系是植物所有根的总称，具有锚定植株、吸收和运输土壤中的物質的作用[1]。

目前对植物根系的研究还处于科学上的“儿童阶段”。

所以，根系研究方法的发展潜力很大、对其的了解和熟练运用也非常重要。

1 根系研究的现状人们对根系的研究是一个从自发认识到主动研究的过程。

Keith T.Ingram等通过对软件RMS的改进，使得对微根系的测量工作时间得到很大的节省。

周本智等[2]使用微根管技术、胡秀娟等[3-4]以CCD摄像系统为图像采集系统分别完成了对植物根系的生长动态的监测工作。

罗锡文等[5]采用XCT（计算机断层）成像技术成功做到了植物根系原位形态构型的定性观察和定量测量。

白文明等[6]阐述了在微根窗使用和操作过程中需要注意的问题。

史建伟等[7]介绍了微根管在细根周转过程研究中的使用和应用问题。

向子云等[8]借鉴多层螺旋CT技术，获得了植物根系图像。

目前，美国CID公司的CI-600根系生长监测系统、Bartz 公司开发的微根管观测系统、澳洲生态仪器有限公司开发的Win/MacRHIZO根系图像分析系统、加拿大的ET-100根系生态监测系统等，都能以较低破坏的方法快速、准确地测量根系生长及分布状况。

2 根系研究方法的不同分类方式（1）根据是否直接观察分类。

由于根系研究方法间各自特点的异同，其分类就没有统一的标准[9]。

最简单的可根据方法的新与旧、直接与间接及田间与容器进行分类。

可归结为：a.田间直接取样方法，如土钻法、整段标本法、挖掘法、剖面法等；b.直接观察法，如玻框法、微根管观测、根系室法、分根移位法等；c.间接观测方法，如土壤水含量测定法、非放射性示踪剂法、放射性示踪法、土壤注射法、植株注射法等；d.其他方法，如容器法、钉板法、雾培法、塑料管土柱法、网袋法等。

根系生长监测系统使用说明书

ECA-GX02植物根系生长监测系统植物根系生长监测系统使用说明书仪器的安装使用在作物播种以前用户需要提前把厂家提供的有机玻璃管埋入需要测量的位置1、仪器组成SD卡主机扫描仪充电器延伸杆1-1、首先取出扫描仪把SD卡插入到相对应的位置；1-2、把扫描仪出线口的航空插头与主机的航空插头连接；1-3、把延伸杆拿出，用连接螺丝连起来，然后与扫描仪接口连接（出厂共提供200CM的延伸杆，每50CM为一段，分别可以测量50CM\100CM\150CM\200CM，用户需要测量那个阶段的就连接相对应数量的杆。

）然后把延伸杆与扫描仪连接，方便往地下送扫描仪用；1-4、打开主机右侧面的电源，这时直接进入到测量的界面：10/10 11:20:40SCAN TIMES0011-5、打开主机后如果时间日期都是当前实时的话可以直接测量，如时间和当前时间有出入的话，我们需要按面膜上的取消键进入到设置时间页面，在按上键来调整；1-6、调整完成后进入到测量界面后先不用着急把扫描仪放入到地下测量，我们需要先手拿扫描仪看着扫描仪上的扫描条，然后按下主机的测量键，看看扫描条是否会亮着白色的灯，然后是的话可以直接放入到地下测量，如果没有亮的话请关闭主机然后重新开启。

放入地下如下：1.-7、全部都准备好后把扫描仪放入到以前准备好的有机玻璃管中，手拉上延杆直接放置到所要测量的位置，然后按确认键等待，这个时候扫描仪启动并转动，当扫描仪扫描完成后主机的显示样品号上会在原来数字的基础上加1，这个时候说明已经测量完成一组，可以直接进行下一组的测量。

1-8、测量全部完成以后拔出SD卡用读卡器直接可以从电脑上读取图片，并用软件可以直接分析。

软件操作说明1、打开益康农软件SD卡会看到两个文件；2、看到这两个文件后先双击安装益康农根系setup(1)；直接点击下一步；选择“我同意该许可协议的条款”后下一步会亮，然后点击下一步；输入贵单位的名称后点击下一步或无其他操作直接点击下一步；点击更改可以把软件安装到您需要的盘符里或无操作直接默认安装C盘，点击下一步；直接点击下一步；直接点击下一步；点击完成，这个时候表示益康农根系分析软件已经安装完毕；3、在桌面上找到益康农根系软件所对应的图标，然后双击这个时候出现上图的对话框，出现的机器码由益康农公司密匙设定来完成，直接点击确定这时候表示益康农公司提供的机器码已经复制。

如何进行植物的营养生长监测

提高营养生长监测水平建议
加强技术研发
完善数据处理流程
加大科技投入，推动植物营养生长监测技术的研发和创新，提高监测的精确性和实时性。
建立完善的数据处理流程，提高数据处理效率，提取有价值信息，为农业生产提供科学决策依据。
推广先进监测设备
加强人才培养
积极推广先进的监测设备和技术，降低监测成本，提高植物营养生长监测的普及率和应用水平。
01
02
03
监测植物营养状况
通过定期监测植物叶片、根系等部位的营养状况，及时发现营养不足或过剩等问题。
预防病虫害
营养生长监测有助于预防因营养失衡导致的病虫害，保障植物健康生长。
调整生长环境
根据监测结果，及时调整光照、温度、湿度等生长环境，为植物提供最佳生长条件。
提高农产品产量与质量
地理信息系统应用
将遥感数据与地理信息系统相结合，实现植物营养生长的空间分析和可视化表达，为精准农业管理提供决策依据。
03 关键营养元素监测技术
氮素营养监测技术
叶片氮含量测定
通过采集植物叶片样本，利用化学分析方法测定叶片中的氮含量，以评估植物的氮素营养状况。
氮素快速测定仪
使用专业的氮素快速测定仪器，可以快速、准确地测定植物组织中的氮含量，适用于田间实时监测。
回归分析
建立植物生长指标与营养成分含量之间的回归模型，预测植物的生长趋势。
结果解读
根据统计分析结果，对植物的营养生长状况进行评估，找出
可能存在的问题和原因。
监测报告编写和汇报
报告编写
将监测结果、统计分析结果等整理成报告，包括文字、表格、图表等内容。
报告审核
对报告进行审核，确保内容的准确性和完整性。

GXY-A根系分析仪使用介绍

GXY-A根系分析仪又名根系分析系统、根系图像分析仪、根系图像分析系统、植物根系图像监测分析系统等，按成像方式不同可分为对原位根系图像的分析仪，以及对洗根后的根系图像分析仪。

一般都要求可分析根系的长度、直径、面积、体积、根尖数、分叉数、根交叉数等。

专业些的根系分析系统，还可分析植物根系的主侧根拓扑形态关系、连接关系，以及根尖部位的色彩变化，以便进行根系形态和构造研究。

最新的根系分析系统应具备大批量图像的全自动分析特性，用户可对自动分析结果进行局部的交互编辑修正，以确保数据的科学性。

对原位根系图像，因根系与土壤的颜色可能非常接近，故国内外均采用图像中根系目标的自动增强后，以交互引导的方式进行标记分析的。

另外，还有引入分形维数，以及直方图投影来进行根系整体生物量分析的。

根系分析的最新技术还可分析根瘤菌体积在根系中的占比，以客观确定根瘤菌体的贡献量。

托普云农研发的根系分析仪以及配套的根系分析系统自动测量各直径段长度、投影面积、表面积、体积等，及其分布参数。

是目前国内市场计数热销产品。

一、根系分析仪功能特点：1、人工辅助修正：图像可放大缩小和局部观察。

2、统计效果监视：监视和修正植物对象分析的精度。

3、自动杂质剔除：根据尺寸等方面的区别，进行自动杂质剔除。

4、辅助测量功能：尺寸标定：自带标定功能，实现半自动的尺寸标定，XY向可分别标定修正。

长度测量：具有跟随放大镜功能，通过鼠标拖动精确测量。

数据导出：分析图像、分布图、结果数据可保存，分析结果输出至Excel表，可输出分析标记图。

二、根系分析仪技术参数：1、植物根系可分析测量：根总长；根平均直径；根总面积；根总体积；根尖计数；分叉数；交叉数；根直径等级。

2、可不等间距地自定义分段直径，自动测量各直径段长度、投影面积、表面积、体积等，及其分布参数；根尖段长分布；3、能进行根系的颜色分析，确定出根系存活数量，输出不同颜色根系的直径、长度、投影面积、表面积、体积；4、能进行根系的分析，自动确定根的连接数、关系角等，可单独自动分析主根或任意一支侧根的长度和分叉数等；5、可单独显示标记根系的任意直径段相应各参数（分档数、档直径范围任意可改）；6、能进行根的分叉裁剪、合并、连接等修正，修正操作能回退，以快速获得100%正确的结果。

RootGA根系动态生长监测和显微成像系统

国家高新技术企业——杭州万深检测科技有限公司1、用途定时自动成像雾培、水培、琼脂培养基培、土培、沙培的盆栽农作物根系，并动态监测其根系生长速度，动态跟踪根系细微结构、根尖数和根毛变化，以及根尖病变情况，宏观动态统计分析不同时刻点根系的整体发展变化，还可分析洗净根系情况，获得根系生长的动态数据，以便科学客观地评价植物生长质量相应关键因素，如分析：光照、水肥、温湿度环境对生长与抗逆性的影响。

2、系统组成自动对焦800万像素多关节的大景深拍摄仪+背光套件+透明培养器皿套件、连续变焦单筒体视测量显微镜、500万像素显微相机、手动X-Y移动显微平台+上下光源、根系分析软件和电脑（酷睿i5 CPU /4G内存/500G硬盘/1G显存/ 19.5”彩显/无线网卡）。

3、主要性能指标1）多关节的大景深拍摄仪+背光成像套件可在植物侧面等位置上，在不同时刻点自动拍照跟踪监测根系，自动生成根系的整体发展变化和生长的动态数据，动态图示标记活体根系每天的新生长区和统计其对应的新生长根量，包括不同深度位置上的根量变化。

系统具备对根系生长异常的预警机制。

该动态跟踪分析的根系成像视野为240mm宽*380mm高，自动拍照分析的时间间隔0.5-48小时可调（若定时拍照时间点前接入电脑，即可自动启动拍照。

1台电脑能自动轮巡监测10个视野以上的作物植国家高新技术企业——杭州万深检测科技有限公司株原位根系动态变化（标配默认提供4套动态生长监测成像硬件，若要实时监测10个视野的作物植株原位根系，需配10套拍照成像组件）。

1分钟内自动拍完全部照片后，该监控电脑即可另做他用（不用被独占）。

2）可按被监控根系分块区域图像显示根量随时间变化的密度热力图，各部位的变化精细度可由分块监控大小来自定义控制。

根系软件能自动生成根系生长的视频，以便按时间节点来回溯查看。

3）可对原位土培根系图像进行交互引导分析、锁定编辑根系路径、修正根系的长短、粗细、位置等。

自动灌溉原理

自动灌溉原理
自动灌溉的原理是通过使用传感器、控制器和执行器等设备，实现对植物的水分需求进行监测和控制，从而实现自动给植物进行灌溉的过程。

具体原理如下：
1. 传感器检测土壤湿度：使用土壤湿度传感器检测土壤湿度，传感器一般安装在土壤根系的附近。

如果土壤湿度低于设定的阈值，传感器会发出信号。

2. 控制器接收信号：传感器发出的信号被控制器接收。

控制器是一个集成电路芯片，可以处理传感器信号并进行相应的控制操作。

3. 控制器判断是否灌溉：控制器根据传感器信号判断是否需要进行灌溉，如果土壤湿度低于设定的阈值，则控制器会发出指令，触发灌溉系统进行工作。

4. 执行器进行灌溉：执行器是通过控制器发出的指令，打开水泵，将水送入灌溉系统，并通过喷头、滴灌管等方式将水分均匀地分配到植物的根部。

5. 控制器停止灌溉：当土壤湿度超过设定阈值或设定的灌溉时间到达时，控制器会发出指令，关闭水泵停止灌溉。

自动灌溉系统的设计可以根据具体的需求进行调整和扩展，例如可以添加其他传感器，如光传感器用于检测光照强度，温度传感器用于检测环境温度等，从而更好地控制植物的生长环境。

RootScanner根系监测专业系统

RootScanner根系监测专业系统
产地：德国斯图加特
1仪器名称：RootScanner根系生长监测专业系统
2型号：RootScanner
3仪器用途：研究监测根系生长，用于植物根系生态、根系抗逆性、胁迫研究和土壤颗粒变化研究
4系统功能特性：
RootScanner根系生长原位监测系统是为了观察土壤中活体根系的生长动态而设计的用户使用扫描手柄控制主机，通过自带的WIFI可以使用任何带无线的终端现场查看到不同时间季节、不同深度的根系分布、生长动态、土壤剖面等图像数据。

计算机根据根系生长监测图像，应用专业版根系分析软件RootAnalysis便能很简单的获取根系总生物量、根系长度、直径、截面积、体积和土壤剖面结构等参数
RootScanner原位根系监测系统目前是行业最高标准。

该系统通过蓝牙无线控制系统工作，通过自带Wifi路由传输图像数据，可通过智能手机、平板、笔记本等智能终端控制和获取数据，并可对扫描图像进行个性化命名（支持二维码扫描方式）和设定采集时间，不再是顺序记录图像序号，拥有与实验设计的命名规则完美对接的能力！可不停机更换电池达到无限续航的能力！可不停机更换存储卡达到无限存储的能力！
5技术参数
●*工作方式：无线蓝牙控制工作，连接电脑或脱离电脑独立工作
●*文件命名：每次扫描可单独文件命名，可设定采集时间
●*电池容量：10000mah，可不停机更换电池无限续航24小时
●*数据存储：32G，可不停机更换存储卡无限扩容
●数据传输：WIFI、USB、读卡器
●分辨率：1200DPI 彩色
●扫描速度：20s/圈
●透明观察管尺寸：国际标准70mm外径64mm内径（可单独定制），长度可定制
●扫描角度：360度无死角。

基于微流控的植物根部-微生物相互作用研究进展

基于微流控的植物根部-微生物相互作用研究进展陈登博1,付玉明1,2∗,冯佳界1,2(1.北京航空航天大学生物与医学工程学院,北京100191;2.北京航空航天大学空天生物技术与医学工程国际联合研究中心,北京100191)摘要:基于微流控技术研究空间环境下植物的根-菌互作,有利于揭示植物-微生物稳态对空间环境效应的响应与适应机制㊂介绍了微流控技术中关于根-菌互作的成像技术,重点阐述了微流控技术针对不同栽培基质的成像以及对根际化学环境的操控/采样功能的优势,分析了芯片技术针对不同根系形态需求的研究,并对微流控技术在空间环境根-菌互作研究中的应用进行展望㊂关键词:微流控芯片;植物-微生物相互作用;根部生理学;空间生命保障中图分类号:Q948.12㊀文献标识码:A㊀文章编号:1674-5825(2022)06-0845-08收稿日期:2022-04-24;修回日期:2022-09-19基金项目:国家自然科学基金(31870852)第一作者:陈登博,男,硕士研究生,研究方向为空间生命保障技术与纳米生物技术㊂E-mail:chendengbo@∗通讯作者:付玉明,男,博士,副教授,研究方向为航天居室环境-微生物组-人体健康轴研究㊂E-mail:fuyuming@Research Progress of Microfluidics-based Plant-Microbe InteractionCHEN Dengbo 1,FU Yuming1,2∗,FENG Jiajie 1,2(1.School of Biological Science and Medical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China;2.International Joint Research Center of Aerospace Biotechnology &Medical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China)Abstract :The study of plant-microbe interactions in space environment based on microfluidic tech-nology is conducive to revealing the response and adaptation mechanism of plant-microbe homeostasis to the space environment.In this paper,the imaging technology of root-bacteria interaction in mi-crofluidic technology was introduced,the advantages of microfluidic technology for imaging different cultivation substrates and manipulating /sampling the rhizosphere chemical environment were dis-cussed,and the researches of microfluidic technology for different root morphological requirements were analyzed.In addition,the application of microfluidic technology in the study of root-bacteria interaction in space environment was prospected.Key words :microfluidic chip;plant-microbe interaction;root physiology;space life support1㊀引言㊀㊀植物栽培是地面和受控生态生命保障系统的重要组成部分㊂植物的根系有固定植株㊁吸收水分和养分等重要功能,根际微生物在植物根表或近根部位生长繁殖,是植物微生物组的重要组成部分㊂植物脱落物或分泌物可到达根际微区,在根系周围形成丰富而复杂的化学环境[1],是植物在长期进化过程中形成的一种适应外界环境变化的重要机制[2]㊂这些植物脱落物或分泌物为微生物提供营养,以此构建和调节根际微生物菌群[3];另一方面,根际微生物也会深度参与调解植物生理活动[4-5]㊂因此,植物与微生物的根际相互作用(简称根-菌互作)是植物学和微生物学第28卷㊀第6期2022年㊀12月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀载㊀人㊀航㊀天Manned Spaceflight㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.28㊀No.6Dec.2022研究的热点问题㊂传统的根-菌互作研究所用的栽培方式难以实时营造对根际研究所需化学环境,且由于需要将植物根部取出进行采样和成像观察,使得采样和成像不具有实时性(时间分辨率较低),难以复现动态的互作过程㊂并且根毛可增加根表面积,为根部探索更大空间,在根生理学研究中具有重要地位,但却因为尺度过小而难以采样和成像等㊂因此,根-菌相互作用的实时化㊁可视化和操控性研究是一项新的挑战㊂近年来,控制小体积流体的微流控芯片技术(或称为芯片实验室)为生物学研究的实时化和可视化提供了新方法,在根-菌互作研究中展现出巨大潜力㊂微流控技术在根-菌互作研究中具有三大优势:①透明的芯片可实现根-菌互作的实时成像;②可实现对根际环境的多次采样;③可对根际化学环境实现准确操控,以研究化学环境对互作的影响㊂目前最广泛采用的芯片构建流程及材料为:按照所需的芯片设计图纸,以光刻机制作与其互补的光刻胶材质或3D打印制作塑料材质的模板(Template/mold),以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)浇注到模板上成型后剥离,再以等离子体氧化PDMS的需封装面(即有芯片通道的面)以活化其表面基团,最后放置玻璃片至封装面上键合以完成封装[6]㊂相对于二氧化硅㊁热固性塑料㊁热塑性塑料等其他可选的芯片材质,PDMS的价格低廉㊁偏软质㊁制作模板后可快速批量浇注制取等优势,使其成为主流芯片制作流程中常用材料[6]㊂等离子体氧化封装方式是不可逆的,即封装后很难将PDMS从玻璃片上拆卸;若实验有拆卸需求,可考虑可逆的封装方式,直接在室温下依赖PDMS和玻璃片间的范德华力封装,但这样封装不严密,在外力和内压下容易因意外拆卸开[7]㊂高等植物可以再生氧气㊁食物和水,是生物再生生命保障系统(Bioregenerative Life Support Sys-tem,BLSS)的功能核心[8]㊂而空间特殊环境(微重力㊁辐射㊁磁场㊁密闭㊁微生物多样性受限等)对根-菌互作的影响尚不明晰,前期搭载实验表明植物对微生物病害的敏感性可能增加[9]㊂而微流控技术体积小㊁性价比高,对于空间研究也独具优势㊂本文综述了基于微流控的植物根部发育和根-菌互作的研究,阐述微流控芯片针对不同栽培基质的成像及对根际化学环境的操控/采样功能的优势,分析了芯片针对不同根系形态需求的研究,并对微流控技术在空间环境根-菌互作研究中的重要作用进行展望㊂2㊀根-菌互作芯片的成像技术㊀㊀主流微流控芯片的材质(PDMS㊁玻璃片等)透光性好,对根-菌互作的成像观察独具优势㊂若能结合荧光等生物发光技术和一些高级成像技术,将可以更全面地还原根-菌互作过程㊂图1㊀针对根-菌互作的芯片Fig.1㊀Chip for root bacteria interaction Massalha等[10-11]构建的微流控系统TRIS (Tracking Root Interactions System)是一个研究根-菌互作的典型装置,如图1(a)所示,体现了生物荧光技术在芯片根-菌互作成像中的出色效果㊂TRIS系统采用PDMS-玻璃片材质,在灌有固体植物培养基的移液器吸头中令拟南芥发苗,在根长出吸头前移栽至芯片通道入口令其向芯片中生长,并使用注射泵将液体培养基和所感兴趣的根际菌(枯草芽孢杆菌作为植物有益菌,大肠杆菌作为有害菌)注射进芯片通道内,这些方法在根-菌互作的芯片研究中被普遍使用㊂为了实时显微观察,该装置直接安装在显微镜上㊂在无菌芯片中接种了表达红色荧光蛋白的枯草芽孢杆菌和表达绿色荧光蛋白的大肠杆菌,使用激光扫描共焦显微镜分别荧光成像并叠加图像,发现在接种后12h当中,枯草芽孢杆菌向根伸长区聚集并定殖,大肠杆菌却被排除在根表面之外,通过图像观察菌群行为动态,可推测出有益菌对植物针对病648载人航天第28卷原体的保护机制㊂除使用荧光标记的细菌之外,该研究还使用了仅在6个特定根区(皮层㊁脉管系统㊁根毛等)表达绿色荧光蛋白的6种荧光拟南芥株系,并与红色荧光蛋白的枯草芽孢杆菌图像叠加,观察到了杆菌接种后6h内向根伸长区的明显趋化行为,实现荧光标记的植物和细菌共同成像㊂在可见光(包括荧光)手段之外,电子显微镜和原子力显微镜等先进成像技术的分辨率更高,可在根-菌互作研究中作为更高级的㊁细胞器水平的成像手段㊂比如根毛就是一种微米级的根部结构,可以应用这两种高级成像手段㊂与光学显微镜不同,这两者都要求观察面暴露在外,而根却被封装在芯片中㊂由于等离子体氧化法的封装是不可逆的,很难打开封装以将根和根际区暴露在外㊂针对这一需求,Aufrecht等[12]设计了一种可拆卸的㊁针对根毛研究的芯片,PDMS并未化学键合到玻璃片上,而只是在高压灭菌时形成了较弱的物理键,且用琼脂固化围住PDMS以进一步固定及保湿,如图1(b)所示㊂其可在光学成像完成后拆卸开以供电镜等成像㊂针对根毛研究的目的,芯片被设计成了两层(Two-layer)式的阶梯状腔室,较高的腔室(200μm)容纳主根㊁两侧较低的腔室(20μm)容纳根毛,实测证明根毛生长时可自然粘附在PDMS面上,在拆卸过程中可保持在原位,利于后续的电子显微镜/原子力显微镜对根毛的成像研究㊂研究人员进一步使用该芯片跟踪了2种植物益生菌在拟南芥发育早期根部定殖情况[13],结果发现,无论细菌种类和接种浓度如何, 4天后细菌细胞在根表面的覆盖面积均为1%~ 2%,且根的发育情况很大程度上取决于细菌接种的种类和浓度㊂3㊀芯片技术对不透明栽培基质的成像优势㊀㊀芯片通道中装载液体基质时,其在光学上透明的性质有助于成像,但液体并不是自然界或人工栽培的主流基质,自然环境中的根-菌互作大多发生在土壤等固体基质中㊂若将土壤引入芯片,以解决土壤颗粒不透明导致的可见光成像困难等问题,生物荧光和某些显微光谱成像技术或可成为其研究手段㊂Mafla-Endara等[14]设计了土壤芯片,将土壤置于芯片通道入口处,以可见光观察土壤及微生物扩散进入通道的过程,以揭示土壤生态系统的形成过程㊂研究发现,土壤液体和真菌菌丝是土壤物质扩散的主要驱动力,土壤颗粒和微生物在充满液体的通道中扩散比在空气中快得多,且真菌菌丝可携带细菌穿过气体障碍而扩散定殖㊂芯片成像还可用于量化土壤颗粒的运动模式,对所得显微视频中2~6μm土壤颗粒使用自动追踪算法制作速度-位置热图,发现土壤颗粒被芯片内部的流水拖拽形成蜿蜒的运动模式,也使细菌很快地移动㊂虽未引入植物,该研究使用的土壤芯片已展现了对根-菌互作的可见光成像研究潜力㊂图2㊀EcoFAbs的应用[15]Fig.2㊀The applications of EcoFABs[15]也有研究尝试让植物根进入装载有固体基质的芯片,以研究基质中的根-菌互作㊂Gao等[15]描述了EcoFAB(Ecosystem Fabrication)芯片制作方法,可向通道内装载沙子或土壤作为基质,以期在更接近自然条件的微环境中研究根-菌互作,如图2所示㊂观察发现,虽然在亮场(可见光)下,沙子和土壤的不透明性质让埋在其中的根系和微生物不可见,但在荧光显微镜下,荧光标记的根际益生菌Pseudomonas simea在土中清晰可见,展现了荧748第6期㊀㊀㊀㊀陈登博,等.基于微流控的植物根部-微生物相互作用研究进展光技术克服土壤不透明性成像的潜力㊂这种益生菌在沙子中集中于植物根尖,而在土壤中集中于芯片开口处㊂研究表明沙子的贫营养迫使益生菌定殖于根尖以摄取分泌物,而土壤的富营养使芯片开口处的氧气成为益生菌的首要需求㊂值得注意的是,EcoFAB的实验流程认为可使用镊子将裸露的植物幼苗直接从发苗的固体培养基上移栽至芯片的孔道内[15];而几乎所有其他芯片-植物的结合研究都选择使用内有固体培养基的移液器吸头作为发苗载体,并模块化地整体移栽至芯片孔道内[10,13,16],以防止移栽过程对根的伤害㊂使用移液器的成活率明显高于使用镊子的移栽,虽然使用镊子的做法更接近自然条件,但对实验操作要求较高,很难不伤害根系㊂至于直接在灌注培养基的芯片中发苗的方法[17],由于植物的发芽率并非100%等原因,失败率相对更高㊂针对土壤颗粒对可见光的不透明性,Puce-taite等[18]推荐对土壤芯片使用可见光光谱之外的㊁先进的显微光谱成像技术,以克服土壤的不透明性,利于在微观尺度监测土壤微生物和相关的生物地球化学过程㊂这些非可见光的显微光谱成像技术包括红外吸收㊁拉曼散射和基于同步辐射的X射线显微光谱技术等,有时需要在土壤中加入稳定同位素或纳米贵金属粒子等辅助成像定位,在微生物鉴定㊁代谢物/污染物的定量/定位等方面各有优势,也可运用于基于固体基质芯片的根-菌互作研究中㊂4㊀芯片技术对根际化学环境的操控/采样功能优势㊀㊀利用微流控亦可在时空上快速操控/监测根周围的化学环境,研究根部对生物或非生物因素的动态响应,例如一系列以RootChip命名的芯片设计[19],如图3所示㊂最初Grossmann等[19]开发的RootChip被用于根对化学环境的响应研究,并以根内的葡萄糖荧光传感器开展荧光成像,成功发现细胞内糖水平的改变主要发生在灌注了葡萄糖的根尖㊂对于使用拟南芥的研究,RootChip可在几厘米内(<10cm)部署多个平行通道,以一次性开展多个植株的重复性实验㊂Fendrych等[20]采用竖直放置的vRootChip(v意为vertical,竖直以不影响根向地性)研究根部生长的基因通路,观察拟南芥根生长情况数天,发现无生长素存在时拟南芥的根生长速度会在30s内迅速下降;补充少量生长素后,根生长速度又会在2min内恢复;并通过向芯片中根际环境注入cvxIAA㊁ccvTIR1等人工配体,最终确认了以TIR1/AF-BAux/IAA共受体复合物为基础的一个调节根生长的非转录分支[20]㊂Guichard等[21]开发了根生长通道更长的RootChip-8S微流控装置,Denninger 等[22]用其跟踪观察了与根毛形成相关的细胞极化过程机理,发现基因GEF3在细胞极化过程中有作为细胞膜标志物的作用㊂图3㊀安装8个植物的RootChip[19]Fig.3㊀Image of a RootChip with eight mounted live plants[19]一些芯片设计甚至可令同一植株的根部的不同部位分别处于不同化学环境中,以在完全排除个体差异因素的前提下,直观对比不同化学环境对根双侧的影响或对特定根段的影响㊂面向根生理学或环境异质性研究,研究人员通常使用双流或多流汇总的方式,即多种液体从多个入口汇总到同一条芯片通道中,来营造分界式共存的液体化学环境㊂对于分根段施加不同的化学环境,Meier 等[23]在2010年开发了可对拟南芥施加多层流化学刺激的芯片,实际使用生长素类似物2,4-D和生长素抑制剂NPA,层流的方向与根垂直,以验证生长素和抑制剂对指定根段的影响㊂研究设置了3个进液口以达成3层的层流,以控制流量的手段成功制造了厚度10μm(约1个根细胞长度)的2,4-D层,这一厚度是被掺杂在2,4-D中的荧光微球所显示㊂因为使用了生长素调节剂偶联荧光蛋白的拟南芥株系,采用荧光显微镜观察到了2,4-D在短短几分钟后令10μm长的根段长出了848载人航天第28卷根毛,表明了生长素影响可在单个根细胞尺度上发生,也证明了微流控研究在很小尺度(~10μm)上的化学刺激对根影响的能力㊂值得一提的是,由于层流的方向与根垂直,验证了大/小的流量中根的生长没有显著区别,从而排除了剪切力(~10dyne/cm2)可能造成的额外影响㊂对于双侧施加不同的化学环境,Stanley等[16]设计了双流RootChip(Dual-flow-RootChip),令2种液体平行于根轴同时进入通道,形成不对称的化学环境,也描述了详细的芯片实验步骤[24]㊂研究分别采用NaCl㊁磷酸盐和聚乙二醇在双流Ro-otChip中模拟干旱等胁迫形式,在根双侧不对称处理,研究根毛生长情况,证明根在生理和转录水平上具有局部适应环境中异质条件的能力,也证明双流芯片方法有助于还原根与环境相互作用的决策过程[16]㊂研究表明,每个根毛细胞可以自主地对环境做出响应[16,23]㊂微流控芯片的采样功能有较大潜力㊂芯片的流出液是其内部环境的重要样品,通过收集芯片的流出液,即可完成植物根际微生物和根系分泌物的采集,从而进行根际微生物组与代谢组分析㊂但实际开展了采样并使用组学手段分析的研究并不多㊂其原因是关注复杂微生物群落研究较少,而对有限个菌株的行为,使用荧光标记等技术即可揭示,如Massalha等[10]和Aufrecht等[13]的研究;另外对于根际研究,很多根际菌定殖在根部表面甚至内部,难以随流出液流出㊂5㊀芯片技术对根系形态等特殊需求的优势㊀㊀植物根系具有多种形状和尺寸,可为之相应设计适合的微流控通道和腔体,以让植株正常生长或方便成像㊂为研究根系较粗的植物,Khan 等[25]使用3D打印的模具制备了腔体高度10mm 的PDMS材质芯片,如图4(a)所示,用于研究二穗短柄草(Brachypodium distachyon,根系直径1~ 3mm)的根细胞和分析渗透胁迫下的基因表达,发现了基因BdDi19在幼苗短期渗透胁迫期间有表达㊂此外,针对须根系统研究,相对于传统的单条直道的芯片设计,Chai等[26]采用多室设计的微流控芯片,如图4(b)所示,令水稻的分枝根生长到一组径向的花瓣形室中,用以研究渗透胁迫图4㊀应用于不同植物的芯片Fig.4㊀Chips for different plants (模拟干旱环境)对根系发育的影响,发现随着聚乙二醇(PEG6000,用于营造渗透胁迫)浓度的增加,根的生长变慢,根毛的数量和长度增加,根尖边缘细胞的发育和聚集增多㊂为了方便显微观察,微流控芯片的尺寸普遍设计得较小,并且使用拟南芥等小型草本物种,这让根-菌互作的长期化观察以及对个体较大的木本植物的研究成为挑战㊂Noirot-Gros等[27]设计的根系-微生物相互作用芯片(RMI-chip),如图4(c)所示,通道长达36mm,可以培养山杨(木本植物)幼苗的根超过1个月,并且可以连续使用显微镜观察根-菌互作㊂研究发现细菌需要在山杨根部表面形成生物膜才能持久定殖㊂RMI芯片加以修改或优化,可以用于长期观察生长缓慢的植物,或者短期研究生长较快的植物㊂此外,设计功能导向性很强的特殊结构芯片,如Massalha等[10]的TRIS系统还有一个双根通道版本,在同一腔室里生长2株拟南芥的根,并设计了分隔结构避免双根的物理接触,却允许微生物948第6期㊀㊀㊀㊀陈登博,等.基于微流控的植物根部-微生物相互作用研究进展细胞和信号分子的自由流动,以直观地显示细菌对不同基因型株系根部的定殖偏好㊂根据具体需求而设计开发出来的微流控芯片更能满足各种植物生长的特殊需求,也是微流控芯片的优势之一㊂图5㊀空间环境下微流控技术在根-菌互作研究中的运用Fig.5㊀Application of microfluidic technique in the study of root-bacteria interaction in spatial environment6㊀根-菌互作空间研究现状及展望㊀㊀高等植物是BLSS 的功能核心,但空间环境因素导致植物生长处于逆境,对植物的生长发育具有显著影响㊂在太空飞行等空间环境下发现在微重力下生长的植物表现出对植物病菌的敏感性增加[28],地面3D 回转模拟微重力效应下的实验也证明了在模拟微重力效应下病菌更易侵染植物[29-31]㊂一方面可能是因为微重力对细胞壁的重生和木质素的合成起到了抑制作用[32],从而利于病原真菌的侵染;另一方面推测是微重力影响了植物宿主与自身微生物的相互作用㊂虽然植物遗传适应相对较慢,但植物共生的微生物却能够很快地适应环境变化[33]㊂而植物根际微生物组是植物的第2套基因组的组成部分,在植物生长发育过程当中起着至关重要的作用㊂植物益生菌对植物具有保护机制,可以形成生物膜以及生产植物激素从而提高植物个体抵御非外来的微生物环境胁迫的免疫能力㊁诱导免疫抗性等多种手段,从而来增强其对宿主的免疫抗逆㊁抗病能力[34],且微生物是BLSS 中必然存在的一个链环,因此有必要研究空间环境下植物的根-菌互作㊂但是受控条件下植物根际微生物的结构变化以及潜在威胁微生物研究甚少㊂由于空间实验的空间有限,即使对于探空火箭等所拥有的超过10cm ˑ10cm ˑ10cm 体积的实验空间[35-36],对于使用传统栽培方式的根-菌互作研究也明显不够㊂而且,由于空间搭载机会的稀缺和昂贵,很多实验必须先期在地面开展,在回转仪等模拟的微重力环境下进行[37-38]㊂与真正的空间实验相似,回转仪可供实验的区域非常狭小,同样难以容纳传统栽培方式的植株㊂微流控技术可以成为空间生物学研究中很有前途的工具,已经运用在国际空间站或卫星搭载的太空实验上㊂如应用于国际空间站的一种新的不依赖培养物的微生物监测系统(the Lab-On-a-Chip Application Development Portable Test Sys-tem,LOCAD-PTS)[39],在15min 内定量分析了舱室表面的内毒素(革兰氏阴性细菌和真菌的标志)㊂在目前第一个长时间的活体生物立方体卫星实验中,Nicholson 等[40]开展生命有机体轨道空间环境生存性(Space Environment Survivability ofLiving Organisms,SESLO)实验6个月,测定了枯草芽孢杆菌孢子在空间环境中长期静止(14㊁91和181天)后的萌发㊁生长和代谢情况㊂但目前空间生物学研究中,未将微流控技术应用在植物根-菌互作研究上㊂而微流控芯片体积小,且目前已有一些微流控根-菌互作研究没有采用注射泵,同样可实现根际营养液的更新[15]㊂微流控芯片作为载体更能满足研究需求㊂因此,如图5所示,对于长期进化适应1G 重力的地球环境的植物而言,空间微重力环境属于典型的逆境环境,可能导58载人航天第28卷致植物菌群失调,但目前对其机理并不清楚㊂基于微流控技术能更直观地研究植物-微生物在空间极端环境下相互作用机理,并可以通过其机理精准调控植物根部菌群,使植物拥有更大的固碳能力和更强的抗逆特性㊂微流控技术在根-菌互作研究中的显著优势能进一步帮助研究者理解植物学和微生物学研究的热点问题㊂但在空间环境下基于微流控技术开展植物根-菌互作研究依然存在着许多问题:①空间环境下,植物根生长会改变方向,对基于微流控技术的根菌互作观察有一定影响;②在芯片设计的过程中还需要考虑表面张力会成为界面的主要力;③目前的微流控技术主要针对在透明基底上成像,这将偏离自然土壤系统中根际的群落结构㊂这些问题需要利用更有效的方法来解决㊂7㊀结语㊀㊀目前,已有研究将微流控技术运用于根-菌互作中,显著提高了实验效率与根菌研究结果的分辨率㊂然而迄今为止,国际上在空间环境下应用微流控技术研究植物-微生物相互作用仍是空白㊂微流控技术具有便于对根菌互作实时成像以及对根际化学环境的操控/采样等优势,能够精细刻画反映出空间环境下植物-微生物互作规律,有益于揭示植物-微生物稳态对空间环境效应的响应与适应机制,从而助力空间环境下植物健康稳定生产,为BLSS空间实际构建应用奠定基础㊂参考文献(References)[1]㊀Sasse J,Martinoia E,Northen T.Feed your friends:Do plantexudates shape the root microbiome?[J].Trends in PlantScience,2018,23(1):25-41.[2]㊀李月明,杨帆,韩沛霖,等.植物根系分泌物响应非生物胁迫机理研究进展[J].应用与环境生物学报,2022,28(4):1-10.Li Y M,Yang F,Han P L,et al.Research progress on themechanism of root exudates in response to abiotic stresses[J].Chinese Journal of Applied&Environmental Biology,2022,28(4):1-10.(in Chinese)[3]㊀Ahmad R A,Michael D J,Segun G.Synergistic plant-mi-crobes interactions in the rhizosphere:A potential headway forthe remediation of hydrocarbon polluted soils[J].Internation-al Journal of Phytoremediation,2019,21(1/7):71-83.[4]㊀Berendsen R L,Vismans G,Yu K,et al.Disease-inducedassemblage of a plant-beneficial bacterial consortium[J].Isme Journal,2018,12(6):1496-1507.[5]㊀Jacoby R,Peukert M,Succurro A,et al.The role of soil mi-croorganisms in plant mineral nutrition-current knowledge andfuture directions[J].Frontiers in Plant Science,2017,(9):1-8.[6]㊀Ren K,Zhou J,Wu H.Materials for microfluidic chip fabri-cation[J].Accounts of Chemical Research,2013,46(11):2396-2406.[7]㊀Mcdonald J C,Duffy D C,Anderson J R,et al.Fabricationof microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)[J].Elec-trophoresis:An International 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[11]㊀Massalha H,Korenblum E,Shapiro O H,et al.TrackingRoot Interactions System(TRIS)experiment and quality con-trol[J].Bio-protocol,2019,9(8):e3211. 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菌根真菌定殖检测技术比较与分析

菌根真菌定殖检测技术比较与分析周洁仪黄雷赵丽丽*（贵州大学动物科学学院，贵州贵阳550025）摘要使用菌根真菌定殖植物，已被大量研究者成功运用在各类植物中，并且起到了促进生长、抗逆、抗病害、改善根际土壤环境等效果。

掌握菌根真菌定殖检测技术对监测菌根真菌在植物根部的定殖情况具有重要意义。

本文主要介绍了丛枝菌根真菌、外生菌根真菌、深色有隔内生真菌3种菌根真菌类型，阐述了菌根真菌侵染率检测技术的特点、操作步骤等，具体包括染色法、程序计数法以及其他方法，以期为提高菌根真菌定殖的检测效率提供科学参考。

关键词菌根真菌；定殖；检测技术中图分类号S154.4文献标识码A文章编号1007-5739（2024）02-0175-07DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2024.02.043开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Comparison and Analysis of Mycorrhizal Fungal Colonization Detection TechniquesZHOU Jieyi HUANG Lei ZHAO Lili*(College of Animal Science,Guizhou University,Guiyang Guizhou550025) Abstract The use of mycorrhizal fungi to colonize plants has been successfully applied by a large number of researchers in various plants,and has played a role in promoting growth,stress resistance,disease resistance and improving the rhizosphere soil environment.Mastering mycorrhizal fungal colonization detection techniques is of great significance for monitoring the colonization of mycorrhizal fungi in plant roots.This paper mainly introduced three types of mycorrhizal fungi:arbuscular mycorrhizal fungi,ectomycorrhizal fungi and dark endophytic fungi.It elaborated on the characteristics and operational steps of mycorrhizal fungal infection rate detection techniques,including staining method,program counting method and other methods,so as to provide scientific references for improving the detection efficiency of mycorrhizal fungal colonization.Keywords mycorrhizal fungus;colonization;detection technique近年来，研究人员利用菌根真菌定殖植物技术增强植物对生物胁迫及非生物胁迫的抗性，该技术目前被成功运用在棉花[1]、香橙[2]和番茄[3]等植物的生理研究方面。

植物生长监测数据采集与分析方法

植物生长监测数据采集与分析方法植物生长监测数据是研究植物生长发育过程中变化的重要依据，对于了解植物的生长规律、调查环境影响以及优化管理策略都具有重要的意义。

本文将介绍植物生长监测数据的采集与分析方法，旨在帮助研究人员从实践层面掌握数据的收集与利用技巧。

一、采集方法植物生长监测数据的采集可以通过传感器、人工观察和图像处理等多种方式进行。

具体采集方法如下：1. 传感器监测法传感器监测法是一种自动化的数据采集方式，主要适用于大规模的植物生长监测。

通过在植物生长环境中安装传感器，可以实时监测植物的生长指标，比如土壤湿度、温度、光照强度等。

传感器可以通过有线或无线方式与计算机或数据采集系统连接，将数据传输至后台进行分析。

2. 人工观察法人工观察法是一种相对简单直观的数据采集方式，适用于小规模的植物生长监测。

通过人工观察植物的生长状态，包括植株高度、叶片数量、果实数量等指标，并记录下来。

这种方式适合于实地的科研项目或教学实验。

3. 图像处理法图像处理法利用计算机视觉技术，通过采集植物的图像来获取生长信息。

可以使用智能手机或专业摄像机拍摄植物图像，并通过图像处理软件进行处理和分析。

该方法可以量化植物的生长状态，比如叶片面积、根系长度等指标。

二、数据分析方法采集到的植物生长监测数据需要进行合理的分析，才能获得有意义的结论。

下面介绍几种常用的数据分析方法：1. 描述统计分析描述统计分析是对数据进行简单的数学和图表描述，以了解数据的基本特征。

通过计算平均值、标准差、最大值和最小值等指标，可以对植物生长监测数据进行整体描述，揭示数据的分布情况和趋势。

2. 相关性分析相关性分析用于研究不同变量之间的相关关系。

可以通过计算相关系数，如皮尔逊相关系数、斯皮尔曼等级相关系数等，来评估植物生长指标之间的关联性。

相关性分析可以帮助找到植物生长中相互影响的因素。

3. 时间序列分析时间序列分析用于研究植物生长随时间变化的规律。

通过建立时间序列模型，比如滑动平均、指数平滑等，可以对植物生长数据进行趋势预测和周期分析，揭示植物生长的季节性变化和趋势性变化。