根系育種

作物根系

地下生態(tài)學(xué)過程研究

由于根系生長環(huán)境的復(fù)雜性及根系研究方法和手段的局限性使根系研究相對滯后。傳統(tǒng)的根系取樣研究方法對根系易造成損傷，大大影響試驗結(jié)果的準確性，由于缺乏根際生態(tài)因子和動物、微生物活動的同步觀測手段，根系營養(yǎng)、逆境、調(diào)節(jié)等研究難以取得令人滿意的結(jié)果。

RhizoScope 根系研究平臺不僅提供根系形態(tài)、生理性狀的原位觀測功能，還同時提供地上植株的生理生態(tài)參數(shù)及土壤水溫、氧化還原、pH值、微生物呼吸等同步觀測能力。也可根據(jù)科研需要，布設(shè)不同的控制、處理試驗，為根系育種提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以用于研究植物細根周轉(zhuǎn)在陸地生態(tài)系統(tǒng)C循環(huán)和N循環(huán)中的過程和機理。

RhizoScope根系形態(tài)觀測

AZR-300 復(fù)合根系生長觀測系統(tǒng)采用微根窗（Minirhizotron）技術(shù)，非破壞性監(jiān)測細根生長動態(tài)。傳統(tǒng)的微根窗根系觀測系統(tǒng)只能提供單一的攝像或掃描功能，攝像技術(shù)分辨率高，但存在一次性拍攝圖片小的缺陷，掃描技術(shù)一次性獲取圖片區(qū)域大但分辨較攝像技術(shù)低。

AZR-300復(fù)合根系生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)集攝像和掃描技術(shù)于一體，集合攝像和掃描各自優(yōu)勢，實現(xiàn)在微根窗管中任意切換攝像和掃描兩種方式，從而能快速、清晰獲取植物根系整體和局部圖片。

攝像技術(shù)對很小的細根和根毛有良好的分辨率，適合研究根系的動態(tài)包括生長、發(fā)育、死亡、壽命、數(shù)量動態(tài)、營養(yǎng)吸收；掃描獲取根系圖像面積大，很適合研究根系生態(tài)、生物量；結(jié)合兩種技術(shù)優(yōu)勢于一體將給原位根系監(jiān)測帶來極大便利

系統(tǒng)功能

●集成拍攝和掃描于一體

●拍攝視野20mm×16mm

●掃描視野22.0cm×21.5cm

●掃描分辨率可選100、300、600、 1200Dpi

●白光和紫外光雙光源

●超大圖像放大功能，用于觀察植物根菌、真菌和土壤動物

根系圖像分析軟件

專業(yè)進口圖像分析軟件，可多幅圖片同時分析。                

軟件分析計算細根長度、細根直徑、細根面積、細根總長、細根總面積、細根平均直徑、細根數(shù)量及生物量、細根壽命、細根周轉(zhuǎn)率。

RhizoScope地下動物觀測系統(tǒng)

單一的攝像系統(tǒng)采用4800dpi超高清拍攝，實時觀測記錄10um分辨率下的根毛、真菌和土壤動物的情況。64倍的圖像放大功能，用于觀察植物根菌、真菌和土壤動物。

技術(shù)指標：

u 4800dpi，10um分辨率

u PAL制式彩色攝像頭，分辨率3840*2880可調(diào)節(jié)。      

u 20*16mm拍攝視野

u 紫外光源系統(tǒng)，與測量同步使用

u 根系生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可連續(xù)使用8h以上。

RhizoScope根系營養(yǎng)生理觀測

根際土壤速效養(yǎng)分的測量可實時監(jiān)測作物品種本身的肥料利用率。實時監(jiān)測根際土壤pH值和氧化還原值，可觀測根系分泌物的酸化、離子交換和還原過程，為研究根系分泌物在土壤結(jié)構(gòu)形成、土壤養(yǎng)分活化、植物養(yǎng)分吸收、環(huán)境脅迫緩解等方面提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

AZW-100土壤溶液取樣器功能：

u 低殘留, 取樣管、陶土杯可以更換, pH 范圍：4-9。用于硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽、鈣、鈉、銨、  磷的分析取樣。不適于重金屬取樣。

u 土壤溶液存儲在管中，采樣時可抽取。

u 便攜式真空泵：最大負壓85kPa (-0.85bar), 內(nèi)置電池，當(dāng)負壓與土壤水勢持平時，停止抽取土壤溶液。當(dāng)取樣瓶倒空后，繼續(xù)抽真空。操作簡單、方便。

u 真空泵持續(xù)工作時間12h；

u 保護箱，可以抽一次真空后持續(xù)取水48小時，并在低溫下保存，防止溫度變化時產(chǎn)生的氣化影響瓶子中的負壓。

u 取樣陶瓷頭直徑22mm，長度60mm

u 取樣管長度 20cm，40cm，50cm，100cm，200cm，可選（標配20cm）

u 便攜式真空泵: 壓力范圍 0～-85kpa，0～100kpa

RhizoScope根系逆境生理觀測

植物的抗逆特性大部分與根的形態(tài)和生理特性有關(guān)，并在植株地上部分表現(xiàn)出來。 地上和地下同步觀測為研究植物的抗性機理及根系對葉片光合作用強度、氣孔開度、冠層形態(tài)的調(diào)節(jié)過程提供實時觀測數(shù)據(jù)。也為根系的早衰機制研究和跟根信號傳導(dǎo)提供觀測工具。

測量參數(shù)：

土壤水分測量范圍：

體積含水量：0～60%（VWC），精度±1%（VWC）

溫度范圍：-40℃～+80℃，精度±0.2℃

附加輸出：原始測量數(shù)據(jù)，介電常數(shù)

pH：-175到+ 175 mV 等于 pH10到pH 4 (pH 7即0 mV)

氧化還原：范圍+/- 1250 mV，分辨率0.1 mV，精度3mV

ENVIdata數(shù)據(jù)傳輸和管理

該系統(tǒng)直接將數(shù)據(jù)傳送到ENVIdata數(shù)據(jù)服務(wù)器上，服務(wù)器軟件既可以作為獨立的應(yīng)用軟件，運行在用戶的服務(wù)器上；也可以運行在澳作公司安全的服務(wù)器上，為多個用戶提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時幫助用戶監(jiān)控野外測點硬件系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)于2010年獲得 ISO9001 質(zhì)量認證書，至今全部通過專家的年度復(fù)核，確保系統(tǒng)集成的品質(zhì)，用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網(wǎng)，就能瀏覽實時和歷史數(shù)據(jù)。

基于葉綠素?zé)晒鈪?shù)的抗性篩選，可檢測干旱脅迫、凍害脅迫、熱脅迫、光脅迫、營養(yǎng)元素脅迫等。

u 篩選抗旱品種, 特征參數(shù)Fv/Fm、Y(II)、ETR、NPQ、qP

u 篩選耐弱光植物，特征參數(shù)Fv/Fm、Y(II)、ETR、NPQ、qP、qE、qM、qT、qI、RLC

u 篩選耐高溫植物，特征參數(shù)Y(II)、葉綠素含量

u 篩選耐低溫植物，測量Fv/Fm、Y(II)、ETR、qP、NPQ、qE、qI

u 篩選耐鹽堿，土壤肥力差地區(qū)生長的植物，以氮缺乏為例，測量葉綠素含量和Y(II)

技術(shù)指標

葉綠素?zé)晒馓筋^提供的光強：

藍光飽和脈沖強度：

Fm’校正，7000 μmols/m²/s，方形頂脈沖，10000 μmols/m²/s

紅光飽和脈沖強度：

Fm’校正，7000 μmols/m²/s，方形頂脈沖，10000 μmols/m²/s

調(diào)制光源：

Blue 455nm – 半波寬21nm的藍色光源

Red 640nm - 半波寬17nm的紅色光源

光化光源：

藍光，可達5000 μmols m^-2 s^-1

紅光，可達5000 μmols m^-2 s^-1

遠紅光源：結(jié)合暗適應(yīng)模塊用于Fo’測量或者暗適應(yīng)模式中Fv/Fm測量前的預(yù)照射。檢測器&濾波器： 具有700 ~ 750帶通濾波器的PIN光電二極管 

葉綠素含量探頭：

測量參數(shù)：CFR或葉綠素?zé)晒獗嚷剩‵735/F700）,葉綠素含量mg/m²;

測量面積：10cm—1.2m直徑

NDVI、NDRE、PPR & CCCI探頭：

測量參數(shù)：NDVI, NDRE, PPR, CCCI

測量面積：10cm—1.2m直徑

PSK植物脅迫測量套件         

? 測量葉片實際光吸收率，

? 測量葉溫和相對濕度

? 多相飽和光閃校正Fm’，降低高飽和光強對植物光合系統(tǒng)的損傷

葉綠素含量測量

? 精確測量葉片的葉綠素絕對含量（mg/m²）

? 不受葉片或樣品大小、厚度和形狀的影響，非破壞性測量。

? 內(nèi)置GPS

RhizoScope根系調(diào)節(jié)生理觀測系統(tǒng)

采用AZR-300復(fù)合根系測量系統(tǒng)實時測量細根長度、細根直徑、細根面積的同時，同步采用iFL植物光合熒光復(fù)合測量系統(tǒng)獲取如下葉片光合生理參數(shù)，研究根系對葉片光合強度、葉片衰老進程、氣孔開度、葉片受光姿態(tài)的調(diào)節(jié)作用。

? 標準的光合參數(shù)測量，比如：光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等，

? 可以直接得出葉肉導(dǎo)度、羧化部位CO2濃度、光下呼吸 

? 測量實際葉片光吸收率、光透射率，用于準確計算電子傳遞速率 

? 葉綠素?zé)晒鉁y量程序：Fv/Fm，量子產(chǎn)額Yield Y (II)，熒光淬滅測量（包括Kramer Lake、Kughammer簡化Lake和Puddle三種模型）

? 多相飽和光閃技術(shù)，確保準確測量最大熒光值Fm’ 

OS5p+植物葉綠素?zé)晒鉁y量系統(tǒng) 

? 可以分別測量葉綠體遷移、葉黃素循環(huán)、光抑制和狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的非光化學(xué)淬滅。 

? 多相飽和光閃技術(shù)，確保測得準確的Fm’。

? 自動設(shè)置調(diào)制光強度 

? 多種淬滅測量協(xié)議 

OS30p+便攜式葉綠素?zé)晒鉁y量儀

? 適合暗適應(yīng)測量，可測 F_V/F_M，F_V/F_O，＆Strasser OJIP協(xié)議； 

? 彩色圖形顯示,1GB內(nèi)存

? USB下載數(shù)據(jù)

植物光合色素對植物生長發(fā)育有一定的調(diào)節(jié)作用，植物光合色素含量的高低直接影響植物根的數(shù)量和長度，色素含量越高，根數(shù)量越多，根長度越長，越有利于植物對養(yǎng)分以及水分的吸收，也是衡量植物產(chǎn)量的重要指標。光合色素含量同時也可以揭示植物的適應(yīng)性、生物合成能力以及健康狀況等。測量色素含量不僅能夠?qū)χ仓甑?/span>健康狀況進行驗證，同時也可以對植物的抗性能力進行評估。

MPM-100原位植物多色素測量儀

同時測量葉綠素含量、花青素含量、黃酮醇含量和NFI（氮-黃酮醇指數(shù)，葉綠素與黃酮醇含量比值），原位無損測量，無需樣品處理，與化學(xué)分析測量的結(jié)果匹配度高。

? 使用成熟的技術(shù)同時測量不同植物的色素

? 使用比率熒光測量花青素含量和黃酮醇含量

? 使用葉片在遠紅外和近紅外波段的透射光譜來測量葉綠素含量

? 使用測量葉綠素含量和黃酮醇含量結(jié)果測定氮-黃酮醇指數(shù)

? 測量模式包含離散單次測量和平均測量(2-8個樣品),軟件支持平均和中值選擇。

? 2GB非易失性測量數(shù)據(jù)內(nèi)存

? 測量面積: 9.5mm直徑的圓

? 重復(fù)性:±1%

? 噪聲:<±2%

? 檢測器:固態(tài)高靈敏度檢測器，支持帶限過濾設(shè)置

? 檢測:調(diào)制光信號控制減少背景干擾,光源和檢測器溫度補償。

? 儀器界面:240×320彩色觸屏

? 輸出:USB

? 電源:2個AA可充電電池，配備充電器

RhizoScope 根系控制實驗系統(tǒng)

小尺度生態(tài)系統(tǒng)控制實驗是研究全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)細根周轉(zhuǎn)過程相互作用的重要平臺。

 RhizoScope根系3D觀測系統(tǒng)是根系生長和根際生態(tài)環(huán)境一體化監(jiān)測系統(tǒng)。采用SoilScope控制型土柱作為種植平臺，實現(xiàn)長期、原位測量根系水平、垂直生長，同步觀測土壤氧化還原、pH、水分、溫度、電導(dǎo)率，用于研究土壤環(huán)境對根周轉(zhuǎn)率、根系生長動力學(xué)、根系空間分布的影響。

還可同步觀測土壤CO₂、CH₄、N₂O、NO及¹³C、¹⁵N、¹⁸O，研究根系與土壤微生物的交互影響，是研究植物根域和根際的重要工具。

SoilScope 控制型土柱1平米、高2米，配置地下水連通模塊，自動或手動控制水勢或水位，既可用于控制實驗，也可實時調(diào)控與大田水力學(xué)梯度一致，作物生長環(huán)境與大田同步。  

Rhizoscope原位根系3D觀測系統(tǒng)可原位、連續(xù)觀測深度0.2、0.4、0.65、1.45、1.8cm處的根系，獲取水平、垂直方向的3D根系結(jié)構(gòu)。

同步可采集測量土壤溶液，測量土壤水分、溫度、電導(dǎo)率、pH、氧化還原、CO₂、CH₄、NH₃、N₂O等土壤氣體及¹³C、¹⁵N、¹⁸O氣體同位素。

系統(tǒng)采用人工滴灌及模擬降雨，上部構(gòu)建大棚以防降雨且滿足植物光合作用，在系統(tǒng)底部設(shè)計有排水系統(tǒng)。

RhizoScope細根周轉(zhuǎn)與地下碳格局與過程觀測系統(tǒng)

RhizoScope根系3D觀測系統(tǒng)提供小尺度生態(tài)控制實驗平臺，用于觀測細根周轉(zhuǎn)和地下CO₂、CH₄的實時排放，用于研究植物和土壤中碳通量的關(guān)系，及全球氣候變化背景下陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流動。

AZG-300 CO₂ CH₄ 在線監(jiān)測儀 采用紅外吸收法測量CO₂ 、紅外激光吸收法測量CH₄ 。內(nèi)置高精度恒溫檢測器使零點及校準點保持不變。系統(tǒng)自帶大屏幕彩屏顯示、觸摸控制、海量數(shù)據(jù)存儲、聯(lián)機通訊、自動標定等功能。

測量范圍：CO₂：0～2000ppm,可選0-5000ppm、0-10000ppm、0-80000ppm（適用于濕地、工廠或垃圾廠）

CH₄：0～100ppm，可選0-100%

分辨率： CO₂：0.01ppm   CH₄ ：0.1ppm

完成測量，恢復(fù)初始狀態(tài)下的iChamber

AZG-300 在線監(jiān)測儀與iChamber 多功能自動箱連用，可在線、實時測量土壤溫室氣體通量。iChamber多功能自動箱 由澳作公司自主研發(fā)、設(shè)計，升降可控，無邊框和立柱，對測量點降雨、風(fēng)速等小氣候無影響，抗風(fēng)12級。

高度可隨植物高度調(diào)整，滿足植物不同生長期的研究需要，多種尺寸可選。

同一個自動箱還可用于不同高度的地表植被，大大提高了自動箱的利用率。iChamber既可用于土壤溫室氣體通量測量，也可用作群落光合室。

iChamber-G 土壤采氣矛可埋設(shè)在不同深度，在線、連續(xù)采集土壤氣體，采氣腔70ml，氣體交換速率180s，和AZG-300分析儀連用，在線測量土壤CO₂、CH₄等氣體，是研究土壤微生物活性、碳氮轉(zhuǎn)換過程的重要工具。

RhizoScope地下生態(tài)學(xué)過程觀測系統(tǒng)

系統(tǒng)用于文獻：Soil gas probes for monitoring trace gas messengers of microbial activity

Joseph R. Roscioli Laura K. Meredith, Joanne H. Shorter, JulianaGilLoaiza & Till H. M.Volkmann  Scientifc Reports | (2021) 11:8327 htts://doi.org/10.1038/s41598-021-86930-8    .nature.cm/scientificreports

土壤微生物產(chǎn)生和消耗能表征土壤生物地球化學(xué)過程的氣體。因此土壤氣體的測量是揭示微生物活動的重要工具。然而，大部分土壤氣體測量缺少與微生物過程和土壤結(jié)構(gòu)尺度對應(yīng)的、非破壞性方法。

采用擴散型土壤氣體采集系統(tǒng)和樣氣傳送技術(shù)，用于高分辨率從地下樣點采氣。采集的土壤氣體送到地上分析儀中測量氣體濃度和同位素。靈活的采集系統(tǒng)，配置了控制閥，減少了樣氣量，展示了在控制型土柱中監(jiān)測地下N₂O及其同位素、CH₄、CO₂、NO的地球化學(xué)循環(huán)過程。

采樣系統(tǒng)可重復(fù)獲得主導(dǎo)土壤養(yǎng)分和還原過程的氣體濃度，為揭示微生物應(yīng)對主要環(huán)境脅迫提供了新的視野。采用N₂O 同位素位嗜值SP作為微生物過程的指示值鎖定了原位微生物活動的動力學(xué)過程。揭示微生物活動的痕量氣體信息將補充組學(xué)方法、助力地下模型、完善土壤異質(zhì)性對地下交互過程影響的理解。

同步觀測地下廓線：

u NO₂、NO、CO、COS、H₂O、VOCs

u ¹H¹⁶O¹H、¹H¹⁶O²H、¹H¹⁸O¹H、 ¹²C¹⁶O¹⁶O、¹³C¹⁶O¹⁶O、¹²C¹⁶O¹⁷O、¹²C¹⁶O¹⁸O

u ¹²CH₄、¹³CH₄

u ¹⁴N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁵N¹⁶O、¹⁵N¹⁴N¹⁶O、¹⁴N¹⁴N¹⁸O

(a) 三個柱體中的N₂O濃度 (綠色陰影) vs δ¹⁵Nbulk (紅), δ¹⁸O-N₂O (藍), and δ¹⁵NSP (紫) (b) N₂O中的δ¹⁵Nbulk (x軸), δ¹⁸O-N₂O (y軸), and SP AOA氨氧化古菌 (綠框) and AOB (紫框) 氧化菌,灰色代表真菌反硝化，δ¹⁵Nbulk, δ¹⁵NSP, and δ¹⁸O-N₂O不確定漂移占比5.0‰, 1.6‰, and 2.5‰