根系育種

作物根系

地下生態(tài)學(xué)過(guò)程研究

由于根系生長(cháng)環(huán)境的復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。傳統的根系取樣研究方法對根系易造成損傷，大大影響試驗結果的準確性，由于缺乏根際生態(tài)因子和動(dòng)物、微生物活動(dòng)的同步觀(guān)測手段，根系營(yíng)養、逆境、調節等研究難以取得令人滿(mǎn)意的結果。

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

RhizoScope根系形態(tài)觀(guān)測

AZR-300 復合根系生長(cháng)觀(guān)測系統采用微根窗（Minirhizotron）技術(shù)，非破壞性監測細根生長(cháng)動(dòng)態(tài)。傳統的微根窗根系觀(guān)測系統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)一次性獲取圖片區域大但分辨較攝像技術(shù)低。

AZR-300復合根系生長(cháng)動(dòng)態(tài)監測系統集攝像和掃描技術(shù)于一體，集合攝像和掃描各自?xún)?yōu)勢，實(shí)現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(dòng)態(tài)包括生長(cháng)、發(fā)育、死亡、壽命、數量動(dòng)態(tài)、營(yíng)養吸收；掃描獲取根系圖像面積大，很適合研究根系生態(tài)、生物量；結合兩種技術(shù)優(yōu)勢于一體將給原位根系監測帶來(lái)極大便利

系統功能

●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(guān)察植物根菌、真菌和土壤動(dòng)物

根系圖像分析軟件

專(zhuān)業(yè)進(jìn)口圖像分析軟件，可多幅圖片同時(shí)分析。                

軟件分析計算細根長(cháng)度、細根直徑、細根面積、細根總長(cháng)、細根總面積、細根平均直徑、細根數量及生物量、細根壽命、細根周轉率。

RhizoScope地下動(dòng)物觀(guān)測系統

單一的攝像系統采用4800dpi超高清拍攝，實(shí)時(shí)觀(guān)測記錄10um分辨率下的根毛、真菌和土壤動(dòng)物的情況。64倍的圖像放大功能，用于觀(guān)察植物根菌、真菌和土壤動(dòng)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可調節。      

u 20*16mm拍攝視野

u 紫外光源系統，與測量同步使用

u 根系生長(cháng)動(dòng)態(tài)監測系統可連續使用8h以上。

RhizoScope根系營(yíng)養生理觀(guān)測

根際土壤速效養分的測量可實(shí)時(shí)監測作物品種本身的肥料利用率。實(shí)時(shí)監測根際土壤pH值和氧化還原值，可觀(guān)測根系分泌物的酸化、離子交換和還原過(guò)程，為研究根系分泌物在土壤結構形成、土壤養分活化、植物養分吸收、環(huán)境脅迫緩解等方面提供基礎數據。

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(shí)可抽取。

u 便攜式真空泵：最大負壓85kPa (-0.85bar), 內置電池，當負壓與土壤水勢持平時(shí)，停止抽取土壤溶液。當取樣瓶倒空后，繼續抽真空。操作簡(jiǎn)單、方便。

u 真空泵持續工作時(shí)間12h；

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

u 取樣陶瓷頭直徑22mm，長(cháng)度60mm

u 取樣管長(cháng)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(guān)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出來(lái)。 地上和地下同步觀(guān)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(kāi)度、冠層形態(tài)的調節過(guò)程提供實(shí)時(shí)觀(guān)測數據。也為根系的早衰機制研究和跟根信號傳導提供觀(guān)測工具。

測量參數：

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：原始測量數據，介電常數

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數據傳輸和管理

該系統直接將數據傳送到ENVIdata數據服務(wù)器上，服務(wù)器軟件既可以作為獨立的應用軟件，運行在用戶(hù)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(gè)用戶(hù)提供數據接收服務(wù)，同時(shí)幫助用戶(hù)監控野外測點(diǎn)硬件系統的運行狀態(tài)。

ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監測系統于2010年獲得 ISO9001 質(zhì)量認證書(shū)，至今全部通過(guò)專(zhuān)家的年度復核，確保系統集成的品質(zhì)，用戶(hù)采用用戶(hù)名和密碼登陸，只要能上網(wǎng)，就能瀏覽實(shí)時(shí)和歷史數據。

基于葉綠素熒光參數的抗性篩選，可檢測干旱脅迫、凍害脅迫、熱脅迫、光脅迫、營(yíng)養元素脅迫等。

u 篩選抗旱品種, 特征參數Fv/Fm、Y(II)、ETR、NPQ、qP

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

u 篩選耐高溫植物，特征參數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，土壤肥力差地區生長(cháng)的植物，以氮缺乏為例，測量葉綠素含量和Y(II)

技術(shù)指標

葉綠素熒光探頭提供的光強：

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：結合暗適應模塊用于Fo’測量或者暗適應模式中Fv/Fm測量前的預照射。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：CFR或葉綠素熒光比率（F735/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：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(shí)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。

? 內置GPS

RhizoScope根系調節生理觀(guān)測系統

采用AZR-300復合根系測量系統實(shí)時(shí)測量細根長(cháng)度、細根直徑、細根面積的同時(shí)，同步采用iFL植物光合熒光復合測量系統獲取如下葉片光合生理參數，研究根系對葉片光合強度、葉片衰老進(jìn)程、氣孔開(kāi)度、葉片受光姿態(tài)的調節作用。

? 標準的光合參數測量，比如：光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度等，

? 可以直接得出葉肉導度、羧化部位CO2濃度、光下呼吸 

? 測量實(shí)際葉片光吸收率、光透射率，用于準確計算電子傳遞速率 

? 葉綠素熒光測量程序：Fv/Fm，量子產(chǎn)額Yield Y (II)，熒光淬滅測量（包括Kramer Lake、Kughammer簡(jiǎn)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+植物葉綠素熒光測量系統 

? 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(dòng)設置調制光強度 

? 多種淬滅測量協(xié)議 

OS30p+便攜式葉綠素熒光測量?jì)x

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

? 彩色圖形顯示,1GB內存

? USB下載數據

植物光合色素對植物生長(cháng)發(fā)育有一定的調節作用，植物光合色素含量的高低直接影響植物根的數量和長(cháng)度，色素含量越高，根數量越多，根長(cháng)度越長(cháng)，越有利于植物對養分以及水分的吸收，也是衡量植物產(chǎn)量的重要指標。光合色素含量同時(shí)也可以揭示植物的適應性、生物合成能力以及健康狀況等。測量色素含量不僅能夠對植株的健康狀況進(jìn)行驗證，同時(shí)也可以對植物的抗性能力進(jìn)行評估。

MPM-100原位植物多色素測量?jì)x

同時(shí)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，葉綠素與黃酮醇含量比值），原位無(wú)損測量，無(wú)需樣品處理，與化學(xué)分析測量的結果匹配度高。

? 使用成熟的技術(shù)同時(shí)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(lái)測量葉綠素含量

? 使用測量葉綠素含量和黃酮醇含量結果測定氮-黃酮醇指數

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

? 2GB非易失性測量數據內存

? 測量面積: 9.5mm直徑的圓

? 重復性:±1%

? 噪聲:<±2%

? 檢測器:固態(tài)高靈敏度檢測器，支持帶限過(guò)濾設置

? 檢測:調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(gè)AA可充電電池，配備充電器

RhizoScope 根系控制實(shí)驗系統

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

 RhizoScope根系3D觀(guān)測系統是根系生長(cháng)和根際生態(tài)環(huán)境一體化監測系統。采用SoilScope控制型土柱作為種植平臺，實(shí)現長(cháng)期、原位測量根系水平、垂直生長(cháng)，同步觀(guān)測土壤氧化還原、pH、水分、溫度、電導率，用于研究土壤環(huán)境對根周轉率、根系生長(cháng)動(dòng)力學(xué)、根系空間分布的影響。

還可同步觀(guān)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(dòng)或手動(dòng)控制水勢或水位，既可用于控制實(shí)驗，也可實(shí)時(shí)調控與大田水力學(xué)梯度一致，作物生長(cháng)環(huán)境與大田同步。  

Rhizoscope原位根系3D觀(guān)測系統可原位、連續觀(guān)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根系結構。

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

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

RhizoScope細根周轉與地下碳格局與過(guò)程觀(guān)測系統

RhizoScope根系3D觀(guān)測系統提供小尺度生態(tài)控制實(shí)驗平臺，用于觀(guān)測細根周轉和地下CO₂、CH₄的實(shí)時(shí)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)系統的物質(zhì)流動(dòng)。

AZG-300 CO₂ CH₄ 在線(xiàn)監測儀 采用紅外吸收法測量CO₂ 、紅外激光吸收法測量CH₄ 。內置高精度恒溫檢測器使零點(diǎn)及校準點(diǎn)保持不變。系統自帶大屏幕彩屏顯示、觸摸控制、海量數據存儲、聯(lián)機通訊、自動(dòng)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(chǎng)或垃圾廠(chǎng)）

CH₄：0～100ppm，可選0-100%

分辨率： CO₂：0.01ppm   CH₄ ：0.1ppm

完成測量，恢復初始狀態(tài)下的iChamber

AZG-300 在線(xiàn)監測儀與iChamber 多功能自動(dòng)箱連用，可在線(xiàn)、實(shí)時(shí)測量土壤溫室氣體通量。iChamber多功能自動(dòng)箱 由澳作公司自主研發(fā)、設計，升降可控，無(wú)邊框和立柱，對測量點(diǎn)降雨、風(fēng)速等小氣候無(wú)影響，抗風(fēng)12級。

高度可隨植物高度調整，滿(mǎn)足植物不同生長(cháng)期的研究需要，多種尺寸可選。

同一個(gè)自動(dòng)箱還可用于不同高度的地表植被，大大提高了自動(dòng)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 土壤采氣矛可埋設在不同深度，在線(xiàn)、連續采集土壤氣體，采氣腔70ml，氣體交換速率180s，和AZG-300分析儀連用，在線(xiàn)測量土壤CO₂、CH₄等氣體，是研究土壤微生物活性、碳氮轉換過(guò)程的重要工具。

RhizoScope地下生態(tài)學(xué)過(guò)程觀(guān)測系統

系統用于文獻：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(guò)程的氣體。因此土壤氣體的測量是揭示微生物活動(dòng)的重要工具。然而，大部分土壤氣體測量缺少與微生物過(guò)程和土壤結構尺度對應的、非破壞性方法。

采用擴散型土壤氣體采集系統和樣氣傳送技術(shù)，用于高分辨率從地下樣點(diǎn)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，配置了控制閥，減少了樣氣量，展示了在控制型土柱中監測地下N₂O及其同位素、CH₄、CO₂、NO的地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。

采樣系統可重復獲得主導土壤養分和還原過(guò)程的氣體濃度，為揭示微生物應對主要環(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(guò)程的指示值鎖定了原位微生物活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。揭示微生物活動(dòng)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(guò)程影響的理解。

同步觀(guān)測地下廓線(xiàn)：

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(gè)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‰