植物根系的研究方法及工具

2025-07-11 14:32:41 点将科技系统集成部 1

植物通过根系营固着生长。根系通过影响水分、养分的吸收影响植物生长发育，根能向地上部发出信号，影响地上部其他器官的功能，根系还是土壤微生物的寄主。研究根系表型对于发现作物有益性状、培育新品种以及优化耕作栽培方式等至关重要。

随着技术的进步，对根系的研究方法也随之改善，从破坏性挖掘切割，到微侵入观察，到无损伤监测。以往经典的根系研究方法主要有：挖掘法、土钻法、剖面墙法等侵入式、破坏性方法。非破坏性或者微创研究方法有：玻璃墙法、容器法、微根管法等。

1. 挖掘法

将植物连同根区土壤整体挖出或小心挖掘，然后用水（高压水枪或浸泡冲洗）或气流去除土壤颗粒，露出完整的根系。挖掘法能提供植物在自然状态下整个根系的清晰情况，可用于研究根长、根系大小、颜色、状态、根系分布等各种特征，以及根嫁接现象。适用于研究草本和一年生作物，更适于研究树木。

2、土钻法

使用不同直径的土钻在特定位置和深度钻取土壤柱（土芯），然后将根系从土芯中分离（冲洗、过筛）。优点是取样速度快，可以分层分析根系分布。缺点是破坏性取样，无法进行原位动态监测，取样代表性受钻头大小、位置和数量影响。分离根系过程繁琐，细根易损失。

3、剖面墙法

剖面墙法要先依据植物的类型挖一条大小、位置合适的沟。对垄栽作物来说，应横跨垄间挖沟，以便于观察根的行间分布。一般来说，剖面墙的工作面应宽 1 米, 沟长 1.2-1.5 米为宜。

沟挖好后，首先在地表划一条 1-2 厘米深的线，使其尽量靠近初始剖面墙。借助铅垂线使剖面墙垂直，再用剖面刀修光剖面。暴露根的较好方法是喷水和剥刮相结合。剖面墙法适用于检查条播作物根的分布情况。缺点是挖掘破坏性强；只能观察靠近剖面一侧的根系。

4、玻璃墙法

玻璃墙法就是通过置于土壤剖面的观察窗，观察、记录根的生长情况。玻璃墙法能使人们长期、连续地观察根系生长发育情况，使用寿命可达 20 年左右。缺点是紧靠观察窗的区域土壤温度变幅稍大，窗面和观察深度都比较有限。

玻璃墙法可以采用玻璃剖面墙，即直接在修整好的垂直剖面上放置玻璃板，长钉固定，可嵌入钢框以便移动。观察窗放置好以后需要遮挡掩盖，避光可以减少对植物根系生长的干扰。

玻璃墙法还可以通过地下根系实验室、地下根系走廊进行。就是修建一个地下通道，两侧为垂直的土壤剖面，搭建支柱、横梁及顶盖，使用时进入地下通道，从玻璃观察窗观测植物的根系生长状况。

5、容器法

容器生根系统主要用以研究根的形态特性、生理特性、生化特性及某些生态特性。容器法可以用于研究单个环境因素。容器内生长的植株易于掌握，生长条件可以重复。其特点是非自然条件，如使用失去自然剖面土壤、人工扎根基质、缺少根伸展空间、缺少其它植物根的竞争等等，因此只作为田间研究的补充。

容器种类可选，盒、箱、管、瓶、盆、桶、柱、槽、袋等多种形状均可，圆形、方形、筒形可依据需要定制，铁质、木质、玻璃、尼龙、有机板、金属网都可使用。培养介质可以用土、沙、壤、泥炭、椰壳、石英、水、琼脂基质等。

6、微根管法

目前野外原位动态监测主流的技术。将透明观测管（微根管）预先埋入土壤中。定期将特制的根系扫描仪或摄像头插入管内，对管壁外的根系进行原位拍照或扫描。可长期、重复观测同一位置根系的生长、死亡、周转动态，定量分析根长密度、根生产量、死亡率、周转率等。

缺点是初期安装成本较高；只能观测靠近管壁的根系（观测区域有限）；图像分析处理需要专业软件和时间；管壁可能影响局部根系的生长（“微根管效应”）；对土壤紧实度和含水量有要求。

代表仪器有美国Bartz公司的BTC-100X，美国CID公司的CI-600，点将科技的DJ-3012等。

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