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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(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)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(yàn)，為根系育種提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),，也可以用于研究植物細(xì)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(jī)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(xì)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(shí)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(xì)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(jìn)口圖像分析軟件,，可多幅圖片同時分析,。                

軟件分析計算細(xì)根長度、細(xì)根直徑,、細(xì)根面積,、細(xì)根總長、細(xì)根總面積,、細(xì)根平均直徑,、細(xì)根數(shù)量及生物量、細(xì)根壽命,、細(xì)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(shí)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(biāo)：

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(shí)時監(jiān)測作物品種本身的肥料利用率,。實(shí)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(fù)壓85kPa (-0.85bar), 內(nèi)置電池,，當(dāng)負(fù)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(hù)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(fù)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(biāo)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(jī)理及根系對葉片光合作用強(qiáng)度,、氣孔開度,、冠層形態(tài)的調(diào)節(jié)過程提供實(shí)時觀測數(shù)據(jù)。也為根系的早衰機(jī)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(dú)立的應(yīng)用軟件，運(yùn)行在用戶的服務(wù)器上；也可以運(yùn)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(diǎn)硬件系統(tǒng)的運(yùn)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(rèn)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(shí)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(biāo)

葉綠素?zé)晒馓筋^提供的光強(qiáng)：

藍(lán)光飽和脈沖強(qiáng)度：

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

紅光飽和脈沖強(qiáng)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(lán)色光源

Red 640nm - 半波寬17nm的紅色光源

光化光源：

藍(lán)光,，可達(dá)5000 μmols m^-2 s^-1

紅光,，可達(dá)5000 μmols m^-2 s^-1

遠(yuǎn)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(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(qiáng)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(shí)時測量細(xì)根長度,、細(xì)根直徑、細(xì)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(qiáng)度、葉片衰老進(jìn)程,、氣孔開度,、葉片受光姿態(tài)的調(diào)節(jié)作用。

? 標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際葉片光吸收率、光透射率,，用于準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)確的Fm’,。

? 自動設(shè)置調(diào)制光強(qiáng)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(biāo),。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(jìn)行驗(yàn)證,，同時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(yuǎn)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

小尺度生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)是研究全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)細(xì)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(shí)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(shí)驗(yàn),，也可實(shí)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(xì)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(shí)驗(yàn)平臺，用于觀測細(xì)根周轉(zhuǎn)和地下CO₂,、CH₄的實(shí)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(diǎn)及校準(zhǔn)點(diǎn)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(jī)通訊,、自動標(biāo)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(shí)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(diǎn)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(xiàn)：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(kuò)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(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(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(bǔ)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(lán)), 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‰