電容法和微根管法在根系動(dòng)態(tài)研究中的運(yùn)用
電容法是一種原位、無損、間接測(cè)量根系生長(zhǎng)和活性的方法，近些年越來越受到關(guān)注。最近，Cseresnyes等在“Electrical Capacitance versus Minirhizotron Technique: AStudy of Root Dynamics in Wheat–Pea Intercrops”一文中，介紹了電容法的基本假設(shè)和優(yōu)缺點(diǎn)，并同時(shí)采用電容法和微根管法研究了小麥和豌豆間作系統(tǒng)的根系動(dòng)態(tài)。
電容法利用低頻交流電流測(cè)量植物莖干基部與根區(qū)土壤之間的電容，根土系統(tǒng)的電容（CR）與根系大小相關(guān)。目前傾向接受Dalton提出的概念模型，將根假設(shè)成泄漏的圓柱形電容，導(dǎo)電的根滲出液被極化的膜電介質(zhì)從導(dǎo)電的土壤溶液中分離出來。膜儲(chǔ)存的電荷與其表面積成比例，改變交流信號(hào)的相位和振幅。
因一些研究結(jié)果與Dalton假設(shè)的結(jié)果不一致，所以也有學(xué)者質(zhì)疑電容法的可行性。Dietrich提供了一個(gè)新模型，認(rèn)為電極間的電容由莖干基部控制，與莖干的橫截面積相關(guān)。他們認(rèn)為電容與根系大小間的相關(guān)性僅僅是因?yàn)楦o間存在異速生長(zhǎng)關(guān)系。也有研究發(fā)現(xiàn)電流泄漏主要發(fā)生在根頸和近端根，遠(yuǎn)端節(jié)段較少。與此相反，水培植物的連續(xù)根切除和浸根實(shí)驗(yàn)支持根在基質(zhì)中的位置對(duì)電容影響很大。目前普遍認(rèn)可植物器官內(nèi)的電流路徑受到組織特性的影響。因此，電容法的一大優(yōu)勢(shì)是，電容能夠反映根系大小和生理狀態(tài)，例如水分含量、膜的完整性和滲透性等。由于近端根系與遠(yuǎn)端根系之間存在異速生長(zhǎng)關(guān)系，所以認(rèn)為電容與根系的水分吸收活性相關(guān)。
快速電容法適用于監(jiān)測(cè)同一株植物的時(shí)間動(dòng)態(tài)和篩選植物種群。由于相鄰植株間根系彼此不相連，電容法僅適用于植株尺度。該技術(shù)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是完全缺乏根的可視化，不能量化根系功能屬性，更適用于生長(zhǎng)在相同基質(zhì)的相同物種在相同條件下測(cè)定的根系大小的相對(duì)比較�；谖锓N建立的函數(shù)關(guān)系需考慮土壤含水量對(duì)電容的影響，土壤介質(zhì)響應(yīng)會(huì)降低電容法的有效性，特別是在含有大量表面帶電膠體粒子的復(fù)雜土壤中。盡管潛在的生物物理機(jī)制存在不確定性，但該方法在一些研究中已被證明是有用的，可用于評(píng)估草本植物和作物以及盆栽或田間生長(zhǎng)的樹苗的根系大小。
微根管法廣泛用于原位非損傷可視化研究土壤剖面特定位置根系功能屬性動(dòng)態(tài)過程，包括根系構(gòu)型、分支、深度分布、根長(zhǎng)密度、根生長(zhǎng)、根壽命、根死亡、周轉(zhuǎn)和分解。微根管法可基于視覺評(píng)估評(píng)估根系的生理狀態(tài)（活性），但微根管圖像分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，只能期盼自動(dòng)圖像處理方法早日出現(xiàn)。
Cseresnyes等同時(shí)采用電容法和微根管法，監(jiān)測(cè)了包括三個(gè)冬小麥品種、兩種種植模式和兩個(gè)水分梯度，共計(jì)12種處理，盆栽實(shí)驗(yàn)的整個(gè)生長(zhǎng)期的小麥根系活性（CR）、根長(zhǎng)（RL）和根表面積（RSA）。發(fā)現(xiàn)，CR、RL、RSA呈現(xiàn)相似的季節(jié)性動(dòng)態(tài)，峰值大約在花期；間作豌豆會(huì)降低最大CR、RL、RSA；干旱會(huì)顯著降低CR，但增加微根管法觀測(cè)到的根系大小；CR與RSA之間存在顯著的線性相關(guān)，干旱脅迫的比根電容顯著更�。籆R傾向于預(yù)測(cè)根系功能；同時(shí)采用電容法和微根管法研究根系可提高根動(dòng)態(tài)和植物響應(yīng)的評(píng)價(jià)效果。
該研究微根管圖像分析采用的Root Snap是一款半自動(dòng)微根管圖像分析軟件，在觸摸屏電腦上，單根手指沿著根系大致的延展方向劃過，Root Snap將自動(dòng)擬合根生長(zhǎng)軌跡，即可選中根系，獲取根長(zhǎng)、根表面積、平均直徑等根系功能屬性。
圖1 電容的季節(jié)性動(dòng)態(tài)
圖2 根長(zhǎng)、根表面積和平均直徑的季節(jié)性動(dòng)態(tài)
圖3 電容與根表面積間的線性相關(guān)
原文信息
Cseresnyes I, Kelemen B, TakacsT, Fuzy A, Kovacs R, Megyeri M, Paradi I, Miko P (2021). Electrical Capacitanceversus Minirhizotron Technique: A Study of Root Dynamics in Wheat-PeaIntercrops. Plants-Basel, 10(10),1991, doi: 10.3390/plants10101991.
電容法利用低頻交流電流測(cè)量植物莖干基部與根區(qū)土壤之間的電容，根土系統(tǒng)的電容（CR）與根系大小相關(guān)。目前傾向接受Dalton提出的概念模型，將根假設(shè)成泄漏的圓柱形電容，導(dǎo)電的根滲出液被極化的膜電介質(zhì)從導(dǎo)電的土壤溶液中分離出來。膜儲(chǔ)存的電荷與其表面積成比例，改變交流信號(hào)的相位和振幅。
因一些研究結(jié)果與Dalton假設(shè)的結(jié)果不一致，所以也有學(xué)者質(zhì)疑電容法的可行性。Dietrich提供了一個(gè)新模型，認(rèn)為電極間的電容由莖干基部控制，與莖干的橫截面積相關(guān)。他們認(rèn)為電容與根系大小間的相關(guān)性僅僅是因?yàn)楦o間存在異速生長(zhǎng)關(guān)系。也有研究發(fā)現(xiàn)電流泄漏主要發(fā)生在根頸和近端根，遠(yuǎn)端節(jié)段較少。與此相反，水培植物的連續(xù)根切除和浸根實(shí)驗(yàn)支持根在基質(zhì)中的位置對(duì)電容影響很大。目前普遍認(rèn)可植物器官內(nèi)的電流路徑受到組織特性的影響。因此，電容法的一大優(yōu)勢(shì)是，電容能夠反映根系大小和生理狀態(tài)，例如水分含量、膜的完整性和滲透性等。由于近端根系與遠(yuǎn)端根系之間存在異速生長(zhǎng)關(guān)系，所以認(rèn)為電容與根系的水分吸收活性相關(guān)。
快速電容法適用于監(jiān)測(cè)同一株植物的時(shí)間動(dòng)態(tài)和篩選植物種群。由于相鄰植株間根系彼此不相連，電容法僅適用于植株尺度。該技術(shù)的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是完全缺乏根的可視化，不能量化根系功能屬性，更適用于生長(zhǎng)在相同基質(zhì)的相同物種在相同條件下測(cè)定的根系大小的相對(duì)比較�；谖锓N建立的函數(shù)關(guān)系需考慮土壤含水量對(duì)電容的影響，土壤介質(zhì)響應(yīng)會(huì)降低電容法的有效性，特別是在含有大量表面帶電膠體粒子的復(fù)雜土壤中。盡管潛在的生物物理機(jī)制存在不確定性，但該方法在一些研究中已被證明是有用的，可用于評(píng)估草本植物和作物以及盆栽或田間生長(zhǎng)的樹苗的根系大小。
微根管法廣泛用于原位非損傷可視化研究土壤剖面特定位置根系功能屬性動(dòng)態(tài)過程，包括根系構(gòu)型、分支、深度分布、根長(zhǎng)密度、根生長(zhǎng)、根壽命、根死亡、周轉(zhuǎn)和分解。微根管法可基于視覺評(píng)估評(píng)估根系的生理狀態(tài)（活性），但微根管圖像分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，只能期盼自動(dòng)圖像處理方法早日出現(xiàn)。
Cseresnyes等同時(shí)采用電容法和微根管法，監(jiān)測(cè)了包括三個(gè)冬小麥品種、兩種種植模式和兩個(gè)水分梯度，共計(jì)12種處理，盆栽實(shí)驗(yàn)的整個(gè)生長(zhǎng)期的小麥根系活性（CR）、根長(zhǎng)（RL）和根表面積（RSA）。發(fā)現(xiàn)，CR、RL、RSA呈現(xiàn)相似的季節(jié)性動(dòng)態(tài)，峰值大約在花期；間作豌豆會(huì)降低最大CR、RL、RSA；干旱會(huì)顯著降低CR，但增加微根管法觀測(cè)到的根系大小；CR與RSA之間存在顯著的線性相關(guān)，干旱脅迫的比根電容顯著更�。籆R傾向于預(yù)測(cè)根系功能；同時(shí)采用電容法和微根管法研究根系可提高根動(dòng)態(tài)和植物響應(yīng)的評(píng)價(jià)效果。
該研究微根管圖像分析采用的Root Snap是一款半自動(dòng)微根管圖像分析軟件，在觸摸屏電腦上，單根手指沿著根系大致的延展方向劃過，Root Snap將自動(dòng)擬合根生長(zhǎng)軌跡，即可選中根系，獲取根長(zhǎng)、根表面積、平均直徑等根系功能屬性。
圖1 電容的季節(jié)性動(dòng)態(tài)圖2 根長(zhǎng)、根表面積和平均直徑的季節(jié)性動(dòng)態(tài)圖3 電容與根表面積間的線性相關(guān)原文信息
Cseresnyes I, Kelemen B, TakacsT, Fuzy A, Kovacs R, Megyeri M, Paradi I, Miko P (2021). Electrical Capacitanceversus Minirhizotron Technique: A Study of Root Dynamics in Wheat-PeaIntercrops. Plants-Basel, 10(10),1991, doi: 10.3390/plants10101991.
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