一种用于绘制植物根系构型性状的简易方案

这是一种利用常规实验室设备测量根系构型的非侵入性水培方法。该方案通过手动展开根系，实现对植物整个根系的完整可视化。根系构型分析的主要优势之一在于，可在无需使用可能引入非预期元素污染的介质的情况下研究植物根系系统。

该方法可记录环境因素（包括激素、营养物质和气候条件）与植物系统根系构型（RSA）之间的直接相互作用。开始对拟南芥种子进行表面灭菌时，取约100粒种子置于微量勺中，将其浸入室温的蒸馏水中。30分钟后，使用台式离心机在500 ×g条件下短暂离心5秒。

接下来，倒出上清液，加入 700 µL 70%乙醇，然后将离心管涡旋振荡数秒。再次离心种子。如有需要，可重复涡旋振荡和离心操作，但需确保 70%乙醇处理时间不超过三分钟。

三分钟后，立即用无菌水冲洗种子。接着，用含有1滴TWEEN 20的稀释商用漂白剂处理种子，持续七分钟。通过快速倒置试管8到12次，使种子与漂白液充分混匀。

短暂离心后，使用1 mL移液器吸除上清液，并用无菌水至少冲洗种子五次，每次均采用相同的涡旋振荡步骤。将表面灭菌后的种子置于水中，在4 °C条件下孵育2至3天以进行春化处理。将装有半量蒸馏水的标准Magenta盒进行高压灭菌。

将已灭菌的聚碳酸酯片材切割成 4 厘米 × 8 厘米的矩形，矩形中点处切出一个深度超过一半的缺口，以便两个矩形可嵌合形成 X 形结构。利用此装置固定裁剪为 6 厘米 × 6 厘米正方形、孔径为 250 微米的聚丙烯网膜。在超净工作台内，向每个培养盒中加入含维生素的无菌 MS 半量基本培养基并添加 1.5% 蔗糖，使培养基液面达到聚丙烯网膜的底部边缘。

将表面灭菌的种子水培播种于筛网上，培养三天。三天后，将幼苗转移至孔径为500微米的筛网上，继续生长两天。随后，将幼苗分别转移至对照培养基和实验培养基中，培养七天。

向培养皿中加入 10 至 20 毫升经高压灭菌的过滤自来水。从 500 微米筛网中轻轻取出幼苗。借助圆形美术画笔，将类根结构在盛水的培养皿中展开，并使其完全浸入水中。

略微倾斜培养皿以去除水分。适当地扫描或拍摄这些培养皿。使用免费的ImageJ软件测量根系构型（RSA）性状，然后打开待分析的文件。

设置比例尺后，使用直线工具创建一条线段选区以勾勒比例尺的轮廓。通过右键单击、双击或单击起始位置的方框来完成轮廓绘制。要测量已知比例尺在像素上的长度，请点击工具栏中的“分析”(analyze)，然后点击“测量”(measure)。

记录像素长度。点击分析选项卡中的“设置比例尺”标签，打开设置比例尺对话框。在“像素距离”字段中核对像素长度。

接下来，在“已知距离”字段中输入比例尺数值，并将长度单位设置为毫米。通过点击“确定”锁定该图像的比例尺。使用分段线工具绘制线条选区，以勾勒出根的长度轮廓。

完成轮廓绘制后，通过点击并拖动轮廓上的小黑白色控制柄来调整线条选择。在 ImageJ 的“分析”选项卡下，选择“测量”命令以量化根长。通过在结果窗口中右键点击，从弹出菜单中选择“全部复制”，然后切换到电子表格并粘贴数据，将测量数据 transferred 至电子表格。

对于根系结构性状的测量与计算，需测量从下胚轴连接处到主根根尖末端的主根长度。然后测量一级侧根（即一阶侧根）长度和二级侧根（即二阶侧根）长度。完成测量后，将所有数据复制并粘贴至电子表格中。

测量并记录主根的分支区（BZPR），即从第一个侧根出现点到最末一个侧根出现点之间的范围。同样，记录在BZPR边界内产生的侧根数量。接着，测量一级和高级侧根的平均长度。

通过将初生侧根的总长度除以初生侧根的总数，计算出初生侧根的平均长度。接着，通过将次生侧根的总长度除以次生侧根的总数，计算出二级侧根的平均长度。通过将初生侧根的数量除以主轴根（BZPR）的长度，测量初生侧根密度。

接下来，测量单个侧根的分枝区域，并通过将二级侧根数量除以二阶侧根分枝区的长度来计算二级侧根密度。完成后，测量总根长（TRL），即主根以及一级和二级侧根长度的总和。

本实验所用的水培系统运行良好，能够反映出在无机磷酸盐缺乏与充足条件下明显的表型差异。在水培条件下，分析了不同无机磷酸盐供应水平下的多种根系构型（RSA）性状。与无机磷酸盐充足条件相比，无机磷酸盐缺乏处理诱导出一种根系表型，表现为RSA更短、更浅且分支更少。

在无机磷酸盐缺乏条件下，主根长度显著缩短。在含有1.25毫摩尔无机磷酸盐或对照培养基中，主根长度迅速且显著增加，表明水培系统的高效性，并充分反映了植物的生理形态变化。在无机磷酸盐缺乏条件下，分支区显著减少。

在缺磷条件下，初级侧根的平均长度显著缩短。由于磷酸盐缺乏，次级侧根的平均长度也相应减少，但其减少程度低于初级侧根的平均长度。与对照组（1.25 毫摩尔无机磷酸盐条件）相比，在磷酸盐缺乏条件下，初级和次级侧根的数量均大幅下降。

与对照组（1.25 毫摩尔无机磷酸盐条件）相比，磷酸盐缺乏条件下主侧根密度未发生改变。次级侧根密度也未表现出显著变化，表明侧根密度对于理解根系构型可塑性具有重要意义。我用镊子轻轻地将幼苗从网筛上取下。

我使用圆形刷子将根系在盛有水的培养皿中展开，使所有主根伸直，并将侧根对称铺开，将一级侧根上的二级侧根也展开。类似的方法可用于计算拟南芥植株顶端的炭化面积。拟南芥叶片可放置于另一培养皿中，随后通过免费的ImageJ软件进行图像采集与分析，以测定炭化面积。

该方案可用于解答有关环境对根系可塑性影响的任何问题。