一种用于半水培根系分泌物分析的多功能玻璃罐系统

我们的集约化农业系统依赖于大量施用化肥和农药。这种做法对环境有害，且不可持续。当前研究中的关键科学问题是：如何在维持作物产量的同时降低这些投入。

实现这一目标的一个有前景的途径是在田间为植物提供有益微生物。然而，要想成功实现这一点，我们需要了解这些共生伙伴之间复杂的化学信号交流。在实验室中，我们通过研究根系分泌物来探讨这种相互作用。

我们发现根系分泌作用具有高度动态性。它在不同植物物种、发育阶段以及昼夜时间点之间均存在差异。植物还会通过改变其代谢谱来响应不同类型微生物的存在。

由于根系分泌物是微生物群落的营养物质和信号分子，研究分泌物谱对于理解植物如何与其环境中的微生物相互作用至关重要。代谢组学以及新一代测序技术的发展极大地推动了植物微生物组相互作用领域的进步。显然，您需要采用代谢组学工作流程来检测特定系统中感兴趣的化合物或一组化合物。

下一代测序技术对于理解植物微生物组的结构以及功能至关重要。此外，使用专门的或简化的生长系统（例如本文所介绍的系统）有助于阐明植物与微生物相互作用的分子机制。我们的系统可以保持无菌状态，也可以接种特定的微生物。

我们面临的一个挑战是在渗出物中检测低浓度的代谢物。如果背景干扰较低，则较容易实现；但如果处于土壤等更为复杂的环境中，检测难度就会增加。

另一个尚未解决的挑战是，当我们引入微生物后，便无法区分化合物是由植物还是由微生物产生的。我们开发了一种成本较低且相对简便的系统，其无菌设计可支持连续进行多次实验。

首先，去除植物中的惰性代谢物，然后用微生物接种植物，并在此评估代谢物谱的变化。该系统还允许不同植物物种进行较长时间的生长。因此，总而言之，该系统非常适合多种应用。

首先，将150毫升洁净的5毫米玻璃珠加入洁净的玻璃瓶中，并盖上瓶盖。用足够的铝箔包裹已盖好的玻璃瓶，遮住瓶盖与瓶身的连接处，在121摄氏度下高压灭菌20分钟。当幼苗准备转移至瓶中时，在无菌操作台上去除玻璃瓶的铝箔和瓶盖。

向罐中加入 35 毫升 pH 值为 5.7 至 5.9 的半倍浓度 Murashige 和 Skoog 培养基，并搅拌珠粒，使其均匀地被培养基覆盖。将三至五株幼苗放入罐中，确保根系置于玻璃珠之间。使用无菌镊子或勺子调整珠粒，以覆盖根部并将叶片抬出培养基。

在罐口上方横向粘贴两条1.25厘米的微孔胶带，轻轻盖上盖子。用2.5厘米的微孔胶带密封盖子与罐体之间的缝隙，以保持无菌状态同时允许气体交换，然后将罐子放入培养室中。当植株生长至所需年龄时，从罐子上取下微孔胶带封口。

取20微升生长培养基加入LB琼脂平板中进行无菌检测。使用25毫升移液管，尽可能吸除生长培养基，注意不要损伤根部。沿瓶壁加入50毫升收集培养基，以避免叶片沾湿。

用盖子盖紧罐子，并在无菌条件下孵育两小时。孵育结束后，将所需量的收集培养基转移至离心管中。称量一个罐中植株的根和茎的重量，以便根据植株重量对根系分泌物进行归一化处理。

拟南芥植株在两个不同的实验室中均生长健康。玻璃罐系统被证明适用于多种植物物种及不同的发育阶段。小麦的地上部分重量最高，其次是高粱和番茄；而高粱的根系重量最高，其次是小麦和截形苜蓿（Medicago truncatula）。

用共生细菌接种拟南芥未改变植物表型，且接种的细菌在系统中持续存在至少12天，菌落形成单位略有增加。