微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置及检测方法
阅读说明：本技术 微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置及检测方法 (Potted plant detection device and detection method for action of microbial volatile substances on plants ) 是由 姜明国 王锟 丰景 王金子 高亚慧 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置及检测方法,通过将植物栽培区和微生物培养区组合一体式设计,解决了既要保证微生物纯培养又要便于观察其挥发性代谢产物对植物作用效果的问题。植物栽培区多孔结构使挥发性代谢产物自由通过接触根系,蓄水区保持土壤湿度。微生物培养区由环形隔板阻隔形成环形区域环绕植物培养区,保证挥发性代谢产物直接作用于植物根系。连接结构使植物栽培和微生物培养一体式容器与底罐紧密连接,灭菌后使底罐内腔处于无菌环境,防止杂菌污染。本发明适用于在微生物挥发性代谢产物对植物作用方面的盆栽实验检测的研究。(The invention discloses a potted plant detection device and a detection method for the action of a microorganism volatile substance on a plant. The porous structure of the plant cultivation area enables volatile metabolites to freely pass through and contact the root system, and the water storage area keeps soil humidity. The microorganism culture area is blocked by an annular clapboard to form an annular area surrounding the plant culture area, so that the volatile metabolite is ensured to directly act on the plant root system. The connecting structure enables the plant cultivation and microorganism cultivation integrated container to be tightly connected with the bottom tank, and the inner cavity of the bottom tank is in a sterile environment after sterilization, so that the pollution of mixed bacteria is prevented. The invention is suitable for the research of the detection of the pot experiment in the aspect of the action of the volatile metabolite of the microorganism on the plant.)
技术领域
本发明涉及微生物对植物生长作用的研究技术领域，特别是一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置及检测方法。
背景技术
植物在土壤中的生长过程中会受到微生物的影响，有益微生物通过产生激素类物质、促进植物养分吸收、调节植物代谢、诱导激活抗性基因、修饰调节关键基因表达等直接作用方式，或直接抑制病原菌生长等间接作用方式促进植物生长发育。在对烟草的研究中，共生阴沟肠杆菌产生的挥发性代谢物质1，3-丁二醇能对拟南芥植株有很明显的促生作用，并且可以调节根构型、侧根数目和主根长度。研究表明微生物挥发性次生代谢物质可多途径调节植物代谢，枯草芽孢杆菌产生的挥发性物质一方面可以通过诱导拟南芥体内脱落酸产生量的减少来抑制糖分积累的反馈调节，增加拟南芥的叶绿素含量，提高光合效率，增加养分积累，另一方面能够增加拟南芥根部生长素的产生量并使生长素转运基因的表达量上调。枯草芽孢杆菌、农杆菌、丁香假单胞菌产生的挥发性物质可以通过增加植物体内蔗糖合成酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶的活性，促进植物体内淀粉的积累。植物挥发性代谢物质也能诱导植物激活抗性基因产生植物诱导抗性，枯草芽孢杆菌的挥发性代谢物质作用拟南芥，显著提高了茉莉酸代谢通路相关基因和水杨酸代谢通路相关基因的表达量，这两个代谢通路会引起植物诱导抗性。研究表明微生物挥发性代谢物质可作为调节植物与微生物互作的信号分子，不仅能够促进植物生长，诱导植物抵抗生物胁迫或非生物胁迫，还能直接杀死或抑制病原微生物，诱导植物产生抗病作用。
目前研究微生物挥发性代谢物质对植物生长的作用通常采用二分格培养皿的培养方法进行平板实验，该培养方法缺点在于二分格培养皿空间有限，只能研究微生物挥发性代谢物质在植物生长初期的作用，且无法应用于生长较快、体型较大的植物。同时茎叶根系在一个环境中，难以区分挥发性代谢物质作用位点，且挥发性代谢物质不易透过培养基作用于根系。
在植物与微生物共同培养的过程中存在微生物与植物难以共同培养、微生物挥发性代谢物质难以直接作用于植物根系、难以直接观察微生物与植物相互作用现象等问题。目前在研究微生物挥发性代谢物质对植物作用领域还没有固定的实验装置，并且需要盆栽实验检测装置进行实际应用。
设计一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽装置，成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置及其检测方法，将植物栽培与微生物培养进行分区，既实现植物栽培中保持湿度的要求，又能维持微生物培养所需的无菌环境，并且能保证微生物挥发性代谢物质直接接触植物根系，便于检测微生物挥发性物质对植物的作用效果。
根据本发明的一个方面，涉及了一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置，包括一体式容器、连接结构、底罐，所述底罐包括底罐内腔、底罐口，所述连接结构连接设置在一体式容器的项部，所述底罐口通过连接结构与一体式容器活动连接。
进一步地，所述一体式容器包括：植物栽培区、微生物培养区、多孔结构、蓄水区，所述植物栽培区位于一体式容器的中央，植物栽培区的开口向上；微生物培养区位于植物栽培区的外围，微生物培养区的开口向下；所述多孔结构位于植物栽培区的下部，蓄水区位于植物栽培区的底部。
进一步地，所述微生物培养区包括外隔板、内隔板，所述外隔板、内隔板均为环形结构，外隔板、内隔板隔成的空间为培养区，培养区的开口向下。
进一步地，所述底罐口与连接结构密闭连接。
进一步地，所述一体式容器的材料为玻璃、陶瓷、塑料中的一种。
所述的微生物挥发性物质对植物作用盆栽检测装置的检测方法，检测方法的应用过程包括：
1)前处理过程：对盆栽检测装置及所需实验材料的准备及预处理，包括配置和灭菌操作：①配置，配置微生物培养所需固体培养基、植物生长所需培养土和水；②灭菌，为实验所需无菌要求的材料进行灭菌，包括对盆栽检测装置、无菌水、培养土、固体培养基的灭菌；
2)盆栽检测装置的拆解和组装过程：盆栽检测装置的部件一体式容器和底罐通过连接结构进行拆解和连接组合的过程；
3)内容物的填装过程：微生物培养区所需固体培养基和植物栽培区所需培养土的填装，经前处理后填装入一体式容器内；
4)实验材料的接种过程：目的菌株接种于微生物培养区内的固体培养基上，植物种子或不同生长阶段的幼苗栽种于植物栽培区内的培养土中；
5)后处理过程：包括温度湿度控制、植物浇灌、光照控制、无菌外环境控制的实验维持所需操作；
6)检测过程：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
进一步地，检测方法的具体步骤如下：
Step1：通过底罐口与连接结构密闭连接，底罐与一体式容器连接组合；底罐内腔形成空腔，植物栽培区开口向上，加封口盖或覆膜密封植物栽培区开口后，底罐内腔形成密封的内环境，灭菌后形成无菌内环境；
Step2：将一体式容器倒置于紫外灭菌后的超净工作台上，打开底罐，然后将高温灭菌后的固体培养基倒入微生物培养区中，再通过底罐口与连接结构密闭连接，底罐与一体式容器连接组合，保持无菌内环境；
Step3：固体培养基冷却后，打开底罐，将目的菌株接种于固体培养基上，通过底罐口与连接结构密闭连接，将底罐与一体式容器连接组合，正向放置；
Step4：菌落培养完成后，打开封口盖或覆膜，填装灭菌后的培养土，栽种种子或不同生长阶段的幼苗并加入无菌水，使土壤浸润的同时，底部蓄水区的水量又不至于从多孔结构溢出；
Step5：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
进一步地，检测方法的具体步骤如下：
Step1：在植物栽培区内填入培养土后加封口盖或覆膜密封，通过底罐口与连接结构密闭连接，底罐与一体式容器连接组合，底罐内腔形成密封的内环境；
Step2：将一体式容器放入灭菌锅中进行整体灭菌，灭菌后底罐内腔形成无菌环境；
Step3：将一体式容器倒置于超净工作台上，将高温灭菌的固体培养基倒入微生物培养区中，固体培养基冷却后，打开底罐，将目的菌株接种于培养基上，通过底罐口与连接结构密闭连接，将底罐与一体式容器连接组合，正向放置；
Step4：菌落培养完成后，打开封口盖或覆膜，栽种种子或不同生长阶段的幼苗并加入无菌水；
Step5：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
进一步地，所述无菌水的灭菌方法为蒸汽法、UHT热法、紫外线杀菌、臭氧方法、物理过滤法中的一种。
本发明的工作原理为：
植物栽培区包含多孔结构和蓄水区两个辅助功能区。植物栽培区实现自由通过微生物挥发性代谢物质、保持土壤湿度、维持植物生长环境等功能。植物栽培区壁上有多孔结构通过微生物挥发性代谢物质，植物栽培区底有蓄水区，可存蓄适量的水来保持土壤湿度。
植物栽培区开口朝上，整个底部悬置于底罐内腔中。在植物培养区壁多孔结构周围环绕微生物培养区，使挥发性代谢物质与根系距离最近，挥发性代谢物质一经释放就透过多孔结构与植物根系接触产生作用，提高了实验的灵敏性，不仅能够用作鉴定微生物挥发性代谢物质对植物生长作用的定性实验，又能为测定不同菌量的微生物挥发性代谢物质对植物生长作用的定量实验提供条件。
微生物培养区由环形外隔板、内隔板阻隔而成，填装固体培养基，开口朝下防止杂菌落入。微生物培养区环绕植物栽培区使微生物挥发性代谢物质直接从多孔结构中接触植物根系。
在植物栽培区与微生物培养区之间存在一定间隙，由植物栽培区壁与内隔板形成的间隙使植物栽培区与微生物培养区分开，进一步防止植物栽培过程污染微生物培养所需无菌环境。连接结构和底罐口通过螺纹连接等连接方式连接，使一体式容器和底罐密闭连接，经过灭菌后在底罐内腔内形成无菌区，为微生物培养提供生长条件。
本发明的实质性特点和进步是：
(1)一体式容器，植物栽培与微生物培养一体式装置便于操作。盆栽检测装置、培养基和培养土都进行灭菌操作，植物使用无菌水栽培，有效解决微生物污染影响植物栽培的问题。
(2)无菌水中可人为控制添加成分，控制植物生长外部环境，实现实验过程的可操控性，保证了微生物生长过程不会受到杂菌污染。
(3)在检测微生物挥发性物质对植物作用的功能性方面，微生物的种类、微生物数量、微生物的生长时期、植物的种类、植物生长阶段都可以进行控制，从而可以应用于不同实验目的的实验。
(4)多孔结构透过微生物挥发性代谢物质，蓄水区实现蓄水功能。浇水时，水会积蓄在蓄水区，而不会流入底罐内腔。多孔结构及蓄水区的设计，使植物栽培中既能保持湿度，又能通过微生物挥发性代谢物质接触植物根系。
(5)一体式容器与底罐实现密闭连接且能自由拆卸，方便接种菌株和控制内环境，并且密封后经过灭菌形成无菌环境维持微生物培养。
(6)微生物培养区与植物栽培区分离，实现分区分装，既不影响待检微生物纯培养，又能让微生物挥发性代谢物质透过多孔结构与根系最大限度接触。
附图说明
图1是本发明微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置的结构示意图。
图2是一体式容器的立体结构示意图。
图3是底罐的结构示意图。
图4是图2的剖面图。
图中零部件序号及名称：
1.外隔板，2.微生物培养区，3.内隔板，4.植物栽培区壁，5.蓄水区，6.连接结构，7.植物栽培区，8.多孔结构，9.底罐口，10.底罐壁，11.底罐内腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
在本发明的至少一个实施例中，如图1-图4所示，一种微生物挥发性物质对植物作用的盆栽检测装置，包括一体式容器、连接结构6、底罐，所述底罐包括底罐内腔11、底罐口9，所述连接结构6连接设置在一体式容器的顶部，所述底罐口9通过连接结构6与一体式容器活动连接。
所述一体式容器包括：植物栽培区7、微生物培养区2、多孔结构8、蓄水区5，所述植物栽培区7位于一体式容器的中央，植物栽培区7的开口向上；微生物培养区2位于植物栽培区7的外围，微生物培养区2的开口向下；所述多孔结构8位于植物栽培区7的下部，蓄水区5位于植物栽培区7的底部。
多孔结构8位置与微生物培养区2隔板高度一致，孔间距和孔排数根据实际应用环境调整。
所述微生物培养区2包括外隔板1、内隔板3，所述外隔板1、内隔板3均为环形结构，外隔板1、内隔板3隔成的空间为培养区，培养区的开口向下。
微生物培养区2外隔板1、内隔板3高度相等，外隔板1、内隔板3的间距决定了微生物培养区2的面积，接菌数量根据微生物培养区2尺寸和所研究的植物生长所需挥发性代谢物质的量而定。
所述底罐口9与连接结构6密闭连接。
所述一体式容器的材料为玻璃、陶瓷、塑料中的一种。
在植物栽培区7与微生物培养区2之间存在一定间隙，由植物栽培区壁4与内隔板3形成的间隙使植物栽培区7与微生物培养区2分开，进一步防止植物栽培过程污染微生物培养所需无菌环境。连接结构6和底罐口9通过螺纹连接等连接方式连接，使一体式容器和底罐密闭连接，经过灭菌后在底罐内腔11内形成无菌区，为微生物培养提供生长条件。
本发明设计简便、实用性强、材料可选择性范围广，可通过多种灭菌处理制成一次性培养装置，应用于工厂规模化生产。底罐口9结构跟一体式容器连接结构6相对应，达到密闭底罐内腔11的目的。底罐尺寸根据一体式容器尺寸而定。一体式容器及底罐材质为玻璃或塑料及陶瓷等材质。
所述的微生物挥发性物质对植物作用盆栽检测装置的检测方法，检测方法的应用过程包括：
1)前处理过程：对盆栽检测装置及所需实验材料的准备及预处理，包括配置和灭菌操作：①配置，配置微生物培养所需固体培养基、植物生长所需培养土和水；②灭菌，为实验所需无菌要求的材料进行灭菌，包括对盆栽检测装置、无菌水、培养土、固体培养基的灭菌；
2)盆栽检测装置的拆解和组装过程：盆栽检测装置的部件一体式容器和底罐通过连接结构6进行拆解和连接组合的过程；
3)内容物的填装过程：微生物培养区2所需固体培养基和植物栽培区7所需培养土的填装，经前处理后填装入一体式容器内；
4)实验材料的接种过程：目的菌株接种于微生物培养区2内的固体培养基上，植物种子或不同生长阶段的幼苗栽种于植物栽培区7内的培养土中；
5)后处理过程：包括温度湿度控制、植物浇灌、光照控制、无菌外环境控制的实验维持所需操作；
6)检测过程：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构8与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
实施例一：
一体式容器及底罐均为玻璃或均为陶瓷材质，检测方法如下：
Step1：通过底罐口9与连接结构6密闭连接，底罐与一体式容器连接组合；底罐内腔11形成空腔，植物栽培区7开口向上，加封口盖或覆膜密封植物栽培区7开口后，底罐内腔11形成密封的内环境，灭菌后形成无菌内环境；
Step2：将一体式容器倒置于紫外灭菌后的超净工作台上，打开底罐，然后将高温灭菌后的固体培养基倒入微生物培养区2中，再通过底罐口9与连接结构6密闭连接，底罐与一体式容器连接组合，保持无菌内环境；
Step3：固体培养基冷却后，打开底罐，将目的菌株接种于固体培养基上，通过底罐口9与连接结构6密闭连接，将底罐与一体式容器连接组合，正向放置；
Step4：菌落培养完成后，打开封口盖或覆膜，填入灭菌后的培养土，栽种种子或不同生长阶段的幼苗并加入无菌水，使土壤浸润的同时，底部蓄水区5的水量又不至于从多孔结构8溢出；
Step5：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构8与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
其中，培养土经取样袋包装后于高温灭菌锅灭菌。
无菌水可通过多种方式灭菌方法制取，如蒸汽法、UHT热法、紫外线杀菌、臭氧方法和物理过滤法。无菌水中可根据实验需要加入适量其他成分。
调整无菌水的量使一体式容器的蓄水区5积蓄一定量的无菌水而不从孔状结构中溢出，蓄水区5实时蓄水量可直接观测到，蓄水区5中的无菌水能长时间保持土壤湿度，维持植物生长所需土壤环境。
植物栽培区7直径60mm、高50mm，微生物培养区22间隔30mm、高20mm，植物栽培区77与微生物培养区22间隔5mm，连接区6宽5mm、高5mm。
多孔结构88有5排小孔，排间距2mm，孔直径1mm，孔间距3mm，蓄水区5高20mm。
底罐直径137mm，高70mm。
植物栽培区壁4厚均为1mm。
实施例二：
装置整体材料为塑料。对于可循环用的塑料材质，本发明可按照实施例一进行灭菌处理循环使用。本实施例特点在于本装置由于设计简洁可以设计生产一次性实验装置，通过设计模具，注塑成型一次性实验装置，生产工艺简单高效，可大批量生产。对产品进行无菌处理并包装，使用时无需进行二次灭菌，直接在超净台中打开使用，随用随取，有助于提高工作效率，避免二次污染。
实施例三：
本实施例相较于实施例一使用方式上有所不同。本实施例采用预装填培养土后密闭式容器整体灭菌的实验方式。具体步骤为：
Step1：在植物栽培区7内填入培养土后加封口盖或覆膜密封，通过底罐口9与连接结构6密闭连接，底罐与一体式容器连接组合，底罐内腔11形成密封的内环境；
Step2：将一体式容器放入灭菌锅中进行整体灭菌，灭菌后底罐内腔11形成无菌环境；
Step3：将一体式容器倒置于超净工作台上，将高温灭菌的固体培养基倒入微生物培养区2中，固体培养基冷却后，打开底罐，将目的菌株接种于培养基上，通过底罐口9与连接结构6密闭连接，将底罐与一体式容器连接组合，正向放置；
Step4：菌落培养完成后，打开封口盖或覆膜，埋入种子并加入无菌水。
Step5：在菌落进行培养后，微生物挥发性次生代谢物质透过多孔结构8与植物根系接触，通过观测植物生长长势，测定植物生长参数，得到不同微生物所释放的挥发性代谢物质对植物生长的不同阶段产生的不同作用效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。