盡管已經有許多研究描述了植物生長系統根系分泌物的收集，但一個共同的限制是這些系統需要破壞植物根系以實現分泌物收集。在這里，我們展示了一種新設計的半水培系統，該系統使用玻璃珠作為固體支撐來模擬土壤阻抗，結合滴灌，促進健康玉米植物的生長，收集和分析根系分泌物，并以小的生長干擾或根系損傷下對根系進行表型分析。


玻璃珠半水培系統。a 一個玻璃管。b 排水玻璃管連接到 3 cm 氟橡膠管并用乙縮醛夾封閉。c 裝滿玻璃珠的玻璃管頂部，蓋上聚四氟乙烯蓋。d 顯示四個穿孔的聚四氟乙烯蓋的詳細信息。e “Y 型連接器”連接到 4 厘米聚四氟乙烯管并用聚四氟乙烯膠帶密封。f 插入聚四氟乙烯蓋中的“Y 型連接器”，這里展示植物澆水的對角線角度。g 將發芽的種子放在玻璃珠上。h 播種后用特氟龍蓋蓋住種子。i 玻璃管，種植的種子被玻璃珠覆蓋并插入“Y 型連接器”。j 在生長室的玻璃管中生長的植物（1. 機架管，2. 氟橡膠線，3. 含有用于澆灌植物的 Hoaglａnd 溶液的玻璃大瓶。4. 蠕動泵）。k 澆水系統的詳細信息（5. 支管 2?×?8，6. 插入“Y 型連接器”的出口管線）。l 支管細節（7.三通接頭，8.倒鉤接頭，9.壓緊接頭，10.連接壓緊接頭的聚四氟乙烯管）

該系統用于使用水或 1 mM CaCl2 從七種玉米基因型中收集根系分泌物，并使用標準方法和根性狀數字成像 (DIRT) 軟件測量根表型數據。采用 LC-MS/MS（液相色譜-串聯質譜）和 GC-MS（氣相色譜-質譜）靶向代謝組學平臺用于檢測和量化根分泌物中的代謝物。一些植物激素，包括苯并惡嗪類DIMBOA（2,4-Dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one）、氨基酸和糖被檢測和量化，其中一些在玉米根系分泌物中被報道，在使用目標化合物的已知濃度標準驗證該方法后，我們發現滲出液收集溶液的選擇會影響部分代謝物的滲出和分析。對于植物激素和糖，在水中或 CaCl2 中的收集之間沒有發現差異。相反，當使用水作為滲出液收集溶液時，氨基酸濃度更高。CaCl2 中的收集需要在質譜分析之前需要有一個清理步驟，這被發現會干擾氨基酸亞群的檢測。后，使用表型測量和代謝物數據，發現了基因型之間的顯著差異，并確定了代謝物和表型性狀之間的相關性。


在用 MQ 和 1 mM CaCl2 收集的分泌物中檢測到的氨基酸總濃度的基因型差異 a 在用 CaCl2 收集的分泌物中檢測到的氨基酸總濃度的基因型之間的成對比較。 b 在 MQ 收集的滲出物中檢測到的氨基酸總濃度的基因型之間的成對比較。 

設計了一種新的植物生長系統，將玻璃珠支持的水培與無菌溶液的半自動滴灌相結合，以種植玉米植物并收集根系分泌物，而不會干擾或損壞根系。經驗證的目標分泌物代謝組學平臺與根系表型相結合，為將植物根系以及分泌物表型與基因型聯系起來，為研究植物種群的自然變異提供了強力的工具。

來源：Plant Methods.A glass bead semi-hydroponic system for intact maize root exudate analysis and phenotyping.Martha G. Lopez-Guerrero, Peng Wang, Felicia Phares, Daniel P. Schachtman, Sophie Alvarez & Karin van Dijk
/articles/10.1186/s13007-022-00856-4