尽管已经有许多研究描述了植物生长系统根系分泌物的收集，但一个共同的限制是这些系统需要破坏植物根系以实现分泌物收集。在这里，我们展示了一种新设计的半水培系统，该系统使用玻璃珠作为固体支撑来模拟土壤阻抗，结合滴灌，促进健康玉米植物的生长，收集和分析根系分泌物，并以小的生长干扰或根系损伤下对根系进行表型分析。


玻璃珠半水培系统。a 一个玻璃管。b 排水玻璃管连接到 3 cm 氟橡胶管并用乙缩醛夹封闭。c 装满玻璃珠的玻璃管顶部，盖上聚四氟乙烯盖。d 显示四个穿孔的聚四氟乙烯盖的详细信息。e “Y 型连接器”连接到 4 厘米聚四氟乙烯管并用聚四氟乙烯胶带密封。f 插入聚四氟乙烯盖中的“Y 型连接器”，这里展示植物浇水的对角线角度。g 将发芽的种子放在玻璃珠上。h 播种后用特氟龙盖盖住种子。i 玻璃管，种植的种子被玻璃珠覆盖并插入“Y 型连接器”。j 在生长室的玻璃管中生长的植物（1. 机架管，2. 氟橡胶线，3. 含有用于浇灌植物的 Hoagland 溶液的玻璃大瓶。4. 蠕动泵）。k 浇水系统的详细信息（5. 支管 2 × 8，6. 插入“Y 型连接器”的出口管线）。l 支管细节（7.三通接头，8.倒钩接头，9.压紧接头，10.连接压紧接头的聚四氟乙烯管）

该系统用于使用水或 1 mM CaCl2 从七种玉米基因型中收集根系分泌物，并使用标准方法和根性状数字成像 (DIRT) 软件测量根表型数据。采用 LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）和 GC-MS（气相色谱-质谱）靶向代谢组学平台用于检测和量化根分泌物中的代谢物。一些植物激素，包括苯并恶嗪类DIMBOA（2,4-Dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one）、氨基酸和糖被检测和量化，其中一些在玉米根系分泌物中被报道，在使用目标化合物的已知浓度标准验证该方法后，我们发现渗出液收集溶液的选择会影响部分代谢物的渗出和分析。对于植物激素和糖，在水中或 CaCl2 中的收集之间没有发现差异。相反，当使用水作为渗出液收集溶液时，氨基酸浓度更高。CaCl2 中的收集需要在质谱分析之前需要有一个清理步骤，这被发现会干扰氨基酸亚群的检测。后，使用表型测量和代谢物数据，发现了基因型之间的显着差异，并确定了代谢物和表型性状之间的相关性。


在用 MQ 和 1 mM CaCl2 收集的分泌物中检测到的氨基酸总浓度的基因型差异 a 在用 CaCl2 收集的分泌物中检测到的氨基酸总浓度的基因型之间的成对比较。 b 在 MQ 收集的渗出物中检测到的氨基酸总浓度的基因型之间的成对比较。 

设计了一种新的植物生长系统，将玻璃珠支持的水培与无菌溶液的半自动滴灌相结合，以种植玉米植物并收集根系分泌物，而不会干扰或损坏根系。经验证的目标分泌物代谢组学平台与根系表型相结合，为将植物根系以及分泌物表型与基因型联系起来，为研究植物种群的自然变异提供了强力的工具。

来源：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
https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-022-00856-4