根际环境与土壤污染的植物修复研究进展

土壤污染的植物修复通常与植物根际微生物紧密相关。根际微生物群落变化与土壤污染物在根际环境中的动态，可能是对土壤污染成功进行植物修复的基本过程。可见根际环境在土壤污染的植物修复中具有明显的重要作用。文章介绍了有关重金属在根际环境中的动态、有机污染物在根际环境中的降解转化、土壤重金属污染与土壤有机污染的植物修复研究进展。     

菌根真菌对土壤有机污染物的生物降解

利用土壤真菌和植物的结合体菌根真菌修复土壤,尤其是修复有机污染的根际土壤.正作为一个新的研究方向开始受到广泛关注。菌根真菌作为土壤真菌的一种,与放线菌和细菌等微生物相比,对土壤中有机污染具有更大的忍耐能力.并且能将许多持久性有机污染物(POPs)做为碳源来获取能量。文章通过总结近20年菌根真菌与土壤有机污染物关系的研究,列出了43种能分解POPs的菌根真菌,并探讨了菌根真菌通过直接分解和共代谢的方式降解土壤有机污染物的可能性,为进一步研究菌根真菌生物降解土壤中持久性有机污染物,利用菌根植物生物修复有机污染土壤提供信息。     

微生物修复土壤多环芳烃污染的研究进展

多环芳烃是一类具有致癌、致畸、致突变性质的持久性有机污染物,主要来源于煤、石油等燃料的不完全燃烧,易吸附于固体颗粒表面和有机腐殖质,化学结构稳定,能长期存在于自然环境,给人类健康和生态环境带来很大的危害。中国土壤多环芳烃污染严重,因此急需寻求有效的修复方法进行治理。在众多的多环芳烃污染修复方法中,微生物修复因其低成本、高效、污染少等优点成为研究热点。科学家们从自然界中分离出了多种细菌、真菌等具有降解多环芳烃能力的微生物,并对多环芳烃的降解机理进行了探索,结果表明,微生物在代谢活动过程中能够产生酶来实现对土壤中多环芳烃的降解。细菌主要通过产生双加氧酶来催化多环芳烃的加氧反应,而真菌可以通过分泌木质素降解酶系或单加氧酶来氧化多环芳烃。两种途径均是首先通过降低多环芳烃的稳定性,使之容易被进一步降解。目前,微生物修复技术正逐步应用于PAHs污染土壤的实地修复,且已取得一定成效。文章简要介绍了降解多环芳烃的微生物,对多环芳烃的微生物降解机制进行了综述,讨论了影响微生物修复过程的因素,列举了常见的微生物修复相关技术,展望了今后的研究趋势。     

土壤-植物根际磷的生物有效性研究进展

探讨土壤-植物根际磷素养分状况及利用机理,提高土壤磷的生物有效性,使土壤中潜在的难溶性磷库活化,提高磷肥利用率,对促进农业生产的持续高效发展和陆地生态系统的良性循环具有重大的现实意义。文章从这一角度出发,论述了根际土壤中根际微生物、根际pH值、根系分泌物、菌根、根际土壤磷酸酶等各种因素对提高土壤磷素利用率的机理。     

土壤和地下水中多环芳烃生物降解研究进展

多环芳烃是一类普遍存在于环境中的难降解的危险性"三致"有机污染物。受污染的土壤和地下水中的多环芳烃,生物降解是其归宿的主要途径。研究表明,对于土壤中低分子量多环芳烃类化合物,微生物一般以唯一碳源方式代谢;而大多数细菌和真菌对四环或四环以上的多环芳烃的降解作用一般以共代谢方式开始。文章重点论述了多环芳烃的来源、降解多环芳烃的微生物、生物降解机理、影响生物降解的因素以及生物修复方法。认为今后的研究方向是高分子量多环芳烃的降解机理与降解途径,基因工程技术在多环芳烃生物降解方面的应用,以及生物表面活性剂产生的机理及其在实际处理中的应用等。     

多环芳烃生物修复中的表面活性剂

由于其致癌、致突变和致畸性，多环芳烃(PAHs)成为环境中一类重要的有机污染物。生物修复是一种经济和有效的修复污染土壤的方法。由于PAHs低的水溶性、强的吸附性，使其生物可利用性降低，不利于生物修复。添加表面活性剂是一种常见的加强PAHs生物利用性的方法。文章概述了近年来在多环芳烃生物修复中关于表面活性剂的研究进展。     

根际环境的调节与重金属污染土壤的修复

根际环境的pH和Eh会产生影响土壤中重金属的化学过程。pH的变化影响到重金属的固定和活化，根际的酸化能够活化大多数重金属，使其毒性增强；反之，则固定大多数重金属，减轻其毒性。Eh的变化可改变重金属的价态和存在形态，使其毒性减弱或增强。根分泌物可从多方面影响金属的毒性和有效性，如改变根际环境的pH值和Eh来改变金属的存在形态和活度；与金属络合或者吸附、包埋金属污染物；通过影响根际微生物特征来改变金属的毒性。根际环境中微生物能改变金属离子存在形态，其代谢产物能对金属离子产生沉淀、螯合等作用。土壤脲酶对重金属污染最敏感，可以用于监测土壤重金属污染。调控根际环境，可以有效地调节土壤中重金属污染物的活度、毒性及其转移，对重金属污染土壤起到修复作用。     

根际微生物增强宿主植物耐铬能力生理机制研究进展

植物根际有大量微生物,其中一部分微生物,如根际促生菌、丛枝菌根真菌、非麦角属内生真菌和外生菌根真菌,在改善宿主营养状况,缓解宿主由于旱涝、盐分和重金属等环境胁迫导致的危害中起到重要作用.笔者将以这4种根际微生物为例,综述它们提高宿主植物耐铬性的内在机制,如通过促进宿主生长、降低根际土壤中铬的有效性、降低铬从根系向叶片的转运以及利用自身组织固持铬等,直接或间接地提高植物对铬的耐受能力,展现出多样且互有差异的功能.同时,笔者提出了铬在根际微生物与宿主的共生体系内转运和解毒行为的分子和生理机制上的不足,并对未来根际微生物互作的研究内容提出了展望.     

污染土壤中菲的修复技术研究进展

菲是多环芳烃中的代表性物质,具有"三致"效应,而且菲的蒸汽压小,辛醇-水分配系数高,生物可利用性低,是一种持久性有机污染物。随着化石燃料的大量使用,受菲污染的土壤越来越多,研究菲的修复技术对污染土壤的再利用具有重要意义。结合目前国内外研究进展,综述了污染土壤中菲的修复方法,包括物理修复、化学修复和生物修复。针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、实例应用和优缺点,重点论述了植物修复和微生物修复方法的降解机理和应用,分析了微生物性质,包括氧、营养物、温度、土壤理化性质、共存污染物等环境因素对生物降解的影响。由于溶解性的菲有较好的迁移转化能力,因此表面活性剂的助溶作用适用于各种修复方法,选择合适的表面活性剂可以提高修复效果。在各种修复技术中,物理修复是通过物理技术实现菲的解吸与富集,无污染,但是去除率低;化学修复是使用氧化剂将菲氧化分解成无毒易降解的小分子物质或通过添加化学淋洗剂增加菲的溶解性,提高迁移转化能力,用时短,但是引入其他试剂,容易造成二次污染;植物修复是通过植物的提取、降解和固定等过程实现菲的修复,尤其是植物的根际环境为微生物的生长提供有利的条件;微生物修复以菲可作为微生物生长的碳源为基础,在分解酶的作用下实现菲的降解,但是生物修复周期长,可利用的生物少,而且可能生成毒性更高的中间代谢产物。因此,寻找合适的修复物种,采用基因技术提高生物的修复能力或多法联用、取长补短可提高修复效率。最后,在共降解理论的基础上,结合重金属和有机污染物共存时,一种物质的存在对另一种物质的降解有促进作用,提出了协同降解的概念,寻求对多种污染物有协同降解或共降解作用的修复方法是今后发展的主要方向。     

丛枝菌根化大青杨苗木根际微域环境的研究

对接种AM菌根真菌的大青杨苗木根际微区进行系统研究，发现AM菌根真菌对宿主根际微域环境产生了重要影响：试验中选用的Glomus mosseae、G.intraradices、G.sinuosa、G.versifopme等4种AM菌根真菌都与盆栽大青杨苗木形成了菌根复合体。其中G.mosseae、G.intraradices侵染效果最好，侵染率分别是64．4％、67．4％。受两种菌侵染的苗木的生物量分别是对照处理的2．59、2．13倍。AM菌根对根际土壤微生物种群数量没有产生影响，但使根面、根系上的细菌、放线菌、固氮菌的数量显著增加。AM菌根增加了根际土壤磷酸酶、脲酶、蛋白酶的活性，各种酶活性增加量与苗木菌根侵染率呈显著相关。AM菌根使根际pH值降低，与菌根侵染率呈显著负相关。接种苗木的根际土壤中，可直接被植物吸收利用的N、P元素出现富集现象，与菌根侵染率呈极显著相关。     

植物根系分泌物研究方法评述

根系分泌物是植物与土壤微环境进行物质、能量和信息交流的重要媒介,对根系分泌物数量、种类的研究是植物营养、化感作用、环境修复等研究领域的重要内容。目前,根系分泌物研究中应用的收集方法主要有溶液培收集、土培收集、基质培收集和连续性根系分泌物收集系统等;分离纯化方法主要有树脂法、衍生化与萃取法、层析法和分子膜与超速离心法;检测方法有生物活性测定方法和仪器分析方法。文章结合实例综合论述了这些根系分泌物收集、分离纯化以及测定的方法,为研究者找到合适的根系分泌物研究方法提供参考。     

植物根系分泌物与根际营养关系评述

根系分泌物（ｒｏｏｔ ｅｘｕｄａｔｅｓ， ＲＥ）主要有粘胶、外酶、有机酸、糖、酚及各种氨基酸。不同营养基因型的植物， ＲＥ组分明显不同。存在养分和环境胁迫时，植物通过增加粘胶、酶及某些有机酸的分泌量以适应变化的环境。ＲＥ也是植物改善根际营养环境的重要手段。ＲＥ可改善土壤物理结构，促进矿物风化，提高土壤ＣＥＣ，影响土壤ｐＨ、土壤矿物表面吸附性能及土壤生物学性质。ＲＥ还在活化根际土壤养分，促进植物对养分吸收起主要作用。今后ＲＥ的研究应注重ＲＥ研究方法的完善，拓展研究领域，并加强与各学科的联合。     

根系分泌作用及其诱导机制

根系分泌作用及其实现植物对胁迫环境的适应,是近年来根际学领域的一个研究热点.文章评述了环境胁迫对植物根分泌物组成、含量的影响以及植物根系分泌的四种诱导假设;并对环境胁迫条件下的信号传递及根系分泌作用的生理及分子生物学基础进行了讨论.在此基础上,认为特定根分泌物的分泌是植物在进化过程中适应环境胁迫的实质.     

根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展

植物通过调节根分泌物的组成来改变根际状态以适应外界环境。在重金属胁迫下,植物根系分泌物种类和量会发生显著变化。根系分泌物可通过溶解、螯合、还原等作用活化土壤重金属,提高重金属的植物有效性,或固定和钝化重金属,降低重金属的移动性。文章就根系分泌物对土壤重金属形态、有效性及其在重金属吸附解吸中的作用,根系分泌物活化土壤重金属的影响因素等国内外研究进展作了综述,并对该领域今后的研究方向进行了探讨。     

A simple approach to modeling microbial biomass in the rhizosphere

Microorganisms make an important contribution to the degradation of contaminants in bioremediation as well as in phytoremediation. An accurate estimation of microbial concentrations in the soil would be valuable in predicting contaminant dissipation during various bioremediation processes. A simple modeling approach to quantify the microbial biomass in the rhizosphere was developed in this study. Experiments were conducted using field column lysimeters planted with Eastern gamagrass. The microbial biomass concentrations from the rhizosphere soil, bulk soil, and unplanted soil were monitored for six months using an incubation–fumigation method. The proposed model was applied to the field microbial biomass data and good correlation between simulated and experimental data was achieved. The results indicate that plants increase microbial concentrations in the soil by providing root exudates as growth substrates for microorganisms. Since plant roots are initially small and do not produce large quantities of exudates when first seeded, the addition of exogenous substrates may be needed to increase initial microbial concentrations at the start of phytoremediation projects.     

SPACSYS: Integration of a 3D root architecture component to carbon, nitrogen and water cycling—Model description

It is an ongoing challenge to develop and demonstrate management practices that increase the sustainability of agricultural systems. Soil carbon and nitrogen dynamics directly affect soil quality, crop productivity and environmental impacts. Root systems are central to the acquisition of water and nutrients by plants, but are also a major pathway for the inputs of carbon and nutrients to soil. The complexity of both biotic and abiotic interactions, combined with stochastic changes in root architecture, makes it difficult to understand below-ground dynamics on the basis of experimentation alone. The integration of dynamic models of above-ground growth, three-dimensional root system demography, and interactions between plants and the environment, into one single model is a major challenge because of the complexity of the systems.In order to understand the interaction between a plant and the environment, it is advantageous to develop a model framework to integrate submodels that simulate various plant and environmental components. The objective of this paper is to outline a mechanistic and process-based model, which is capable of simulating interactions among environmental conditions around plants, plant growth and development, nitrogen and carbon cycles, with a three-dimensional root system submodel as an interface.The model presented in this paper is a mixed dimensional, multi-layer, field scale, weather-driven and daily time-step dynamic simulation model. The current version includes a plant growth and development component, a nitrogen cycling component, a carbon cycling component, plus a soil water component that includes representation of water flow to field drains as well as downwards through the soil layers, together with a heat transfer component. The components themselves and linkage among components are designed using object-oriented techniques, which makes the model robust, understandable and reusable. The components are implemented in the C++ programming language, and inputs and outputs of all components are organised as a database in either Microsoft^® SQL Server 2000, Access 2000 or MySQL5.0. Root architecture is visualised by using the OpenGL graphics system. Preliminary validation with two separate experimental datasets shows that the model can reasonably simulate root systems, nitrogen cycling, water movement and plant growth.     

根系分泌物及其在植物营养中的作用

论述了根系分泌物的种类和影响因素，根系分泌物在植物营养中的调节作用、异种克生作用，根系分泌物与根际微生物的相互作用。在铁胁迫条件下，许多高等植物都能产生一系列生理和形态方面的适应性反应，禾本科植物通过根际特定分泌物——麦根酸类物质来自动调节其体内的铁营养状况；在磷胁迫条件下，根系分泌的低分子有机酸种类主要有柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸，它们在植物根际的富集能明显促进土壤中磷的释放，提高作物对磷的吸收，缓解植物的磷胁迫；在锌胁迫条件下，双子叶植物的根系分泌物对锌的活化作用不明显，而禾本科植物的根系分泌物可以活化石灰性土壤中难溶性锌。     

根分泌物研究现状及其在农业与环境领域的应用

对植物根分泌物的分泌特性、生理及分子生物学基础 ,根分泌物与农业、环境的关系 ,根分泌物在土壤肥力、土壤受重金属污染的植物修复以及化感物质分泌及植物遗传改良等领域的研究成果和结论进行了综述 ,并提出了我国根分泌物今后的研究方向 ,以期推动国内这一领域的深入研究。