川西亚高山森林优势针阔树种根系分泌物的化学组分与含量差异

根系分泌物作为植物-土壤-微生物交流与调控的信使,在根际生态过程中所起的介导作用受到大量关注,然而关于森林生态系统中优势树种根系分泌物化学组分与含量的基础认知仍十分匮乏.基于此,分别以川西亚高山森林2种针叶优势树种（云杉Piceaasperata、冷杉Abiesfaxoniana）和2种阔叶优势树种（红桦Betulaalbo-sinensis、白桦Betulaplatyphylla）为研究对象,通过野外原位收集装置分别获取了该植物的根系分泌物收集液,运用气相色谱-飞行时间质谱联用技术（GC-TOF-MS）,结合方差分析、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等方法开展研究.结果表明：（1）4种针、阔树种根系分泌物中检测鉴定出共计97种化学物质（醇类6种、有机酸26种、氨基酸17种、糖酸类5种、糖醇类6种、糖类7种、酯类3种以及其他有机物24种）,针、阔叶树根系分泌物中醇类化合物的相对含量均最高,氨基酸和有机酸类化合物的种类较为丰富;（2）在化学物质类别水平上,针叶树和阔叶树根系分泌物化学组分的相对含量之间存在显著差异,针叶树根系分泌物中醇类的相对含量是阔叶树的1.7倍,而氨基酸、有机...     

蜡状芽孢杆菌协同李氏禾根系分泌物去除水体Cr~(6+)的效应及机制

李氏禾(Leersia hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬(Cr)超富集植物,在铬污染水体修复方面具有很大的潜力。以李氏禾为供试材料,在Hoagland营养液中培养幼苗,采用浸根法收集李氏禾根系分泌物,研究添加外源蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)对其还原水体中Cr~(6+)的影响;利用GC-MS分析在铬胁迫和接种蜡状芽孢杆菌两种处理对李氏禾根系分泌物成分的影响。结果表明:李氏禾根系分泌物和蜡状芽孢杆菌协同对水体中Cr~(6+)的还原率高达99%,显著高于单独添加蜡状芽孢杆菌和单独添加根系分泌物处理组(P0.05);李氏禾根系分泌物有机物种类丰富,主要包含酯、烷烃、烯烃、芳香烃、醇、酰胺、醚等;在给李氏禾接种蜡状芽孢杆菌后,李氏禾根系分泌物中许多化感物质作为生长代谢底物被分解;在Cr~(6+)胁迫下,李氏禾根系分泌物中酰胺类物质的分泌发生变化,这可能是李氏禾受到重金属铬胁迫后的一种根际解毒机制;在Cr~(6+)胁迫下,检测出了有且仅有一种的酚类化感物质2,4-二叔丁基苯酚,这是李氏禾对铬胁迫的一种潜在的响应机制。     

植物根系分泌物分析及对湿地微生物群落的影响研究

植物是人工湿地的重要组成部分,其通过根系分泌物对湿地中的微生物群落结构产生影响。本研究分析了美人蕉（Canna indica）、茭白（Zizania caduciflora）、千屈菜（Lythrum salicaria Linn）等3种湿地植物的根系分泌能力及分泌物组成。3种植物的根系分泌物主要组成物质相似,均含有小分子有机酸、酚类、芳香族蛋白质,但各组成比例有所差异。分泌能力则随生长周期持续下降,千屈菜的分泌能力远强于美人蕉和茭白。本研究利用醌指纹研究人工湿地中微生物群落结构,结果发现不同湿地植物对湿地中微生物的组成和多样性产生显著影响。     

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。     

磷胁迫对高原湿地浮水植物大藻根系分泌物的影响

目前湿地水体富营养化越来越严重,其自净能力逐渐下降.通过研究湿地典型浮水植物大薸根系分泌物在磷胁迫下的适应机制,以期为高原湿地污染修复的根际调控措施提供科学依据.实验采用营养液水培方式,研究不同磷浓度胁迫对大薸根系分泌物的影响.结果表明,大薸根系分泌物主要有烷烃、酯、醇、胺、苯和酸类化合物,无磷处理分泌物中烷烃类、酸类和胺类的相对含量较大,分别占总检出面积的41.02%、24.74%和12.11%,其中三类化合物中分泌量最多的物质分别为环戊硅氧烷8.47%,邻苯二甲酸20%,萘胺6.39%;在磷胁迫下,大薸根系分泌物的种类和对应的相对含量差异较大且分泌物的种类逐渐减少,其中邻苯二甲酸的含量在每一种胁迫条件下相对含量均较高;磷胁迫下的大薸根系分泌物有机酸总的相对含量均高于无磷胁迫状态,且随着磷浓度的增加,有机酸的种类和相对含量减少;邻苯二甲酸、苯二羧酸和环己硅氧烷在6种磷胁迫下的根系分泌物中相对含量显著差异且随着磷浓度的增加均出现先增加后减少的变化趋势;磷胁迫浓度与邻苯二甲酸间有极显著的负相关关系,与苯二羧酸存在显著的负相关关系,其中邻苯二甲酸与苯二羧酸间存在极显著的正相关关系.本研究表明磷胁迫下大薸根系增加邻苯二甲酸的分泌是响应环境胁迫的一种重要机制.     

青藏高原东缘高寒灌丛根系分泌物碳氮输入对增温的响应

根系分泌物是植物根系向土壤输入有机碳和养分的重要途径之一,深刻影响着根际土壤碳和养分循环过程。环境温度变化可通过改变植物初级生产力和根系性状等直接或间接地影响根系分泌过程,但其具体机制仍缺乏必要关注。为了揭示气候变暖对高寒灌丛根系碳、氮分泌过程的影响,以青藏高原东缘典型的高寒灌丛类型-窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛为研究对象,设置OTC(Open top chamber)增温试验,采用根系分泌物原位连续动态收集技术,分析了窄叶鲜卑花根系分泌物碳、氮输入速率与通量对土壤增温(+1.3℃)的响应。结果表明:窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳、氮输入速率具有明显的季节差异,生长季中期根系分泌物碳、氮输入速率显著高于生长季初期和末期。整个生长季,对照处理根系分泌物碳、氮输入速率分别为0.55-0.74mg·g~(–1)·d~(–1)和0.05-0.08mg·g~(–1)·d~(–1),增温分别使根系分泌物碳、氮输入速率显著增加了14.0%-69.1%和15.3%-70.2%。对照组根系分泌物碳、氮输入通量分别为26.94 g·m~(–2)和3.03 g·m~(–2),增温分别使根系分泌物碳、氮输入通量显著增加了57.2%和46.9%。进一步分析表明,增温使根系分泌物碳、氮输入通量的增加主要归因于根系分泌物碳、氮输入速率和细根生物量显著提高。这些结果表明,气候变暖将促进青藏高原东缘高寒灌丛根系碳、氮分泌过程,提高根系分泌物碳、氮输入通量,进而加速该区域根际土壤碳和养分循环过程。     

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。     

湿地植物根系及其分泌物对土壤脲酶、硝化-反硝化的影响

植物根际是人工湿地通过物理、化学、生物三重协同作用达到污染物去除的重要反应区域,然而关于植物根际土壤酶活性分布及根系分泌物及对人工湿地除污效果的影响目前仍缺乏系统研究。为了明确人工湿地中植物对脱氮的贡献,试验选取当地常见的7种经济耐寒性湿地植物——富贵竹(Dracaena sanderiana)、千屈菜(Spiked loosestrlfe)、美人蕉(Canna indica)、水葱(Scirpus tabernaemotani)、菖蒲(Acorus calamus)、香蒲(Typha angustiolia)、芦苇(Phragmites australis)作为研究对象,考察了不同植物的根际与非根际脲酶活性分布,并探究了植物根系分泌物对土壤脲酶活性及硝化-反硝化作用强度的影响。结果表明:湿地植物根系可以影响脲酶活性,表现为稳定生长的植物根际脲酶活性普遍高于非根际,以美人蕉和香蒲最为显著;不同植物根系对土壤脲酶活性的影响存在差异性,其中,富贵竹、美人蕉和菖蒲根际的脲酶活性接近,且明显高于香蒲、芦苇等其他受试植物;土著微生物对植物植入具有适应期和调整期,使植物对土壤酶活性的刺激效应滞后,表现为植物生长稳定期的脲酶活性平均值基本低于空白样,植物生长迅速期的脲酶活性平均值普遍明显高于空白样,说明植物的存在对土壤脲酶活性具有促进作用;25%的菖蒲根系分泌物对土壤脲酶具有一定程度的促进作用,在培养第25天时达到最佳效果;菖蒲根系分泌物对硝化作用强度有一定的促进作用,但对反硝化作用强度的影响不明显。     

放牧强度和短期休牧对青藏高原东部高寒草甸优势物种根系分泌速率的影响

根系分泌物是调节土壤养分循环的关键物质,对土壤微生物生理活性和有机物分解等土壤生态过程有关键影响.为了解放牧条件下根系分泌物分泌速率和变化规律,在放牧管理试验样地上,采用原位草本根系分泌物收集法,在生长旺季测定不同放牧强度(不放牧、轻度放牧、重度放牧)和放牧停止后1 d和21 d取样(视为短期休牧)青藏高原高寒草甸优势物种垂穗披碱草(Elymus nutans)的根系分泌速率.结果显示:放牧条件下,垂穗披碱草在生长旺季正午的根系分泌平均速率(以C计)为851.29μg g~(-1) h~(-1).放牧停止后1 d,不放牧、轻度放牧和重度放牧的根系分泌速率无显著差异;而放牧停止后21 d,轻度放牧的根系分泌速率[(1 032.33±53.63)μg g~(-1) h~(-1)]和地上生物量增量显著高于不放牧,重度放牧则与不放牧差异不显著.本研究表明,轻度放牧和适当短期休牧能够增加根系分泌速率,并可能通过正反馈作用刺激植物地上补偿生长.     

植物对矿物的风化作用机制研究进展

矿物风化可为植物生长提供必需的营养矿物质,但也是毒性元素的主要来源之一.研究植物作用下的矿物风化过程,探索环境中元素的来源、分布和迁移转化规律,有助于深入认识植物和矿物的相互作用机制,为开展有益、有害元素的植物吸收与调控策略的研究提供科学依据.对国内外在植物与矿物风化研究领域的现状与进展进行分析和评述,发现:(1)根系分泌物的根际作用、植物对风化产物的吸收作用和植物共生菌根的辅助作用是植物驱动矿物风化的3种重要途径;(2)植物根系分泌物可通过H+酸解、有机酸络合、植物铁载体螯合和氧化还原等4种作用机制,协同促进矿物表面风化;(3)根际有机酸中羧基、羟基的结构特征及其与金属离子的配位关系是有机酸控制矿物风化的关键因素.认为从分子和时空四维尺度,探索土壤/矿物与根系界面中有机配体和金属的相互作用机制及元素的形态转化过程,是该领域的未来发展方向.(图4表1参86)     

不同浓度植物根系分泌物微生态效应研究

探讨夹竹桃(Nerium oleander)根系分泌物对土壤微生物量碳、呼吸强度等微生物学特征及土壤微生物群落功能多样性的影响,深入揭示夹竹桃根系分泌物的微生态效应,通过向土壤中添加植物根系分泌物溶液的方法,研究了不同浓度(CK,15 mL去离子水作为对照;LC,5 mL分泌物+10 mL去离子水;MC,10 mL分泌物+5 mL去离子水;HC,15 mL分泌物)的外源植物根系分泌物对土壤理化性质、土壤微生物群落功能多样性、微生物量碳、微生物熵、基础呼吸和代谢熵的影响。结果表明,不同浓度根系分泌物处理pH值显著低于CK(P<0.05);有机碳、含水量、全氮、碱解氮、速效磷含量显著高于CK(P<0.05),其大小表现为HC>MC>LC>CK;而土壤全磷无明显差异(P>0.05)。细菌、真菌、放线菌和微生物总数均显著高于对照(P<0.05),不同处理之间差异均显著(P<0.05),其大小表现为HC>MC>LC>CK。微生物量碳、微生物熵和基础呼吸均显著高于对照(P<0.05),不同处理之间差异均显著(P<0.05),其大小表现为HC>MC>LC>CK。土壤代谢熵表现为HC>MC>LC>CK,HC和MC差异不显著(P>0.05)。平均吸光值、物种丰富度指数、Mcintosh指数均显著高于对照(P<0.05),不同处理之间差异均显著(P<0.05),其大小表现为HC>MC>LC>CK。不同处理间优势度指数差异不显著(P>0.05)。主成分分析表明:中浓度根系分泌物处理的土壤与CK土壤微生物群落代谢特征相近,其明显不同于高浓度根系分泌物处理的土壤,说明它们对单一碳源的利用能力不同,其群落代谢特征存在差异。总体来看,高浓度的根系分泌物能够显著改变土壤微生物学特性及群落功能多样性。     

大豆根系分泌物和根细胞壁对难溶性磷的活化

探讨了不同磷效率大豆品种根系细胞壁和根分泌物对难溶性铝磷的活化与吸收能力。结果表明，砂培条件下，磷高效品种(巴西10号)对难溶性铝磷的吸收显著高于磷低效品种(本地2号)。铝磷处理条件下，根系总表面积巴西10号是本地2号的131％，而钾磷处理二者没有明显差异。根系细胞壁对铝磷的活化表明，大豆苗期根系细胞壁对铝磷的活化量显著高于成熟期。苗期、成熟期巴西10号对铝磷的活化量为本地2号的119％、176％。不同栽培方式根系细胞壁对铝磷的活化量表现为水培大于砂培，水培条件下两个大豆基因型对铝磷的活化量没有差异。不同生育时期、栽培方式根分泌物对铝磷的活化量表现为，成熟期大于苗期，砂培大于水培。巴西10号根分泌物对铝磷的活化量比本地2号分别高出69．3％(成熟期)和40．1％(砂培)。上述研究结果表明，大豆根分泌物和根细胞壁对难溶性铝磷的溶解具有促进作用，有利于大豆对铝磷的吸收。     

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。     

Analysis of the phenolic compounds in root exudates produced by a subalpine coniferous species as responses to experimental warming and nitrogen fertilisation

In terrestrial ecosystems, plant root exudates clearly play a crucial role in the belowground ecosystem. However, there have been few reports on root exudates from field-grown plants or mature trees in situ, especially when exposed to experimental warming. In this study, we adopted and modified a culture-based cuvette system developed especially for root exudation collection in the field to collect soluble root exudates of a subalpine coniferous species, Abies faxoniana, under experimental warming and nitrogen fertilisation treatments. We then analysed the chemical composition and relative abundance of root exudates using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The major chemical constituents of root exudates were phenols and their derivatives of all the different treatments, such as 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol. Experimental warming had significant effects on the relative contents of major compounds and an increase effect on the total phenolic acid compounds. By contrast, there were small significant effects of N fertilisation on root exudation and no significant effects of the warming×N fertilisation interaction. Meanwhile, warming also markedly increased soil polyphenol oxidase activity and it may be soil ecological adjustment response to changes of root exudation under global climate warming.     

土壤多环芳烃污染根际修复研究进展

多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物,具“三致性”、难降解性,在土壤环境中不断积累,严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。修复土壤多环芳烃污染已成为研究的焦点。根际修复是利用植物-微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。对国内外学者近年来在土壤多环芳烃污染根际修复的效果、根际修复机理和根际修复的影响因素方面的研究进展作了较系统的综述,并分别分析了单作体系、混作体系、多进程根际修复系统和接种植物生长促进菌根际修复系统对土壤多环芳烃的修复效果。指出根际环境对PAHs的修复主要有3种机制:根系直接吸收和代谢PAHs;植物根系释放酶和分泌物去除PAHs,增加根际微生物数量,提高其活性,强化微生物群体降解PAHs。并讨论了影响根际修复PAHs的环境因素如植物、土壤类型、PAHs理化性质、菌根真菌以及表面活性剂等。植物-表面活性剂结合的根际修复技术、PAHs胁迫下根际的动态调节过程、运用分子生物学技术并结合植物根分泌物的特异性筛选高效修复植物以及植物富集的PAHs代谢产物进行跟踪与风险评价将成为未来研究的主流。     

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.     

大豆根边缘细胞对土荆芥组培根分泌物的响应

运用组织培养技术和悬空气培养法,研究了大豆根边缘细胞对土荆芥组培根分泌物的响应。结果表明：在土荆芥组培根分泌物作用下,随处理浓度的升高和处理时间的延长,边缘细胞数量和存活率持续下降。游离的根边缘细胞周围聚集了一些颗粒状物质,根边缘细胞可能螯合土荆芥根系分泌物。土荆芥根系分泌物能促进根冠果胶甲基酯酶活性上调,但是随着处理浓度增大和处理时间延长,这种促进效应降低。这些结果表明土荆芥组培根分泌物对大豆根边缘细胞具有一定的胁迫效应,根边缘细胞通过加速死亡并分泌一些活性物质螯合土荆芥根系分泌物,可在一定范围内缓解根系分泌物的毒害作用。     

加拿大蓬挥发油经不同载体对蚕豆根尖的细胞毒性

采用悬空气法和土培法,研究了加拿大蓬（Erigeron canadensis L.）挥发油对蚕豆（Vacia faba L.）根尖细胞经不同载体的细胞毒性。结果表明：加拿大蓬挥发油对蚕豆根尖细胞的有丝分裂没有显著的影响,但显著抑制了幼根的生长,使根尖细胞产生了多种类型的染色体畸变,导致微核率升高。综合分析表明,加拿大蓬挥发油经土壤载体的化感作用大于经空气载体的化感作用,推测可能是土壤对挥发油的滞留作用增大了化感效应。