2种水生植物根际溶液磷素时空变异及有机酸分泌

利用根际土壤溶液的原位抽提和微量样品分析技术,比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和香蒲(Typhalatifolia)2种水生植物根际土壤溶液磷素含量的时空变异和根系分泌有机酸种类及数量的差异,从植物吸收磷素、根系分泌有机酸和根际土壤pH值变化等角度探讨了植物磷素高效净化的根际调控机制.结果表明,2种水生植物的根际溶液磷素含量均明显低于非根际溶液;喜旱莲子草的根际溶液磷酸根离子质量浓度(2.53 mg.L-1)显著低于香蒲的根际溶液(5.43mg.L-1)(p<0.05),且喜旱莲子草根系对土壤溶液磷酸根的影响范围大于香蒲.与香蒲相比,喜旱莲子草分泌了较多的苹果酸(浓度27.33μmol.L-1),在活化土壤磷素、促进根系对磷素的吸收方面起了更大的作用.喜旱莲子草吸收磷素的根际效应强于香蒲.     

模拟湿地植物根系分泌物对酸性矿山废水沉淀物中Fe、Mn释放及形态的影响

为研究人工湿地处理酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)系统中植物根系分泌物对根际环境沉淀物中Fe、Mn活性的影响,评估人工湿地处理AMD时对Fe、Mn固持作用的稳定性及可靠性,选用植物根系分泌物中常见的柠檬酸、苹果酸及草酸来模拟植物根系分泌物对沉淀物中Fe、Mn的释放及形态影响。结果表明:3种有机酸对根际环境沉淀物中Fe、Mn的释放均产生不同程度的影响,相同浓度下的有机酸对Fe的影响顺序为:柠檬酸>苹果酸>草酸,对Mn的影响顺序为:柠檬酸>草酸>苹果酸。随着有机酸浓度的增加,沉淀物中Fe、Mn的释放量逐渐增加,且Fe的释放量大于Mn。形态分析结果表明,在有机酸参与前沉淀物中Fe、Mn主要以可还原态形式存在,当添加3种不同浓度的有机酸后,沉淀物中的可还原态Fe、Mn极不稳定,易向可交换态发生转变,而残渣态与可氧化态则较为稳定,说明沉淀物中残渣态与可氧化态的Fe、Mn在人工湿地中是Fe、Mn去除的重要途径。     

土壤根际微区放射性核素迁移影响因素研究进展

大部分放射性核素具有放射性强、半衰期长、毒性大等特点,进入土壤后受环境变化影响易发生迁移和形态转化等一系列反应,并且可通过食物链的迁移和积累最终危害人体健康。植物根际是放射性核素由土壤向植物体迁移的必经之路,土壤胶体是根际微区的主要组成物质也是吸附放射性核素的重要载体;根系分泌物是根际微区区别于土壤的重要物质;pH是影响放射性核素赋存形态、迁移重要的理化条件;根系微生物是根际微区中重要的调控者。总结了近5年影响放射性核素在根际微区迁移影响因素的研究进展,从土壤胶体、根系分泌物、pH、根系微生物4个方面综合阐述放射性核素在根际微区迁移和形态转化的影响因素,并提出展望。     

湿地植物芦苇和香蒲根际微生物特性研究

在人工湿地系统中 ,微生物是系统中有机污染物和氮分解去除的主要执行者 ,植物根系及其分泌物使人工湿地系统中的微生物数量显著增加。本文研究了湿地植物芦苇和香蒲根际微生物的数量、活性等特性 ,结果表明芦苇和香蒲具有明显的根际效应 ,根际微生物活性高于非根际的微生物活性 ,芦苇根际比香蒲更适合亚硝酸细菌的生长     

四环素与镉复合污染对水稻根系的影响

为阐明抗生素与重金属复合污染对水稻根系的影响机制,考察了四环素（TC）与镉（Cd）单一和复合污染条件下,水培分蘖期水稻根系生长、污染物积累和根系分泌物的变化特征.结果表明：TC与Cd单一处理时,根部生物量和叶绿素含量下降,表现出毒害作用,低剂量的TC与Cd共同作用能够缓解其毒性效应;TC与Cd单一/复合污染均使根的伸长和植株蒸腾量表现出低促高抑现象.水稻根系对TC和Cd的吸收积累呈现出显著的剂量效应,且两者共存会改变污染物的生物可利用性及在根系的亲和力,从而协同促进TC和Cd在水稻根系的吸收积累,但更多的TC会与Cd络合导致根系Cd吸收减少.TC与Cd单一污染可显著抑制根系分泌物的分泌,复合污染条件下,对根系分泌物的影响随浓度升高存在差异：低浓度时能在一定程度上缓解TC/Cd对光合作用的抑制作用,且伴随蒸腾作用的增加,水稻根系分泌物增多;而高浓度时根系细胞完整性可能受损,进而抑制根系分泌物的分泌.进一步分析发现,高浓度时,根系分泌物中氨基酸及衍生物类、有机酸类和糖醇类物质的分泌显著增加,可能是因为TC与Cd的络合作用使Cd的生物可利用性降低,缓解了高Cd胁迫对水稻的毒性,促进分泌有机酸类、氨基酸及衍生物类和糖醇类物质,增强自我防护作用.本研究结果可为保障水稻安全生产,建立有效控制抗生素-重金属类复合污染的根际调控措施提供参考数据.     

芘胁迫对5种羊茅属植物根系分泌的几类低分子量有机物的影响

根系分泌物与有机污染物的植物修复过程密切相关,研究胁迫条件下不同修复潜力植物根系分泌物的释放特征有助于揭示植物修复的内在机制.借助根际袋土培试验研究了芘胁迫(10~160 mg·kg~(-1))下5种羊茅属植物在不同胁迫期(30~70d)时根系分泌物中几种低分子量有机物的释放特征.结果表明:1芘胁迫促进了根系对可溶性糖的分泌:随着胁迫水平的升高、胁迫期的延长,其分泌量呈"先升后降"变化趋势,胁迫水平为C3(40.36 mg·kg~(-1))、胁迫期为40 d时达到最大值;修复潜力越大,趋势越明显.2芘胁迫增强了根系对低分子量有机酸的释放,修复潜力越大,释放高峰值出现时的胁迫浓度越高,且主要以草酸、乙酸、乳酸和苹果酸为主(98.15%),但修复潜力较强物种的根系分泌物中也检测到微量反丁烯二酸.3芘胁迫对氨基酸的种类影响不大,但对分泌量影响较大:苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸的分泌量随着胁迫水平的升高而剧增;脯氨酸、羟脯氨酸和天冬氨酸对芘胁迫的响应近乎以功能群的形式参与植物修复过程,参与的组分越多,修复潜力越强.可见,芘胁迫下根系分泌物中可溶性糖、低分子量有机酸以及氨基酸的释放特征与植物自身的修复潜力有关;修复潜力越强,释放量越多且成分越复杂,并表现出更强的环境适应性及生理可塑性.     

3种湿地植物在水培条件下的生长状况及根系分泌物研究

湿地植物是人工湿地的核心部分,其根系分泌物是人工湿地的主要内部碳源.本研究分析了美人蕉、茭白、水柳等3种湿地植物在水培条件下的生长状况和根系分泌物特性.本实验条件下美人蕉、茭白、水柳在120 d的平均生物量/初始生物量分别为9.1、 3.7和4.7.植物根系分泌物的量与生物量正相关,分泌能力随生物量的增加而降低,生长期内,水柳的平均分泌能力为0.92 mg·(g·d)^-1,美人蕉为0.47 mg·(g·d)^-1,茭白为0.43 mg·(g·d)^-1.通过三维荧光光谱分析,3种植物的根系分泌物均以小分子有机酸和芳香族蛋白质为主.本研究表明,美人蕉、水柳为适宜的湿地植物.     

模拟三峡库区消落带优势植物根系低分子量有机酸对土壤中铅的解吸动力学

三峡库区消落带落干期时会生长大量植被,其根系分泌的低分子量有机酸会对消落带土壤中重金属的活化带来一定影响,为此,本研究通过水培法以及利用去离子水直接浸提其根际土测出三峡库区优势植物狗牙根和稗草根系分泌的低分子量有机酸种类和含量,并模拟优势植物所分泌的单一有机酸和混合有机酸分别对消落带土壤中的铅(Pb)进行解吸,探究其对消落带土壤中铅的解吸动力学.结果表明,狗牙根根系分泌的低分子量有机酸种类和含量均大于稗草,其中柠檬酸、丙二酸、乙酸、苹果酸是两种植株根系均分泌的有机酸,且乙酸含量最高,分别为0.765 mmol·kg-1、0.261 mmol·kg-1,而在狗牙根和稗草根际土中均检测到柠檬酸、丙二酸、乙酸;选取柠檬酸、丙二酸、乙酸对消落带土壤中铅进行解吸时,发现当有机酸浓度≤1 mmol·L~(-1)时,有机酸解吸量由高到低为:丙二酸柠檬酸乙酸;而当有机酸浓度1 mmol·L~(-1)时,有机酸解吸量由高到低为:柠檬酸丙二酸乙酸,且低分子量有机酸在土壤中含量低时,抑制土壤对Pb的解吸;含量高时,促进土壤对Pb的解吸.在解吸过程中,0~240 min为快反应阶段,240 min后为慢反应阶段,准二级动力学方程拟合效果最好.     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量测序结果显示,库区4种适生植物根际与非根际土壤细菌群落多样性特征并无显著差异,变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、蓝藻门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、芽孢杆菌门、未知细菌门以及泉古菌门在消落带4种适生植物根部土壤环境中相对丰度最大,对于4种适生植物的营养吸收、疾病抵抗以及消落带逆境适应均发挥着重要的作用.     

月季根系分泌物促进根际土壤有机氯农药降解研究

文章以园林植物月季根系分泌物为研究对象,通过采用3 a模拟修复实验来验证根际土壤中的群落结构、微生物氮含量以及微生物碳含量变化情况,同时对其中的有机氯农药(OCPs)各残留组分的降解特征与根系分泌物之间的相关关系进行研究,进而研究根系分泌物对根际微生物在结构、功能、组成以及数量等不同的群落特征的相关影响。结果表明,供试OCPs含量范围内,OCPs污染物去除受到根系分泌物介导下的土壤-微生物系统的影响,去除率更高。根际土壤(TR2)中OCPs去除率与是否添加根系分泌物紧密相关,如果添加20 d后,去除率可以达到95%,这是在无添加条件下的灭菌处理组与OCPs污染组(TR1)无法达到的。在剂量、污染水平相同的实验情况中,根系分泌物对3组实验对象的影响不同,对艾氏剂、HCHs、HCB、γ-氯丹、毒杀芬等这一类组分的强化去除率最高,其次是对OCPs的强化率（p<0.05）,强化去除率最低的是硫丹Ⅰ、DDTs、狄氏剂、环氧七氯以及灭蚁灵等这几类组分。在污染水平同等的实验情况中,微生物氮和磷、土壤微生物碳、土壤酶活性（蔗糖酶活性、脲酶活性和酸性磷酸酶活性）在TR2组中的含量也显著高于无根系分泌物的TR1组,这显示根际微生物的生长活性受到根系分泌物的激活,而土壤酶活性的增加也与根系分泌物相关。细菌的磷脂脂肪酸含量比其他含量都多,真菌的磷脂脂肪酸含量要少一点,其变化趋势与土壤中OCPs的降解特征基本吻合。结果表明根系分泌物会在OCPs降解过程对根际土壤中菌群的种群数量及群落结构产生一定的影响,主要是在某种程度上会对细菌、真菌的群落数量和结构等起到一定的改变作用,并在OCPs的降解过程中发挥着促进作用。     

苏丹草根分泌物在有机氯农药降解过程中的作用

采用模拟修复实验的方法,研究了苏丹草(Sorghum sudanense)根系分泌物对根际土壤中有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)各残留组分的降解特征及其对根际微生物群落特征(数量、组成、结构及功能)的影响,探讨了根际土壤中微生物碳、微生物氮和群落结构的变化差异.结果显示,供试OCPs含量(66.67~343.61mg/kg)范围内,根系分泌物介导下的土壤-微生物系统对OCPs污染物去除的促进作用明显:添加根系分泌物20d后,"根际"土壤(TR_2)中OCPs去除率在高达79.32%,比无根系分泌物的OCPs污染组(TR1)高36.86%,比灭菌处理组(CK)高60.63%;相同处理条件(污染水平、添加剂量)下,根系分泌物对HCHs、毒杀芬、HCB、艾氏剂、γ-氯丹等组分的强化去除率总高于对OCPs的强化率(P0.05);对DDTs、灭蚁灵、硫丹Ⅰ、狄氏剂、环氧七氯等组分的强化去除率低于OCPs的强化率.相同污染水平下,"根际"土壤(TR_2)中土壤微生物碳、微生物氮也显著高于无根系分泌物的TR_1组;实验期间,细菌的磷脂脂肪酸含量占主导地位、真菌次之,其变化趋势与土壤中OCPs的降解特征相一致.可见,在OCPs降解过程中,根系分泌物改变了根际土壤中细菌、真菌等菌群的种群数量及群落结构,进而促进了OCPs的降解.     

磷胁迫对高原湿地植物伞莎草根系分泌物的影响

文章探讨了湿地典型挺水植物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。以伞莎草为供试材料,实验设置了6个磷浓度,分别为0、0.2、1、5、10、20 mg/L,在室内采用Hoagland营养液培养伞莎草幼苗,再用CH_2Cl_2浸提、减压、浓缩,进行GC-MS检测及分析,研究在不同磷浓度胁迫下对伞莎草根系分泌物的影响。结果表明,伞莎草根系分泌物主要包括烷烃、酮、硫、胺、醛、酯、酸等化合物,其中邻苯二甲酸、邻苯二甲酸二丁酯、二十碳烷、二苯砜的相对含量较高,分别达到60.53%、13.43%、6.18%、9.03%,其他化合物含量相对较低。伞莎草在随磷浓度依次增大的情况下,根系分泌物中都含有邻苯二甲酸、苯二羧酸和环己硅氧烷3种物质,且3种物质的相对含量都随着磷胁迫浓度的增加呈现先增加后下降的规律。3种物质的相对含量最高时的磷浓度均为5 mg/L,相对含量最低的磷浓度均为10 mg/L。该研究得出在磷胁迫下伞莎草能够调节根系分泌物的种类及相对含量并主要通过改变有机酸的释放来适应环境。     

根际重金属形态与生物有效性研究进展

根际是受植物根系及其生长活动显著影响的土壤微域环境，由于其特殊的物理、化学和生物性质，根际环境影响着重金属的形态和生物有效性。文章综述了近年来国内外的根际环境重金属地球化学行为及其生物有效性方面的一些主要研究进展，并指出其存在问题以及今后的研究方向。     

Zn、Cd单一及复合污染对黑麦草根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响

采用根袋土培试验,研究了锌、镉单一及复合污染对重金属富集植物黑麦草生长、锌镉积累、根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响.结果表明,锌镉共存下(8 mmol/kg Zn+2 mmol/kg Cd),黑麦草对锌、镉的吸收为协同效应;仅镉污染时(2 mmol/kg Cd),镉对植株吸收锌为抑制效应.黑麦草吸收的锌、镉主要集中在地上部,以锌、镉复合污染时植株地上部对锌、镉的富集量最大,分别达到3 108.72、73.97 mg/kg,具有作为土壤重金属锌、镉污染植物修复材料的潜力.根际的松结合态锌、镉（交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态）含量大于其非根际的松结合态锌、镉含量.Cd污染和Zn、Cd复合污染的根际和非根际土壤镉形态均以交换态>碳酸盐结合态>铁锰结合态>残渣态>有机结合态.Zn污染及Zn、Cd复合污染根际和非根际土壤各锌形态以铁锰结合态>碳酸盐结合态>残渣态>有机结合态>交换态,而Cd污染的根际和非根际的锌形态则以残渣态>铁锰结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>交换态.Zn、Cd污染促进了黑麦草根系氨基酸的分泌,降低了根际土壤的pH值,以Zn、Cd复合污染根际土壤氨基酸总量最大,分别为对照、Zn和Cd污染的1.95、1.54和1.40倍,根际土壤的pH值最低(5.18).根际氨基酸含量在重金属胁迫下明显增加,可能与黑麦草适应重金属胁迫有关.根际pH值高于非根际是根际Zn、Cd有效性大于非根际的重要原因.     

接种Penicillium sp.和根际分泌物对土壤甲磺隆的协同降解研究

通过接种Penicillium sp.和模拟小麦根际环境的方法,研究了甲磺隆在Penicillium sp.和小麦根际分泌物协同作用下的生物降解特性.结果表明,根系分泌物丰富了土著微生物和外源微生物,对甲磺隆的降解具有显著的促进作用.接种Penicilliumsp.的根际土壤中甲磺隆降解半衰期为8.6 d,其降解速率是接种Penicillium sp.的非根际土壤的1.8倍,是普通根际土壤的2.7倍.继续追加甲磺隆的试验表明,接种菌株Penicillium sp.对甲磺隆的降解具有可持续性.     

UPLC法同时快速测定湿地土壤中的五种低分子量有机酸

研究了超高效液相色谱（UPLC）法同时测定湿地土壤中柠檬酸、草酸、苹果酸、酒石酸和丁二酸等5种有机酸的方法,并测定了武昌湖、巢湖和鄱阳湖湿地土壤样品中的有机酸组成含量,为揭示有机酸在土壤-植物-根际环境中的转运、分配和分泌提供理论依据。结果表明：利用UPLC法可以快速地分离5种有机酸,比HPLC分离时间缩短1倍左右;各有机酸的加标回收率为99.17%～103.55%,相对标准偏差为0.48%～1.92%,检测限为0.05～0.18 mg/kg,该方法线性关系优良（R²>0.997）;除了鄱阳湖湿地土壤样品的酒石酸未能检测出,其他湿地土壤样品中的5种有机酸都能检测出;不同湿地土壤样品的优势有机酸种类不同,武昌湖湿地土壤中的柠檬酸和苹果酸对有机酸总量贡献较大,巢湖湿地土壤中的柠檬酸对有机酸总量的贡献最大,鄱阳湖湿地土壤中丁二酸占有机酸总量的比例小于10%;湿地土壤有机酸含量多集中在土壤深度为30～50 cm处,这与该区域植物根系分布及微生物活性较高有关。     

外源微生物对植物根系修复十溴联苯醚污染底泥的强化作用

十溴联苯醚(BDE-209)作为溴系阻燃剂的主要代表之一,所造成的沉积物环境污染问题日益引起人们的重视.本研究利用河边常见植物再力花(Thalia dealbata)作为修复植物,引入外源微生物短短芽孢杆菌(Brevibacillus brevis)和铅黄肠球菌(Enterococcus casselifavus)以强化修复效果,通过盆栽试验模拟沉积物环境,考察了外源菌对植物根际修复沉积物中BDE-209的强化作用效果,以及不同处理组,沉积物中微生物数量、有机酸含量和微生物碳源利用能力的变化.结果发现,外源菌处理组中BDE-209的去除率高于相应的对照组,其中以加入B.brevis根际处理组BDE-209的去除率最好(66%),大于非根际处理组和无植物处理的对照组(37.93%和39.27%).植物的根际作用可以提高底泥中BDE-209的去除率、微生物的数量、有机酸含量和碳源利用能力.     

湿地挺水植物根系土壤中的磷形态变化与分析

以野鸭湖湿地中扁秆藨草、芦苇和茭白3种优势挺水植物为研究对象,利用化学连续提取法对根际和非根际土壤中不同形态无机磷和有机磷进行分级提取,分析了不同形态磷的含量特点和分布规律,探讨了植物对磷素的潜在吸收机制.结果表明,根际Ca-P含量均显著低于非根际,Ex-P、Fe-P和Oc-P相反.4种形态有机磷含量均为根际高于非根际,表现出累积的趋势.根际Ca-P/TP值显著小于非根际,说明植物将有效性低的Ca-P形态大量转化为其他形态无机磷以供自身利用;根际HR-OP/TP值小于非根际,而MR-OP/TP大于非根际,表明稳定有机磷形态有向活性高的有机磷转化的趋势;TIP/TP均为根际小于非根际,而TOP/TP根际大于非根际,推测根系在吸收利用磷素的过程中主要吸收无机磷,同时积聚大量有机磷供转化后利用.     

几种多环芳烃的植物吸收作用及其对根系分泌物的影响

采用水培试验方法,以多年生黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)为供试植物,研究了芘、菲、苊和萘的植物吸收作用及其对根系分泌物的影响.结果表明,黑麦草能明显吸收富集多环芳烃(PAHs);随培养液中PAHs浓度的升高,其在黑麦草根和茎叶中的含量增大,且根的PAHs含量、富集系数要远大于茎叶.芘、菲、苊、萘污染胁迫下,黑麦草根系分泌物中可溶性有机碳、草酸和可溶性总糖的含量均高于无污染对照.供试污染浓度范围内,随着培养液中菲、苊、萘浓度提高,可溶性有机碳、草酸及可溶性总糖的分泌量增大;但在芘胁迫下,与污染对照相比,分泌量的增加幅度随着芘浓度的升高则呈先增大后减小的趋势.在较低污染强度下,供试PAHs对根系分泌物的促分泌效应由强到弱依次为芘、菲、苊和萘.4种PAHs对可溶性糖类的促分泌作用最强,其分泌量的增加幅度明显大于可溶性有机碳和草酸.     

冬季野鸭湖湿地植物根际微生物群落结构分析

文章应用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究野鸭湖湿地扁秆藨草、芦苇和茭白根际土壤微生物的群落结构,同时分析了根际微生物与微生物量磷的相关关系。结果表明,扁秆藨草根际微生物量最高,达60 nmol/g,其次为茭白和芦苇。3种植物根际土壤中的优势菌是以16∶0、18∶0、i16∶0为代表的好氧菌;根际土壤中也出现以18∶2ω6,9、18∶1ω9c为代表的真菌。影响冬季扁秆藨草、茭白根际微生物量及群落结构的主要因素分别是枯落物和气温,而芦苇的特殊根系使其在冬季有较好的适应性。植物根际微生物含量与土壤微生物量磷相关性较好,其中细菌含量与微生物量磷呈显著正相关关系。因此,根际微生物受植物种类影响较大,建议寒冷地区人工湿地根据扁秆藨草、芦苇、茭白的不同特点交错种植,且植物进入衰亡期进行收割有利于污染物去除。