植物根系分泌物主要生态功能研究进展

根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。     

Research Advances in the Main Ecological Functions of Root Exudates

根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。     

土壤环境下的根际微生物和植物互作关系研究进展

植物根系、土壤、根际微生物以及根际范围内其他因子等组成了根际微生态系统,在根际微生态系统中的不同组分之间存在着广泛的相互作用,其中以根系-土壤-微生物之间的相互作用网络最为复杂,同时也对整个根际系统的稳定和发展有着至关重要的影响。综述了近年来国内外对于土壤环境中根际互作关系研究的进展,探讨了土壤环境对植物和根际微生物群落的影响,植物如何调控根际微生物群落的组装和稳定过程,以及根际微生物对植物生长发育、病原菌防卫和抗逆性的调控作用等,分别从土壤环境、宿主植物和根际微生物三个层面,分析了它们在根际互作关系中的角色和作用机制,以期为农业生产和环境保护提供一定指导意义和借鉴作用。     

土壤微生物在植物获得养分中的作用

大量施用化肥是当今农业的一个重要特征。化肥为粮食增产做出了巨大贡献,同时也带来一系列问题,如土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放、资源耗竭等,直接威胁着农业可持续发展。土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者,直接参与了植物获得养分和土壤养分循环两个过程。因此,通过调控土壤微生物的功能,有望降低农业对化肥的过分依赖。介绍了共生固氮菌、菌根真菌和根际促生菌对植物获得养分能力的影响及其机制,分析了土壤微生物对土壤氮、磷循环的影响及其与土壤养分生物有效性、养分损失的关系。依据这些知识,提出了改善植物营养、降低化肥施用的土壤微生物途径。虽然大量试验已证明了土壤微生物在改善植物营养中的重要作用,但是大面积应用土壤微生物技术来改善植物营养还存在不少问题。随着以后对这方面研究的加强以及上述问题的不断解决,土壤微生物有望在降低化肥施用量和维持农业可持续发展中做出重要贡献。     

根际营养环境与持续农业

根据ｐＨ,Ｅｈ、分泌物及微生物等营养特征极大地影响土壤中养分的利用率,也制约着外源污染物从土壤经根际进入植物体内的迁移过程,并进而影响到农产品品质。此外,与土传植物病害的发生和控制,植物对土壤营养逆境的适应性和对矿质营养基因型的差异,植物生化互作效应及土壤中温室效应气体的排放等重大生态和环境问题有关。因此,采取合理的措施调控根际营养环境,对促进农业的持续发展是十分重要的。     

基于菌植互作的植物根际细菌钝化镉作用和机制研究进展

土壤重金属镉(Cd)污染严重危害农产品安全生产,植物根际细菌在钝化土壤Cd和帮助作物抵御Cd胁迫方面发挥重要作用。本文首先概括在修复Cd污染土壤中得到广泛应用的植物根际细菌种类,并从根际细菌直接吸附Cd、调整土壤理化特性、调控土壤微生物群落和其他作用4方面阐述了植物根际细菌对Cd的钝化作用,其次从菌植互作角度阐述植物根系分泌物与根际细菌群落相互影响对土壤Cd的钝化作用。最后展望重金属胁迫下植物根际钝化Cd核心菌群的构建,以在新兴学科与技术的快速发展中探明植物根系-微生物互作体系的分子机制,深入开展植物根际细菌钝化修复重金属污染土壤的理论研究和实践。     

根系分泌物介导下植物-土壤-微生物互作关系研究进展与展望

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

Advances and perspective in research on plant-soil-microbe interactions mediated by root exudates

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

格氏栲天然林与人工林根际土壤微生物及其生化特性的研究

通过对格氏栲天然林（约１２０年生）和人工林（２８年生）根际土壤和全土微生物、生化活性、土壤养分的研究,结果表明：格氏栲天然林根际和全土土壤养分、土壤微生物区系、生理类群数量、土壤酶活性和生化作用强度均比相应人工林的大,格氏栲天然林根际土壤速效性养分相对富集,而人工林的则存在亏缺现象。格氏栲人工林的根际效应（Ｒ／Ｓ值）比天然林的明显。     

“根际微生物”专刊征稿函

自1904年德国科学家Lorenz Hiltner提出根际概念以来,其研究内容不断得以丰富和发展。根际是植物吸收的关键门户,是实现农业绿色发展的关键调控区域。根际微生物对植物的生长和健康发挥重要作用,被看作是植物的第二基因组,类似于肠道微生物对人体的功能。根际微生物中的益生菌具有活化根区养分、促进植物生长、增强植物抗逆、抑制土传病害等功能,是微生物肥料和微生物农药的主要菌种来源。随着国内外微生物组研究的开展,根际微生物组的整体功能更受关注,充分挖掘根际微生物组的功能促进作物增产是农业微生物的主要研究前沿之一。     

黄土高原典型植物根际对土壤微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响

选择黄土高原7种典型植物的根际与非根际土壤为研究对象,对土壤的养分含量、微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响进行了初步研究。结果表明,7种不同植物根际土壤与非根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均存在显著差异;除冷蒿的土壤微生物生物量磷以外,其他各种植物的根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均比非根际土壤的高;土壤有机碳、全氮与土壤微生物生物量碳、氮及基础呼吸之间均具有极显著或显著相关关系,表明了土壤微生物生物量碳、氮可以作为判断土壤肥力状况的生物学指标,同时也可为提高土壤肥力水平和土壤培肥效果提供依据。     

植物根际微生物群落构建的研究进展

植物根际是指植物根系与土壤的交界面,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域,其物理、化学和生物性质不同于土体土壤。在这个区域里,与植物发生相互作用的大量微生物,被称为根际微生物。根际微生物在植物的生长发育和植物病虫害的生物防治等方面都具有十分重要的意义。本文总结了根际微生物群落构建的研究现状,介绍了根际微生物的经典和最新的研究方法,包括根箱法、同位素技术以及高通量测序、菌群定量分析、高通量分离培养等方法在根际微生物研究中的应用,讨论了植物根系分泌物(碳水化物、氨基酸、黄酮类、酚类、激素及其信号物质)和土壤物理化学性质对根际微生物群落的影响,概述了根际微生物-植物的互作机制,以及根际微生物群落对植物的促生作用、提高植物抗逆性和抑制作用,并对根际微生物群落研究中存在的问题和未来发展方向进行了展望。     

森林根系分泌物生态学研究:问题与展望

植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域,而根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质,是构成根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素,是根际概念与根际过程存在的重要前提和基础。然而,由于传统的根际过程研究更强调以实际生产问题为导向,加之农作物生长周期较短、操作便利等诸多因素,以往对植物根系分泌物研究主要聚焦在农业生态系统,而有关根系分泌物在森林生态系统中的重要作用与调控机理研究甚少,认识相对零散和片段化。基于此,该文结合作者实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态,综述了森林根系分泌物的生态重要性,重点论述了目前森林根系分泌物生态学研究中存在的主要问题与不足,在此基础上展望了未来森林根系分泌物生态学研究中值得关注的重点方向和研究内容。     

Root exudates and their ecological consequences in forest ecosystems: Problems and perspective

植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域, 而根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质, 是构成根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素, 是根际概念与根际过程存在的重要前提和基础。然而, 由于传统的根际过程研究更强调以实际生产问题为导向, 加之农作物生长周期较短、操作便利等诸多因素, 以往对植物根系分泌物研究主要聚焦在农业生态系统, 而有关根系分泌物在森林生态系统中的重要作用与调控机理研究甚少, 认识相对零散和片段化。基于此, 该文结合作者实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 综述了森林根系分泌物的生态重要性, 重点论述了目前森林根系分泌物生态学研究中存在的主要问题与不足, 在此基础上展望了未来森林根系分泌物生态学研究中值得关注的重点方向和研究内容。     

麦棉套作棉花根际非根际土壤微生物和土壤养分

在麦棉套作栽培模式下,设置不隔根、纱网隔根和塑膜隔根3种麦棉套种方式,研究麦棉套作对棉花根际和非根际土壤微生物数量、活性和土壤养分（全氮、有效磷和速效钾）含量的影响,结果表明：麦棉套作有利于棉花根际与非根际土壤细菌的增殖,盛蕾期不隔根处理棉花根际土壤与非根际土壤细菌数量分别是塑膜隔根处理的2.57和2.81倍.但麦棉套作不利于土壤真菌和放线菌的增殖.细菌在土壤微生物区系中占99.9%.所以,麦棉套作显著提高了棉花土壤微生物数量,同时也增强了微生物活性.麦棉共处期纱网隔根处理棉花土壤全氮、有效磷、速效钾含量显著高于不隔根处理和塑膜隔根处理,证明麦棉套作系统中小麦根系分泌物与脱落物的存在对棉花土壤养分含量的增加有明显的促进作用,即存在种间营养补偿效应.而共处期不隔根处理套作棉土壤养分含量总体上显著低于隔根处理的现象则反映出小麦根系对棉花土壤养分的竞争作用大于其对棉花土壤养分的促进作用.小麦收获后,小麦根系对棉花养分的竞争作用解除,不隔根处理棉花土壤养分含量显著高于塑膜隔根和纱网隔根处理.     

根际沉积及其在植物-土壤碳循环中的作用

植物根际沉积是一种重要的植物与土壤交换的界面过程,在土壤碳周转方面具有重要的作用;根际碳的沉积也是联系植物、土壤及微生物的桥梁.本文就近年来关于根际沉积中碳平衡、碳循环等相关研究,阐述了根际碳沉积的机制,探讨了相关试验中存在的问题,以及不同植物品种、种类和生育期根际沉积的差异和根际沉积物与土壤呼吸的关系,指出了根际沉积在植物 土壤体系中碳循环的重要作用.在此基础上,提出了未来的研究领域及方向.     

割草和放牧对大针茅根际与非根际土壤养分和微生物数量的影响

选取内蒙古典型草原大针茅为主要研究对象,研究割草和放牧干扰对其根际与非根际土壤有机碳、全氮、有效氮、全磷、有效磷含量以及微生物数量的影响.结果表明：在割草和放牧干扰下,根际土壤有机碳、全氮、有效氮含量均有不同程度的减少,根际截存效应减弱;土壤全磷由于固定性强不易向植物根部聚集,土壤全磷的根际效应不明显;土壤有效磷异质性较大,在放牧和割草干扰下有不同程度的变化,但根际和非根际间差异不显著;放牧干扰显著减少了土壤微生物的数量;土壤养分的变化与土壤微生物数量的变化关系密切,细菌和真菌的数量变化可能对土壤养分的影响更大;相对于割草,放牧干扰更易造成根际土壤养分的流失及微生物数量的减少.     

植物根系对根际微环境扰动机制研究进展

根际微环境是构建植物与土壤交流沟通的桥梁,也是植物遭受胁迫时优先作出响应的区域。植物根系作为根际的主要调控者,根构型和根系分泌物种类、数量的改变均可对根际微生物和土壤动物种群分布及其结构造成影响。然而,土壤动物的扰动、微生物的分解作用也可改善根际土壤特性,提高植物抗逆性及养分利用效率,从而促进植物根系生长。可见,植物根系-根际动物-根际微生物之间存在复杂的互作关系。本文从根际内、外微环境出发,分析了根际外植物根系对微环境的物理和化学扰动、根际内植物根系与微生物的互作扰动、根际内植物根系和土壤动物的物理扰动、以植物根系分泌物为介质的化学扰动等方面研究进展,在此基础上,论述了根际微环境主要影响因子之间的互作机制,并对该领域的研究方向进行了展望。     

不同植物根际土壤碳氮水解酶活性热点区的空间分布特征

为研究喀斯特退耕地不同植物根际土壤碳氮水解酶活性的空间分布特征,采用喀斯特区域农田表层土壤,选择当地粮食作物玉米、牧草苜蓿及弃耕后常见草本植物莎草,进行室内根盒培养试验。利用根际土壤原位酶谱分析技术,研究不同植物根际与非根际土壤β-葡萄糖苷酶(βG)和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性的分布模式。结果发现:1)3种植物在根尖和根伸长区都存在酶活性热点区,最大根际酶活性热点区范围为苜蓿莎草玉米;2)玉米βG和NAG根际酶活性热点范围在根尖与根伸长区范围相近约为1.13 mm,苜蓿根际βG热点区范围是根伸长区(1.98 mm)根尖(1.19 mm),而NAG热点区范围是根尖(0.91 mm)根伸长区(0.59 mm),莎草根际βG和NAG活性热点区范围均是根尖(1.38—1.86 mm)根伸长区(0.93—1.16 mm);3)豆科植物苜蓿的根系和根际微生物偏好碳需求,这可能与豆科植物的固氮功能有关,缓解氮养分需求;而莎草根系和根际微生物偏好氮养分,这与喀斯特土壤氮养分限制有关。总体上,苜蓿根际酶活性热点范围最广,根系和根际微生物偏好碳需求,而且其特有的固氮功能可缓解氮养分需求,对于喀斯特生态恢复效果更好。本研究的土壤原位酶谱法可为在根际酶活性热点区范围进行微生物养分获取机制提供定量依据。     

荒漠草原不同植物根际与非根际土壤养分及微生物量分布特征

通过对宁夏荒漠草原6种地带性优势物种长芒草、蒙古冰草、甘草、牛心朴子、黑沙蒿和苦豆子植物根际与非根际土壤养分和微生物量分布特征进行研究,探讨不同植物根际养分的富集的相关性和差异性。研究结果表明:6种植物根际土壤养分和微生物量均表现出明显的富集效应,根际富集率大小依次为菊科(黑沙蒿)豆科(苦豆子、甘草)禾本科(长芒草、蒙古冰草)萝藦科(牛心朴子);全磷(TP)在根际和非根际中无显著差异(P0.05),其它土壤养分及理化指标在根际中均表现出显著富集(P0.05),土壤养分中以有机碳(SOC)的富集作用最为明显;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;不同荒漠植物根际与非根际SOC与全氮(TN)呈极显著线性关系(P0.01),TN与碱解氮之间呈极显著线性关系(P0.01),TP与有效磷(AP)没有显著的相关性(P0.05)。荒漠植物土壤有效养分在根际存在一定的富集,灌木和豆科植物的根际效应的大于禾本科植物,它们通过降低根际pH值可以提高根际养分,有利于在脆弱环境下对土壤养分的有效利用。