不同夏季填闲作物种植对设施菜地土壤无机氮残留和淋洗的影响

通过模拟土柱试验方法,研究了设施蔬菜中4种夏季填闲作物种植对土壤无机氮残留和淋洗的影响,并分析了各填闲作物根系参数与土壤无机氮残留及淋洗的相关性,以期揭示填闲作物减少无机氮淋洗的作用机理,并获得设施蔬菜生产体系适宜种植的填闲作物种类及其筛选指标。结果表明,糯玉米和燕麦的地上生物量、根干重、根长密度显著高于豌豆和苋菜,糯玉米、燕麦和豌豆的氮素吸收量高于苋菜。收获时,各填闲作物的种植比土地休闲可以显著的降低土壤(0-60 cm)的无机氮含量;其中燕麦和苋菜对土壤无机氮降低最多,其次为豌豆,再次为糯玉米。四种填闲作物的种植均显著降低了设施菜地的无机氮淋洗量。与休闲处理相比,糯玉米、燕麦、豌豆和苋菜的种植将体系的氮素淋洗量分别降低了100%、96%、82%和58%。相关分析表明,比根长的增加有利于植株地上部氮素吸收量的积累。各土层填闲作物根系参数与土壤无机氮残留和淋洗相关性分析没有明显规律,表明了氮素淋洗可能受地上部和根系生长协同作用的影响,静态的根系参数测定较难反映根系生长与氮素淋洗的关系。总结认为,设施蔬菜生产体系中糯玉米和燕麦比豌豆和苋菜更适合作为夏季填闲作物。     

水分胁迫下春小麦根系吸水功能效率的研究

对水分胁迫下不同根系大小的春小麦籽粒产量与水分利用效率、相对生长速度和根系功能效率之间的关系进行了研究。实验分为3个水分处理和3个根系大小处理,3个水分处理分别是土壤含水量保持在田间持水量的80％-90％(H),50％-60％(M)和30％-40％(L)。根系大小的处理是(1)大根系处理(B),(2)中根系处理(M)和(3)小根系处理(S)。实验结果表明,在中度和重度干旱条件下小根系处理(MS和LS)的作物具有较高的WEUg,WUEdm、相对生长速度、根系功能效率和籽粒产量;在高水分处理中,上述参数的数值在大根系处理中相对较高。根呼吸耗C量在作物的整个生育期中都占有十分重要的地位,尽管根呼吸耗C比例随作物的生长而呈同步增加的趋势,但实际耗C量却呈逐步下降的趋势,同一时期作物的根呼吸速率与土壤含水量之间存在正相关关系,说明适当降低土壤含水量可以有效地减少根呼吸耗C量,有利于提高作物的存活率。在干旱半干旱地区,春小麦的根功能效率尚未达到最高值,作物产量仍有潜力可挖,通过适时补灌和减少同化物向根系分配的比例和根系对同化产物的消耗量来达到提高春小麦籽粒产量的方法是可行的,但不是长久之计。     

磷铁锌缺乏时植物根系泌H~ 量增加原因的浅见

化学肥料生产使用后,作物产量得到了大幅度的提高,致使人们常常采用施肥等措施改良培肥土壤,以满足作物高产的需要,但这种“石油农业’咖速了能源的消耗和对环境的污染。因此,60年代后,利用作物对贫瘠土壤的适应性,充分发掘土壤和肥料中养分的利用潜力受到了越来越多的重视。对植物缺铁、缺磷等条件下的营养生理特性进行了较多的研究。其中根系分泌物是研究的焦点之一‘’“,在根系分泌物中,根系泌H“量增加引起生长介质或根际土壤酸化又成为人们最关注的问题。已知供应NH。N源以及缺磷、缺铁、缺锌等可使植物根系泌H“量增加［…     

作物连作障碍的成因与机制及其消减策略

在论述作物连作障碍危害的基础上,从植物营养学、土壤学、微生物学角度分析产生作物连作障碍的原因与形成机理,认为作物连作障碍形成是复杂的根际生物学过程,它是由连作作物根系分泌物介导引起根际土壤微生物结构失衡,导致病原微生物增多,土壤酸化和营养封存综合作用的结果。据此,进一步就连作障碍防治措施及修复技术进行归纳总结,为有效克服作物连作障碍提供技术借鉴。     

植物根系响应低磷胁迫的机理研究

磷是植物生长的必需营养元素之一。但大部分土壤中有效磷含量较低,难以满足植物生长的需求。作物磷效率遗传改良是解决土壤磷供应不足的有效途径。根系是植物吸收矿质营养元素的主要器官,其性状决定了植物对土壤磷的吸收利用效率。解析根系对低磷胁迫的响应机制是进行作物磷效率遗传改良的基础。主要介绍了近年来关于植物根系响应低磷胁迫机理的重要研究成果。     

连作障碍与根际微生态研究 Ⅰ. 根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低。许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用。本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素(土壤空气、湿度、养分与微生物)、活性物质(自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素)、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示。     

根系分泌物对紫云英油菜间作的响应

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,也是间作体系中作物-土壤-微生物互作的重要调控者。为进一步揭示间作体系中作物之间的互作机制,本研究通过紫云英单作、油菜单作和紫云英油菜间作,重点分析了紫云英油菜间作下根系分泌物的响应特征。结果表明: 共检测到紫云英和油菜根系分泌物391种,定性93种,包括了9种代谢物类型,其中有机氧化物含量最高,主要是以核糖醇的形式存在。不同种植模式中,紫云英、油菜的根系分泌物含量差异显著,紫云英油菜间作时根系分泌物特征与油菜单作相似,与紫云英单作差异较大。不同种植模式的差异根系分泌物中,仅9-芴酮1与其他差异分泌物间呈负相关关系。不同种植模式的差异根系分泌物主要为苯系物、脂类和类脂分子、有机酸及其衍生物、有机氧化物等,其中苯系物、脂类和类脂分子是表征紫云英、油菜根系分泌物变化的重要类型。可见,紫云英油菜间作改变了作物的根系分泌物特征,其变化特征与苯系物、脂类和类脂分子关系密切。     

连作障碍与根际微生态研究Ⅰ.根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低．许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用．本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素（土壤空气、湿度、养分与微生物）、活性物质（自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素）、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示．     

转Bt基因作物对土壤生态影响的研究进展

将Bt基因加以修饰改造后转入农作物中进行表达,使其成为具有抵抗特异害虫能力的转Bt基因作物。转Bt基因作物的产物Bt蛋白通过作物残体、根系分泌物和花粉3种方式进入土壤。Bt蛋白在土壤中会发生富集作用,其含量在作物的不同发育期有所不同。Bt蛋白会对土壤蛋白酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、脱氢酶等土壤酶活性和土壤细菌、真菌、放线菌等土壤微生物以及土壤线虫、环节动物、昆虫和蜘蛛等土壤动物产生影响。     

土壤水分亏缺条件下根源信号ABA参与作物气孔调控的数值模拟

建立了根系吸水模型和根源ABA参与作物气孔调控过程相耦合的气孔导度模型,该模型在根源信号ABA的产生项中考虑了根系吸水影响函数和根系密度分布函数.利用该耦合模型模拟大田状况下根源ABA参与玉米气孔行为调控过程,结果表明,由于充分考虑了根区土壤水势和土壤中根长密度分布对根系吸水的影响,较好地反映了土壤不同层次根系吸水强度,更为确切地描述了当土壤水分亏缺时,根系合成ABA的量、各层根系蒸腾流中ABA浓度、木质部ABA浓度以及最终ABA参与对气孔行为的调控作用.     

Studies on the attractional effect of root exudates on hyphal growth of an arbuscular mycorrhizal fungus in a soil compartment-membrane system

The effects of tomato and bean rhizospheres on hyphal spreading of the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Glomus mosseae were studied using a soil compartment system in combination with hydrophobic polytetrafluorethylene (PTFE) membranes. Both the nylon screen and the PTFE membrane were freely permeable to hyphae but not to roots. Furthermore, the hydrophobic PTFE membrane seemed to be a barrier to the flux of soil solutions containing root exudates. The results show that water soluble exudates of tomato and bean roots greatly stimulate hyphal growth in the soil compartment system used. Moreover, water soluble root exudates of bean exert a clear attractional effect on AM hyphal growth.     

转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌生长的影响

转基因抗虫棉的抗病性下降已成为制约我国棉花生产的重要因素之一.以转基因抗虫棉及其亲本非转基因棉花对照为材料,研究转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长的影响,并对其根系分泌物中氨基酸及糖类的组成和含量进行了测定.结果表明：与亲本非转基因棉相比,2种转基因抗虫棉对棉花黄萎病菌的抗性下降,转基因抗虫棉的根系分泌物对黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长均具有促进作用.与亲本常规棉中23相比,转基因双价抗虫棉中41根系分泌物中多了甲硫氨酸和赖氨酸,并且天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸的含量显著升高.泗棉三号与单价抗虫棉GK12的根系分泌物中虽然含有相同的氨基酸组分,但GK12的根系分泌物中酪氨酸、缬氨酸、亮氨酸的含量显著下降.中41根系分泌物中检测出4种糖类,而中23中仅检测出葡萄糖.抗虫棉GK12和泗棉三号根系分泌物中都检测出4种糖类,但其含量差异明显.     

不同磷效率小麦品种对缺磷胁迫反应的比较

在营养液培养条件下,以根据相对产量为指标筛选出的6个不同磷效率的小麦(Triticum aestivum L.)品种为材料,对其苗期在缺磷条件下生长、根冠磷含量及其分配,以及叶片韧皮部汁液中磷浓度等进行了比较研究.结果表明,缺磷抑制植株地上部生长,但刺激根系生长,导致植株根/冠比增加.无论在供磷或缺磷条件下,磷高效品种的根冠生长速率都低于磷低效品种.缺磷导致植株体内的磷含量下降与根系相比,地上部磷含量的下降速率更快.但在缺磷条件下,不同磷效率的小麦品种根冠间的磷分配变化没有差异.研究发现,在正常供磷条件下,磷高效小麦品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较低,而磷低效品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较高.但开始缺磷后,磷高效品种的叶片韧皮部汁液中的磷浓度下降较慢,使其相对磷浓度较高.缺磷后1 0天,磷低效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的35.9%,而磷高效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的59%.     

根系分泌物收集技术研究进展

根系分泌物在调控陆地生态系统根际微环境间的物质、能量和信息交流中具有重要作用.构建准确、适用的根系分泌物收集方法,对根系分泌物的种类、含量及其对环境变化的响应等信息的精准获取是理解植物根系-土壤界面生态过程与信息交流的关键环节和前提.目前,传统或新型的根系分泌物收集技术都致力于认知根系分泌物中化合物种类多样性和含量变化,但根系的生长高度依赖周围介质和生长环境,使根系分泌物的收集很难避开对根系本身的损伤、土壤颗粒对根系分泌物的吸附和释放,以及微生物代谢等因素的干扰,导致不同根系分泌物收集方法都存在各自的优缺点.本研究从室内收集和野外原位收集两方面系统综述了当前应用较广的一些传统和新型根系分泌物收集技术,并总结和比较了每种收集方法的优缺点;在此基础上,基于森林根际生态学过程野外原位研究的重要性和代表性,结合当前根系分泌物研究的不足,展望了未来森林根系分泌物野外原位收集技术构建中值得关注的3个重点方向,旨在为相关研究者开展根系分泌物收集与作用研究提供参考.     

不同磷效率小麦品种对缺磷胁迫反应的比较

在营养液培养条件下,以根据相对产量为指标筛选出的6个不同磷效率的小麦(Triticum aestivum L.)品种为材料,对其苗期在缺磷条件下生长、根冠磷含量及其分配,以及叶片韧皮部汁液中磷浓度等进行了比较研究。结果表明,缺磷抑制植株地上部生长,但刺激根系生长,导致植株根／冠比增加。无论在供磷或缺磷条件下,磷高效品种的根冠生长速率都低于磷低效品种。缺磷导致植株体内的磷含量下降与根系相比,地上部磷含量的下降速率更快。但在缺磷条件下,不同磷效率的小麦品种根冠间的磷分配变化没有差异。研究发现,在正常供磷条件下,磷高效小麦品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较低,而磷低效品种的叶片韧皮部汁液中磷浓度较高。但开始缺磷后,磷高效品种的叶片韧皮部汁液中的磷浓度下降较慢,使其相对磷浓度较高。缺磷后10天,磷低效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的35．9％,而磷高效品种叶片韧皮部汁液中的磷浓度为供磷对照的59％。     

驯化对作物微生物组多样性和群落结构的影响及作用途径

植物与共存微生物的相互作用对植物的生长、发育、健康等具有重大影响。人类驯化导致现代作物品种与其野生祖先在生理遗传特性、生长环境等方面存在明显差异, 这必然会影响作物与其微生物组的相互作用。理解驯化对作物微生物组的影响及其作用机理, 是充分应用微生物组进行作物改良或人工育种的重要理论基础。结合课题组前期研究基础, 该文综述了驯化对作物地下和地上部分细菌和真菌(尤其是益生菌和病原菌)群落组成和多样性影响的研究现状; 并结合驯化对作物植株形态、根系构型、根系分泌物等生理特征以及生长环境的影响, 分析了驯化塑造作物微生物组的作用途径, 提出了该领域值得重点关注的研究和发展方向。     

Root Caps and Rhizosphere

In this paper we discuss recent work on the physiological, molecular, and mechanical mechanisms that underlie the capacity of root caps to modulate the properties of the rhizosphere and thereby foster plant growth and development. The root cap initially defines the rhizosphere by its direction of growth, which in turn occurs in response to gradients in soil conditions and gravity. The ability of the root cap to modulate its environment is largely a result of the release of exudates and border cells, and so provides a potential method to engineer the rhizosphere. Factors affecting the release of border cells from the outer surface of the root cap, and function of these cells and their exudates in the rhizosphere, are considered in detail. Release of border cells into the rhizosphere depends on soil matric potential and mechanical impedance, in addition to a host of other environmental conditions. There is good evidence of unidentified feedback signals between border cells and the root cap meristem, and some potential mechanisms are discussed. Root border cells play a significant mechanical role in decreasing frictional resistance to root penetration, and a conceptual model for this function is discussed. Root and border cell exudates influence specific interactions between plant hosts and soil organisms, including pathogenic fungi. The area of exudates and border cell function in soil is an exciting and developing one that awaits the production of appropriate mutant and transgenic lines for further study in the soil environment.     

Root Caps and Rhizosphere

In this paper we discuss recent work on the physiological, molecular, and mechanical mechanisms that underlie the capacity of root caps to modulate the properties of the rhizosphere and thereby foster plant growth and development. The root cap initially defines the rhizosphere by its direction of growth, which in turn occurs in response to gradients in soil conditions and gravity. The ability of the root cap to modulate its environment is largely a result of the release of exudates and border cells, and so provides a potential method to engineer the rhizosphere. Factors affecting the release of border cells from the outer surface of the root cap, and function of these cells and their exudates in the rhizosphere, are considered in detail. Release of border cells into the rhizosphere depends on soil matric potential and mechanical impedance, in addition to a host of other environmental conditions. There is good evidence of unidentified feedback signals between border cells and the root cap meristem, and some potential mechanisms are discussed. Root border cells play a significant mechanical role in decreasing frictional resistance to root penetration, and a conceptual model for this function is discussed. Root and border cell exudates influence specific interactions between plant hosts and soil organisms, including pathogenic fungi. The area of exudates and border cell function in soil is an exciting and developing one that awaits the production of appropriate mutant and transgenic lines for further study in the soil environment.