植物高效利用磷机制的研究进展

缺磷是限制目前农林业产量的一个重要因子,传统的农林业生产主要通过施肥和土壤改良来满足植物对磷的需求,近年来人们开始发掘磷高效利用植物来替代传统方法提高磷的利用效率。本文综述了国内外有关植物高效利用磷的形态学、生理学及遗传学作用机制,植物高效利用磷的机制主要包括：(1)磷高效利用植物能通过根系形态变化(包括根伸长、根轴变细、根毛数量和密度增大、侧根幼根数量增加及形成排根等)和根冠问的物质分配改变等形态学机制来适应磷胁迫;(2)在缺磷环境下磷高效利用植物能通过根系分泌物增加、菌根侵染、根系吸收动力学特征变化及植物磷素内循环加强等生理学机制来适应磷胁迫;(3)在磷亏缺的长期选择压力下,植物可通过某些“沉默”基因的诱导表达或DNA序列的特定形成相对稳定的磷营养遗传性状,由此通过遗传学机制来增加对土壤难溶态性磷的利用,使植物表现出较高的磷素利用效率。     

土壤中非生物逆境胁迫与根系有机酸分泌

由于土壤特性及所处的生态条件等原因 ,植物常会遭受各种逆境胁迫。逆境胁迫包括病、虫等生物因素和物理、化学等非生物因素。植物非生物逆境多与土壤化学因素如 p H、盐分和养分的有效性有关 ,许多植物营养问题都起源于土壤矿质元素胁迫。逆境胁迫下 ,植物通过生理上的一系列改变 ,增加根系分泌物的释放 ,从而直接或间接影响土壤养分的有效性 [1 ] 。根系分泌物是一古老而年轻的研究领域。早在 1 8世纪 ,人们就已注意到根系分泌物的作用。自 1 90 4年 Hiltner提出根际的概念后 ,植物根系分泌物受到了许多研究者的重视。尤其是近 3 0年以来…     

缺磷或缺铁引起白羽扇豆锰中毒的机理

白羽扇豆在缺磷或缺铁条件下均有排根形成,并且根系还原力显著增加。缺磷、缺铁根系还原力在高峰期分别高于对照。缺磷与缺铁根系还原力高峰不仅出现的时期不同,而且还原力增加部位也不一样。缺磷处理的排根区具有很高的还原力,缺铁处理还原力较高的部位是在主根和侧根的根尖以及排根区。由于Ｍｎ４＋比Ｆｅ３＋更易被还原,致使根系还原力提高促使根际大量锰被还原,这是缺磷和缺铁造成白羽扇豆锰中毒的主要原因之一。     

缺磷或缺铁引起白羽扇豆锰中毒的机理

白羽扇豆在缺磷或缺铁条件下均有排根形式,并且根系还原力显著增加。缺磷、缺铁根系还原力在高峰期分别高于对照。缺磷与缺铁根系还原力高峰不仅出现的时期不同,而且还原力增加部位也不一样。缺磷处理的排根区具有很高的还原力,缺铁处理还原力较高的部位是在主根和侧根的根尖以及排根区。由于Ｍｎ＾４＋比Ｆｅ＾３＋更易被还原,致使根系还原力提高促使根际大量锰被还原,这是缺磷和缺铁造成白羽扇豆锰中毒的主要原因之一。     

植物与低磷环境研究进展——诱导、适应与对策

自从20世纪70年代人们发现适应低磷土壤的作物根际磷的有效性明显增加的现象之后。植物与低磷环境的研究便引起了人们的重视。植物如何适应低磷环境和如何有效利用土壤磷素资源的问题已成为国内外当前的研究热点之一。研究表明,低磷条件下,植物根系形态结构会发生适应性变化,根冠间的物质分配会向根部倾斜使根冠比增加;植物根际酸度变化、有机酸分泌和磷酸酶释放有利于活化和利用土壤中的磷素资源;不同种类或品种的植物具有不同的磷营养效率基因型,具有不同亲和力的磷转运体,也具有不同的磷活化机制。人类对植物适应低磷机制的研究还将继续,揭示植物对低磷环境的响应对策和发掘植物有效利用磷素资源的潜力,在经济上和环保上均有非常现实的意义。     

玉米、小麦与花生间作改善花生铁营养机制的探讨

采用土培盆栽方法模拟研究了玉米／花生、小麦／花生间作对花生铁营养状况的影响及其作用机制。结果表明,禾本科作物与花生间作对花生的铁营养状况有显著影响：当花生与玉米或小麦分别间作时,花生新叶叶色正常,而花生单作则表现出严重的缺铁黄化现象,间作花生新叶活性铁、叶绿素含量明显高于单作,两种间作花生各部位铁含量和吸收量明显高于单作,间作明显地促进了铁向花生地上部的转移;在单作花生表现缺铁症状１４ｄ的时间范围内,其根系质外体铁含量仅是间作花生的５２％～８０％;而根系还原力则是单作花生在表现缺铁症状后迅速提高,至缺铁第６ｄ时还原力达到最大值,随后花生根系还原力迅速下降,而间作花生在０～１４ｄ内还原力增加速度缓慢,在１０～１４ｄ中其根系还原力明显地高于单作花生根系还原力。其主要原因可能是禾本科作物玉米、小麦根系分泌物（如：麦根酸类植物铁载体）螯合土壤中难溶性铁并被花生吸收利用。     

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。     

植物根系分泌物生态效应及其影响因素研究综述

植物根系分泌物的形成是植物体代谢过程中重要的生理现象,为“植物-土壤”体系物质周转的重要环节.研究植物根系分泌物对于了解陆地生态系统质能过程、碳氮收支平衡及提高生态系统的初级生产具有重要意义.本文从植物根系分泌物对植物生理性状、土壤微生物、土壤物质周转及有机污染物降解影响等4个方面对植物根系分泌物的生态效应进行综述,并从重金属含量、营养元素水平、土壤水分和光热条件、物种基因型、土壤微生物状况和外源有机污染物添加的角度综述了影响植物根系分泌物的因素,旨在对植物根系分泌物的生态效应和影响因素进行总结,并根据目前的研究现状,从研究对象、研究方法和效应评估方面进行了展望.     

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．     

连作障碍与根际微生态研究Ⅱ.根系分泌物与酚酸物质

阐述了作物主要根系分泌物与作物种类、生长期以及与所处环境的关系。并从植物的残体分解、作物根系的分泌等方面论述了土壤中酚酸物质的来源、存在形态、吸附机理及其对作物生长发育与土壤生物活性的影响与机制。     

甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其根系对低磷胁迫的响应

为明确甘蔗适应低磷胁迫的生理生化机制,挖掘甘蔗对磷素的利用潜力,揭示甘蔗对低磷胁迫适应的可能机制,该研究以ROC22和ROC10两个甘蔗品种为材料,采用水培和土培的方法研究了甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其在低磷胁迫下根构型和根系的生理反应。结果表明:(1)培养在以难溶性磷(Ca-P和Al-P)为磷源的培养液中的甘蔗的叶片数、地上部干重、生物量较缺磷(-P)处理显著增加,与对照(+P)的相当,甘蔗总磷积累量也显著提高,达到对照(+P)处理磷积累量的30%～77%。(2)在低磷条件下,甘蔗幼苗的根系有向土壤深层分布的趋势,根的总体积增大、最长根长变长、浅根系分布增多。(3)甘蔗幼苗在低磷环境下,根际环境明显酸化,且根系分泌物能溶解难溶性的铝磷,植株体内酸性磷酸酶的活性也明显增强。以上表明甘蔗幼苗有较强的吸收利用难溶性磷的能力,而低磷条件下根系数量增加、主根的向地性、浅根系分布增多、根际酸化以及植株体内酸性磷酸酶活性的增强可能是甘蔗幼苗适应缺磷环境的重要机制。     

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。     

根分泌的有机酸对土壤磷和微量元素的活化作用

在养分胁迫下,尤其是缺磷条件下,许多植物可通过增加有机酸的分泌,作为其适应机制．讨论了营养胁迫条件下不同生态型植物根系分泌有机酸的种类,分析了不同生态型植物分泌的有机酸种类和数量之间的差异．结果表明,在缺磷条件下植物根系所分泌有机酸的种类和数量与它们所处的土壤环境关系密切．在营养胁迫条件下植物根系分泌的有机酸具有活化土壤磷、微量元素和缓解Ａｌ毒的功能;对有机酸活化土壤养分,解Ａｌ毒可能的作用机制进行了论述     

部分根系供磷对黄瓜根系和幼苗生长及根系酸性磷酸酶活性影响

通过分根处理研究了部分根系供磷结黄瓜幼苗生长、植株体内的含磷量及根系酸性磷酸酶活性的影响。结果表明,２０％根系缺磷（１条根所磷,４条根系地上部的生物量分别是正常生长植株的１．３９倍和１．２１倍。２０％根系缺磷,唯心论促进其它供磷系对磷的吸收。分根处理后,２０％根系缺磷不影响植物对磷营养的需要,但却表现出了Ｒ／Ｓ比增大的典型缺磷反应,说明植物感应缺磷根系起飞丰比地上部更为重要的作用。分根处理后不供磷     

桉树幼苗对难溶性磷的吸收及其根系对低磷胁迫的响应

以‘广林9号’桉树幼苗为试验材料,采用水培和土培试验方法研究了桉树幼苗对难溶性磷酸盐的吸收及其在低磷胁迫下的根构型和根系的生理反应,以揭示桉树高效吸收磷素的机制。结果显示:(1)桉树幼苗在含磷酸铝的缺磷培养液中吸收的磷达4.24mg/株,与供应水溶性磷和磷酸钙处理的相当。(2)土壤缺磷或仅在上土层(0~20cm)施磷肥处理均有利于桉树幼苗浅层根的分布,使根表面积及根数在上土层与下层(20~40cm)比值明显增高。(3)桉树幼苗根尖的H+-ATPase活性在缺磷处理15d后显著提高,其根尖周围的溴甲酚紫指示剂变黄,根基环境明显酸化;根尖分泌的酸性磷酸酶活性在低磷胁迫也显著提升,且随着处理时间(10、15、20d)的延长而进一步提高;铝和低磷胁迫能明显诱导桉树根系分泌草酸,其分泌量显著高于对照和缺磷处理。研究结果表明,桉树幼苗具有较强的难溶性磷吸收能力,而在缺磷及磷铝胁迫下根系的浅层化、根尖酸化及根分泌的酸性磷酸酶及草酸量增加可能是桉树幼苗适应酸性土壤铝毒和缺磷环境的重要机制。     

云南地方稻核心种质耐低磷特性研究

1引言磷是作物的必需性营养元素,人类将面临农业可持续发展与磷素资源严重短缺的矛盾[17].土壤普查结果表明,全国有59%以上的土壤缺磷[1].为了提高作物产量,生产中通过施用磷肥来解决土壤缺磷的问题.由于磷肥利用率低,不仅增加生产成本,还带来资源短缺、环境污染及食品安全等诸多问题[21,26].发掘水稻利用磷的内在潜力,培育磷高效利用新品种,可减少磷的施用量.近年来,野生或地方稻绿色基因发掘及改良进展显著,如资源高效利用[22~24]、高产基因[3,20,27]和抗性基因[2,13]等,利用植物基因型间磷元素利用效率的差异,筛选和培育磷高效基因型作物…     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

植物根系分泌物的研究方法

根系分泌物是植物根系释放到根际环境中的有机物质的总称,对土壤结构形成、土壤养分转化、植物养分吸收、土壤微生物分布、环境胁迫缓解等方面都具有重要作用。但是,由于土壤中微生物对根系分泌物的降解以及根系分泌物本身含量低、成分复杂,根系分泌物的研究方法一直是植物营养学与土壤科学的研究热点和难点。近年来,一些新的实验技术和研究方法被应用到对植物根系分泌物的研究中。本文对目前在根系分泌物研究中应用较多的以及新发展起来的各种收集、分离和鉴定方法进行了综述,希望有助于相关研究者在针对不同的研究对象和目的时选择出可行、合适、高效的根系分泌物研究方法和技术。