植物根系分泌物在污染及沙化土壤修复中的应用现状与前景

近年来重金属污染等生态环境问题日益受到重视,而物理、化学修复方法存在的诸如成本高、二次污染等问题,使得利用植物、微生物等进行联合治理成为环境修复的重要手段。植物根系分泌物作为植物与土壤进行营养和信息交流的重要媒介,不但对植物的生长具有重要作用,其在污染及沙化土壤修复中作用的研究也得以广泛开展。本文对根系分泌物的组成、分泌机制进行了阐述,并对其在植物吸收重金属、化感作用、植物根系与根际微生物互作、改变土壤理化性质等过程中的作用及机理进行了总结。此外,本文还对利用根系分泌物和根际微生物在生态环境治理中的应用现状、面临的难题及未来的发展等进行了讨论。希望本文可为基于植物与微生物进行的环境修复技术的实际应用提供理论支撑。     

不同磷水平下玉米-大豆间作系统根系形态变化

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P₂O₅·kg^-1,分别用P₀、P₅₀、P₁₀₀表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制。结果表明: 不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比。与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6%、22.0%、39.2%、34.3%和28.1%、29.7%、37.3%、62.3%,而平均根直径分别显著降低15.2%和11.7%。不同磷水平下,磷素吸收当量比(LER_P)>1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LER_P不受磷水平调控。间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制。根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10%,磷吸收量提高5%～10%。因此,与中等施磷水平(P₁₀₀)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P₅₀)并未降低玉米的磷吸收量。综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力。     

中国亚热带不同菌根树种的根叶形态学性状特征与生长差异: 以江西新岗山为例

探究植物功能性状的种内和种间变异不仅有助于揭示植物对环境的适应, 也能够反映植物的生态策略, 但不同菌根类型树木生长过程中根叶形态学功能性状的适应策略仍有待探究。本研究依托中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China)选取7种丛枝菌根(AM)树木和7种外生菌根(EM)树木的纯林, 测定各个树种的比叶面积、叶干物质含量、比根长、根系直径、树高生长速率、地径生长速率及细根生物量等根叶形态学功能性状和生长指标, 探讨了两种菌根类型树种间的根叶形态学特征的差异。结果表明: 与AM树种相比, EM树种具有较小的比叶面积、吸收根平均直径和生长速率, 但具有更大的叶干物质含量; 两种菌根树种之间的比根长和细根生物量无显著差异。比叶面积、叶干物质含量、树高生长速率、地径生长速率和细根生物量等功能性状及生长指标在不同菌根类型、树种及二者的交互作用中均存在显著差异; 且树种、根功能型、菌根类型及三者之间的交互作用均对根功能性状有显著影响。EM树种地上指标的种内变异均大于种间变异, 而AM树种地上指标的种内和种间变异程度类似; 但两种菌根树种细根生物量的种间变异均大于种内变异。尽管两种菌根树种地上部分生长速率较快通常表现为较低的叶干物质含量, 但AM树种通常拥有较高的吸收根比根长, 而EM树种拥有较粗的运输根平均直径。吸收根比根长越低, 两类菌根树种的细根生物量就越多。由此可见, 根叶功能性状对植物地上部分的生长具有一定的协同效应, 其中运输根主要在EM树种地上生长过程中发挥重要作用, 吸收根主要与AM树种的地上部分生长有关; 但两类菌根树种的地下细根生物量均与吸收根有关。     

产β-1,3-葡聚糖酶植物内生放线菌的筛选及抑菌活性研究

本研究采用透明圈法, 对217株植物内生放线菌产β-1,3-葡聚糖酶进行了检测, 结果表明: 45.6%的菌株能够产生β-1,3-葡聚糖酶, 黄瓜内生放线菌中的产酶菌株最多为38个; 不同植物来源的内生放线菌中具有产β-1,3-葡聚糖酶能力的菌株比例不同, 其中黄精中的产酶菌株比例最高, 达到88.9%。产酶菌株粗酶液对油菜菌核病菌的抑菌活性测定结果发现, 36个产酶菌株的粗酶液表现出不同程度的抑制作用, 占总产酶菌株的36.4%, 其中菌株gCLA4的粗酶液能够完全抑制病菌菌丝生长。对gCLA4菌株产酶     

黑鲷精子的超低温冻存及DNA损伤的SCGE检测

以0.5 mL的麦细管为冻存管和DMSO为抗冻剂进行超低温冷冻黑鲷精子,对冻精核DNA的损伤情况进行单细胞凝胶电泳（SCGE）检测,其结果表明,以Cortland溶液为稀释液,5%、10%、15%及20%DMSO为抗冻剂的超低温冻存的黑鲷精子活力、受精率与鲜精无显著差异。其中以10%DMSO为抗冻剂的冻存效果最佳,冻精的激活率、运动时间、寿命及受精率分别达（92.91±1.25）%、（39.90±2.70）min、（53.82±2.84）min及（89.35±1.99）%;而以25%及30%DMSO为抗冻剂时,冻精活力及受精率显著下降。SCGE检测结果显示,DMSO浓度为5%、10%、15%及20%时,黑鲷冻精与鲜精的彗星率及损伤系数差异不显著;DMSO浓度为25%及30%时,冻精与鲜精的彗星率及损伤系数差异显著;冻精的彗星率与抗冻剂DMSO浓度成正相关。黑鲷鲜精及冻精核的DNA损伤主要为轻度和中度损伤,重度损伤比例较低,完全损伤仅存在于25%及30%DMSO为抗冻剂的冻精中,且比例低。分析认为,较高浓度的DMSO是引起冻精核DNA损伤的主要原因。     

人参(Panax ginseng)根系分泌物成分对人参致病菌的化感效应

采用室内培养结合生物学测定的试验方法,研究了不同浓度人参(Panax ginseng)根系分泌物成分苯甲酸、邻苯二甲酸二异丁酯、十六酸和2,2-二(4-羟苯基)丙烷对人参立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)、黑斑菌(Alternaria panax)、疫病菌(Phytophthora cactorum)、菌核菌(Sclerotinia schinseng)、锈腐菌(Cylindrocarpon destructans)和绿色木霉菌(Trichoderma viride)菌落生长及孢子萌发的化感效应.结果显示,不同浓度人参根系分泌物成分对人参致病菌及绿色木霉菌的化感效应存在显著差异.苯甲酸浓度与人参立枯丝核菌、菌核菌和锈腐菌菌落生长以及人参黑斑菌、锈腐菌孢子萌发呈负相关,与人参黑斑菌、绿色木霉菌菌落生长呈正相关;对人参疫病菌菌落生长的化感效应表现为低浓度和高浓度抑制,中浓度促进.邻苯二甲酸二异丁酯浓度与人参立枯丝核菌、黑斑菌、菌核菌和绿色木霉菌菌落生长以及人参黑斑菌孢子萌发呈负相关;对人参锈腐菌菌落生长和孢子萌发表现为低浓度和高浓度抑制,中浓度促进;对人参疫病菌菌落生长表现为低浓度和中浓度抑制,高浓度促进.2,2-二(4-羟苯基)丙烷浓度与人参立枯丝核菌、黑斑菌、疫病菌、绿色木霉菌菌落生长以及人参黑斑菌、锈腐菌孢子萌发呈负相关;对人参菌核菌、锈腐菌菌落生长表现中浓度促进,高浓度抑制.十六酸浓度与人参锈腐菌、疫病菌和绿色木霉菌菌落生长呈正相关,与人参锈腐菌孢子萌发呈负相关,对黑斑菌孢子萌发表现为中浓度抑制.4种根系分泌物的等量混合物浓度与人参致病菌及拮抗木霉菌菌落生长速率呈负相关.     

干细胞研究步入充满活力的新时代

“国际干细胞组织伦理学研讨会”和“国际干细胞组织第八届年会”日前在北京举行,27个国家和研究机构的代表出席该会议,就国际人类干细胞领域的政策制定、管理调控、干细胞研究涉及的伦理问题及障碍、干细胞最新研究进展和未来发展趋势等问题进行探讨。     

共生条件下三种荒漠灌木的根系分布特征及其对降水的响应

以全根系挖掘法,对共生于原始盐生荒漠生境中的多枝柽柳[Tamarix ramosissima (Ledeb.)]、梭梭[Haloxylon ammodendron(C. A. Mey.)Bunge]、琵琶柴[Reaumuria soongorica (Pall.) Maxim.]的根系分布特征进行了研究;对降水引发的湿润-干旱周期中植物同化枝水势、蒸腾速率的变化过程进行了跟踪观测,并据此计算3种植物的水分胁迫效应指数和土壤-植物系统导水度,以最终确定3种植物用水策略和其对降水的响应特征.研究结果表明,多枝柽柳的吸收根系分布范围从地下50cm到310cm,单株平均总吸收根表面积为30249.2cm2;梭梭的根系分布范围0～250cm,单株平均总吸收根表面积12847.3 cm2;琵琶柴的根系分布范围0～80cm,单株平均总吸收根表面积361.8 cm2.多枝柽柳为深根植物,主要利用地下水和深层土壤水,在降水引发的湿润-干旱周期中,其植物水分生理参数对降水无响应.琵琶柴为浅根植物,对降水响应极为显著.梭梭的根系分布特征介于多枝柽柳和琵琶柴之间,对地下水和降水都有利用,对降水响应显著.3种荒漠灌木对降水的响应差异显然与其根系分布、水分利用策略密切相关,在未来降水发生变化的情景下,根系分布特征的差异将决定着植物在水分资源竞争中的地位.具有较强根系形态可塑性的物种,如梭梭,将具有明显的竞争优势.     

黑松三种菌根苗根系构型差异及其与生长的关系

为探讨林木不同菌根根系亚宏观结构对植物生长的影响,将黑松(Pinus thunbergii)分别接种黄色须腹菌(Rhizopogen luteous,简称Rl)、彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,简称 Pt2)和美味牛肝菌(Boletus edulis,简称Be)3种外生菌根菌,研究了不同菌根苗根系构型的差异及其与黑松生长的关系.结果表明,黑松3种菌根苗的根系参数(主根长、侧根总级数、一级侧根数量及直径、吸收根分布的范围、吸收根的数量及比表面积等)均比对照有不同程度的增加,且与黑松生长呈一定的正相关性;黑松不同处理菌根苗的根系整体构型差异显著:在生长最好的Rl菌根苗根系中,主根与侧根间具不同夹角的一级侧根分布均衡,且横向生长(80～90°)的侧根较多,其它角度(60～80°和<60°)的一级侧根依次递减,使整个根系呈""型,有效扩大了根系吸收的空间范围;生长相对较差的Be菌根苗其根系不同角度的一级侧根分布不均或80～90°的侧根较少;Pt2菌根苗生长较好,其根系构型界于前二者之间;而生长差的对照苗根最少,几乎没有80～90°的一级侧根.由此可见,不同菌根菌可通过影响根系的结构发育而影响黑松苗木的生长.     

连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体浓度不断上升,有关CO2浓度升高对植物影响的研究已取得一定进展,但CO2浓度升高对植物光合作用的影响需要从生理生化水平上进一步深入的研究.以沈阳城市森林树种银杏(Ginkgo biloba L.)为研究对象,利用开顶式气室研究连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏光合特性的影响.结果表明,在大气CO2浓度为700μmol·mol-1条件下,与对照相比,第1个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率极显著增加(P<0.01),希尔反应活力极显著增大(P<0.01)、Ca2+/Mg2+-ATP酶活性显著(P<0.05)或极显著增强(P<0.01)、光合产物淀粉的含量极显著增多(P<0.01);第2生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力在通气60d时极显著(P<0.01)增大,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性在处理30d时显著降低(P<0.05),淀粉含量增多.与第1个生长季相比,第2个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率降低,希尔反应活力减小,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性减弱,叶绿素含量增多,淀粉含量减少.试验中出现了光合适应现象.