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。     

玉米根际土壤中铜形态的动态变化

采用根垫法研究玉米根际土壤形态动态变化。结果表明：玉米生长过程中根际土壤铜形态发生显著变化。植物生长前期交换态和碳酸盐结合态铜含量逐渐增加,随后增加量减少。植物生长后期根际交换态和碳酸盐结合态铜含量低于非根际土壤。这种变化主要由根际环境变化与植物吸收引起。与根限土壤中铜形态变化,特别是交换态铜含量变化关系密切的因素包括土壤溶解性有机碳、pH和土壤微生物。随着植物生物量的增加,对铜的吸收速率不断增加,导致根限土壤中有效态铜的先增后减。     

根系分泌物生态学研究

在植物生长过程中 ,由根系的不同部位分泌或溢泌一些无机离子及有机化合物 ,这些物质统称为根系分泌物。植物在其生长过程中不断地分泌无机离子及有机化合物 ,这是植物长期适应外界环境而形成的一种适应机制。早在 2 0世纪 5 0年代就有人对植物根系分泌物进行了研究 ,Ｒｏｖｉｒａ等[4 3] 和Ｖａｎｃｕｒａ等[4 7] 对根土界面根系分泌物进行了系统的研究 ,切尔诺布里维卡[2 6 ] 研究了植物根系分泌物的生物学作用 ,揭示了其在间作中的作用 ,直到 70年代对根系分泌物的研究才出现了蓬勃发展的趋势。近年来的研究表明 ,根系分泌物是保持根际微…     

植物根构型特性与磷吸收效率

植物根构型,即根系在生长介质中的空间造型和分布,与磷吸收效率密切相关;认识植物根构型,可为植物磷效率的遗传改良提供依据。长期以来,人们试图定量描述植物根构型,确立一个能客观全面地描述根系三维立体构型的综合指标。试验指出,植物主要通过向地性变化和根冠之间的碳源分配来改变根构型,从而影响磷吸收效率;根系向地性变化可由缺磷等因素所诱导,且存在着一定的遗传变异性。有证据表明,根构型对低磷胁迫的适应性变化是     

丛枝菌根真菌对双子叶植物生长和根系特征的影响:整合分析

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)帮助宿主植物吸收土壤养分和水分,促进植物的生长。研究表明,AMF可影响宿主植物根系的特征,但AMF对宿主植物的生长效应与根系特征的变化效应是否有关,目前仍不清楚。本文采用整合分析(Metaanalysis)的方法,探讨AMF对双子叶植物生长和根系特征的影响以及二者的相关性,并分析AMF的这一影响是否受土壤磷素水平(Olsen-P)的调节。结果表明:AMF显著增加双子叶植物的总生物量、地上部分和地下部分生物量;AMF增加了双子叶植物根长、根面积和根体积,但降低了比根长;AMF对植物的这些影响受土壤磷水平调节,土壤低磷和中磷水平下AMF对植物的生长效应大于土壤高磷水平下的处理,而对根系特征的影响效应在中磷水平下高于低磷和高磷水平的处理。相关性分析结果表明,AMF对双子叶植物生长的影响与对根长、根体积的影响呈显著正相关,在低磷水平下根长对AMF的响应与植物生长的响应(MGR)具有更高的正相关性。本研究结果预示,AMF对宿主植物生长的效应可能通过改变根系特征实现碳的合理分配和从土壤中获得更多的水和养分等资源。     

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。     

玉米和大豆根际土壤性质的动态变化

 采用根垫模拟装置制备根际土壤,并改变根垫与土壤接触时间以研究植物生长不同时期根际土壤性质的动态变化。研究结果表明,植物生长不同时期根际土壤性质变化有明显差异：植物生长前期,根际土壤水溶性有机碳(DOC)含量急剧增加,20 d后逐渐下降;pH值也是先升后降,但最高值出现在40～60 d前后。在研究的100 d内,氧化还原电位(Eh)始终呈下降趋势,而微生物量则持续上升。玉米(Zea mays L.)和大豆(Glycine max Merr.)根际土壤性质变化趋势基本一致,但玉米根际土壤变化幅度显著高于大豆     

Shifts in chemical and microbiological properties belowground of invader Ageratina adenophora along an altitudinal gradient

入侵植物紫茎泽兰根围土壤化学及微生物属性海拔变化格局 热带地区山地生态系统是外来植物入侵的重要区域,是研究外来植物扩散机制的“天然实验室”。本研究试图探明入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)根围土壤化学(pH及土壤养分)和微生物(酶活性和细菌群落)特性沿海拔梯度的变化规律。本研究以哀牢山(1400–2400 m)不同海拔梯度分布的紫茎泽兰为研究对象,采集根围土,测定土壤有机碳及养分含量,以及植物根系碳和氮含量。分析与土壤有机碳、氮及磷循环的酶活性,通过计算土壤酶化学计量参数,探究微生物生长代谢利用碳、氮及磷的规律。借助高通量测序技术对16S rDNA的V4区测序,分析细菌群落结构。研究结果显示,海拔显著影响紫茎泽兰根系氮及及其根围土壤有机碳含量,且这些测量指标在海拔2000 m  出现拐点。处在低海拔,入侵植物快速生长耗竭土壤中相对缺乏的磷,磷素是限制微生物生长的重要养分元素;而在高海拔,微生物需要投入更多的能量降解有机质获取碳,导致微生物生长的碳限制。细菌群落β多样性及pH  是决定不同海拔酶化学计量参数差异的重要因子;变形菌门和酸杆菌门是决定微生物养分利用状况的主要细菌门类。这些结果阐明了不同海拔梯度上紫茎泽兰根围土壤微生物的养分利用规律,有助于认识入侵植物沿海拔扩散机制。     

植物根构型特性与磷吸收效率

植物根构型，即根系在生长介质中的空间造型和分布，与磷吸收效率密切相关；认识植物根构型，可为植物磷效率的遗传改良提供依据。长期以来，人们试图定量描述植物根构型，确立一个能客观全面地描述根系三维立体构型的综合指标。试验指出，植物主要通过向地性变化和根冠之间的碳源分配来改变根构型, 从而影响磷吸收效率；根系向地性变化可由缺磷等因素所诱导，且存在着一定的遗传变异性。有证据表明，根构型对低磷胁迫的适应性变化是受基因调控的一个生理过程，其中乙烯可能是一种重要的生理调节物质。迄今已在一些植物上定位到了部分控制根构型的数量性状座位，为该性状的分子生物学改良提供了基础。随着现代技术的进展，植物根构型研究将取得更大的突破。     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

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［…     

根分泌物与土壤肥力

植物生长在土壤中 ,既要从土壤中摄取营养 ,又要对土壤产生一定的响应。植物根系的生理特性和根 -土界面的营养环境是影响土壤养分有效性和植物生长的主要因素之一。根分泌物就是植物根对土壤肥力的一种响应。它是根对土壤因素的生化适应的产物。1　根分泌物的种类根分泌物是植物根系释放到周围环境中的各种物质 ,它是生物间相生相克关系不可缺少的成分。根分泌物的产生是通过代谢途径和非代谢途径。代谢途径包括初生代谢和次生代谢。根分泌物的种类繁多 ,数量各异 ,不仅有糖、有机酸和氨基酸等初生代谢物 ,还有酚类等次生代谢物 ,更有一些…     

干旱胁迫下氮素营养与根信号在气孔运动调控中的协同作用

干旱胁迫下根系与地上部分之间的信息传递可使植物叶片及时感知土壤水势变化, 从而使植物在没有真正受到干旱伤害时即可做出主动、快速的抗旱应答反应, 而在这一过程中, 脱落酸(abscisic acid, ABA)和pH起着关键的作用。本研究表明, 干旱胁迫下鸭趾草(Commelina communis L.)、番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)和向日葵(Helianthus annuus L.)木质部汁液中pH的变化很不相同, 且该pH变化和木质部汁液中硝态氮离子浓度的变化没有直接的关系; 然而, 饲喂实验表明, 无论对于何种植物, 蒸腾流中硝态氮离子浓度的增加都可有效地增加气孔对ABA的敏感度; 分根实验进一步表明, 土壤中硝态氮营养的增加可明显提高气孔对根信号的敏感度。以上结果说明, 氮素营养可以和根信号相互作用共同操纵气孔运动。     

干旱胁迫下氮素营养与根信号在气孔运动调控中的协同作用

干旱胁迫下根系与地上部分之间的信息传递可使植物叶片及时感知土壤水势变化,从而使植物在没有真正受到干旱伤害时即可做出主动、快速的抗旱应答反应,而在这一过程中,脱落酸（abscisic acid,ABA）和pH起着关键的作用。本研究表明。干旱胁迫下鸭趾草（Commelina communis L．）、番茄（Lycopersicon esculentum Mill．）和向日葵（Helianthus annuus L．）木质部汁液中pH的变化很不相同,且该pH变化和木质部汁液中硝态氮离子浓度的变化没有直接的关系;然而,饲喂实验表明,无论对于何种植物,蒸腾流中硝态氮离子浓度的增加都可有效地增加气孔对ABA的敏感度;分根实验进一步表明,土壤中硝态氮营养的增加可明显提高气孔对根信号的敏感度。以上结果说明,氮素营养可以和根信号相互作用共同操纵气孔运动。     

表施和混施污泥对团花根系生长的影响

林地利用被认为是污泥资源化利用的重要方式,但施用污泥对林木根系生长的影响报道较少。本研究通过根箱试验,分析表施和混施10%污泥对速生树种团花不同土层根系形态、土壤pH值和电导率动态变化及根系重金属含量的影响,并拟合土壤pH值、电导率和根系重金属含量与根长的关系。结果表明: 与不施污泥(对照)相比,混施污泥显著抑制了团花根长、根表面积和根体积增长,混施污泥120和240 d后,0～20 cm土层总根长分别为不施污泥的76.9%和67.4%;表施污泥对团花根长和根表面积的影响不显著,但显著提高了根体积。混施污泥显著提高了土壤pH值和电导率及根系重金属含量,混施污泥0～20和20～40 cm土层根系镉含量分别是不施污泥的11.5和10.0倍。线性回归拟合分析显示,不同处理0～20 cm土层的电导率与根长均呈显著负相关;表施和混施污泥根系镉含量与根长呈极显著负相关。上述结果表明,混施污泥抑制了团花根系生长,这可能是由于混施污泥提高了土壤电导率和根系镉含量所致,而表施污泥对团花根系生长的作用不明显。     

小麦根内异养细菌的分离及其回接研究

植物在生长发育的过程中,常从根部分泌出各种物质。如有机酸、糖类、氨基酸以及核酸和酶类等,成为供给根际微生物群生长的良好能源。寄主植物的基因型可控制根际微生物群落的种类和数量。因而,植物的根系对根际微生物有较强的选择性。同时,根际微生物所产生的植物生长刺激素或类似物质对植物生长发育亦有促进作用。故在植物根系和土壤微生物之间,有着极为密切的关系。多年来,国内外许多研究者对两者的相关性研究颇为重     

根系分泌物及其在植物修复中的作用

 近年来环境污染日益严重,污染物在土壤植物中的行为引起了人们的高度关注。利用植物去除土壤水体等介质中污染物的植物修复是近10年来兴起的一项安全、廉价的技术,已成为污染生态学和环境生态学的研究热点,它通过植物吸收、根滤、稳定、挥发等方式清除环境中的重金属和有机污染物。国内外有关植物修复的研究报道和概述很多, 但对植物根系分泌物在植物修复中所起的作用及其机理少有述评。 本文从根系分泌物对土壤重金属和土壤有机污染物的去除作用出发,对根系分泌物的种类、数量及其在去除环境污染物中的作用机理和功能地位进行了总结,并借助研究事例对影响植物根系分泌的内外因子,如植物种类、营养胁迫、重金属胁迫、根际环境的理化性质、土壤微生物及其它环境因子进行了讨论。概言之,根系分泌物在修复污染土壤中的重金属途径是多种多样的,主要是通过调节根际pH值、与重金属形成螯合物、络合反应、沉淀、提高土壤微生物数量和活性来改变重金属在根际中的存在形态以及提高重金属的生物有效性,从而减轻它对环境的危害。在清除有机污染物时,根系分泌物中的酶可以对有机污染物进行直接降解,根系分泌物影响下的微生物也可以对有机污染物进行间接降解,且被认为是主要的降解途径。根系分泌物在植物修复过程中确实起着某些重要作用,今后应将这方面的研究重点放在某些特异性根系分泌物植物,尤其是某些重金属超富集植物资源的寻找、筛选上,通过室内实验和野外研究确定其根系分泌物对清除重金属和有机污染物的效率,证实超富集植物根系分泌物的特异性与污染物超富集的内在联系,找到污染土壤生态恢复和治理的有效方法并加以推广应用,如针对性地在被污染地大面积种植此类具特异性根分泌物植物,并辅以营林措施如修剪等,加快生物修复进程,提高修复效率。植物根系分泌物在植物修复过程中所具有的重要生态意义和可能应用前景,为污染生态学和化学生态学之间的联合研究开拓了全新的领域,今后将取得新的突破和重要进展。     

海岸草本植物细根、叶片功能性状及其与土壤因子的关系

植物根、叶是对环境敏感性最高的器官,探究根叶功能性状之间的相互关系以及对环境因子的响应,有助于揭示植物对资源的利用状况及其对环境的适生策略。为探讨沿海植物的适应策略,该文以平潭岛砂质海岸草本植物为研究对象,由海及陆设置了3个距离梯度,选取6个叶功能性状和5个细根功能性状指标,分析海岸植物叶片与细根功能性状及其对土壤因子的响应。结果表明:(1)根、叶功能性状变异系数幅度在潮间带最小,在距高海潮线30～60 m的梯度上最大。单叶面积、叶磷含量、根平均直径、根组织密度、根磷含量随着由海到陆的距离增加呈上升趋势; 叶干物质含量、叶组织密度、比根长、比根面积呈下降趋势。(2)植物通过性状组合,在生长与防御间进行资源分配的权衡,表现在叶性状间、根性状间以及根-叶性状间具不同程度的相关性。其中,在地上-地下对应性状中,叶厚与根平均直径、叶磷含量与根磷含量呈极显著正相关; 而比叶面积与比根面积、比根长,叶组织密度与根组织密度均未表现出显著的相关性。(3)土壤因子对海岸植物功能性状变化的解释度为52.05%,其中土壤含盐量的影响最大,其次是土壤含水量、电导率、pH值。总体而言,在恶劣的海岸环境下,由海向陆土壤含盐量、电导率、含水量及pH值逐渐下降,整体为低磷高盐碱,植物表现为不同的生存策略:距海近的植物采取“叶片资源保守型、根系资源获取型”策略; 距海远的植物则采取“叶片资源获取型、根系资源保守型”。该研究结果为了解海岸草本植物对环境梯度变化的响应机制和适应性提供了一定参考价值,同时也利于通过分析土壤等环境特性按梯度筛选栽种适宜的物种,促进海岸植物的恢复和保护。     

暴露在空气中的根

只要提起植物根,人们便自然会想到那些生长在地下的根,它们常深深地扎入土壤中,同时又向四周延伸,在地下形成了一个纵横交错的庞大根系。这样的根系不仅能把植株的地上部分牢牢地固定位,而且还担负着从土壤中吸收水分和无机盐,在根中贮藏和合成有机物质等重要使命,甚至还有些植物的报能起到繁殖个体的作用。然而在自然界中,一些植物长期适应某些特殊环境,它们的根在形态、构造和功能上都发生了很大变化,其中有许多生长在空气中的根,就是变态根中的一种。例如在热带地区牛长的榕树．从它们的村干上常常长出一条条圆柱状的不定根,…