黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤芘降解和土壤微生物的影响

模拟根际根系分泌物梯度递减效应,研究了黑麦草根系分泌物剂量对污染土壤中芘降解特征和土壤微生物生态特征的影响.结果表明:污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加剂量的增加呈现先下降后上升的非线性变化,达到最低芘残留量的添加剂量是总有机碳(TOC) 32.75 mg·kg-1,说明此浓度下根系分泌物显著促进了芘的降解;土壤微生物生物量碳和微生物熵的变化趋势与污染土壤中芘残留量变化趋势相反,表明土壤微生物与污染土壤 中芘残留量存在密切关系.芘污染土壤中微生物群落以细菌占主导地位,且细菌变化趋势与芘降解变化一致,表明芘以细菌降解为主,根系分泌物主要通过影响细菌数量,进而影响芘的降解.能催化有机物质脱氢反应的土壤微生物胞内酶——脱氢酶活性的变化与土壤微生物变化趋势一致,进一步证明微生物及其生物化学特性变化是污染土壤中芘残留量随根系分泌物添加剂量变化的生态机制.     

玉米幼苗根系分泌物对芘污染的响应

根际袋土培试验研究了玉米幼苗根系分泌物中的可溶性糖、低分子量有机酸和氨基酸对不同芘污染水平(50、200、800mgkg-1,记为T1、T2、T3)的响应差异,探讨芘胁迫下植物根系的生理生态效应。结果表明,较低浓度芘可适当地刺激玉米的生长,高浓度芘处理抑制了玉米的生长,并且抑制作用随芘处理浓度的提高而增强;芘对玉米根系的影响要大于对茎叶的影响。芘胁迫下促进了根系分泌可溶性糖、低分子量有机酸和氨基酸增多。T1、T2和T3处理根系分泌物中可溶性糖、低分子量有机酸、氨基酸含量分别是T0处理的1.14、1.81、1.35倍,1.24、4.31、2.94倍,1.58、5.56、5.40倍。不同芘污染水平下,乙酸分泌量表现为T2T3T1,酒石酸和柠檬酸分泌量表现为T3T2T1,草酸分泌量表现为T3≈T2T1。芘处理对根系分泌氨基酸种类的影响不大,而对各氨基酸分泌量的变化幅度影响较大;芘胁迫处理对于18种常见氨基酸组分的分泌量的影响各不相同。不同芘污染水平下,天门冬氨酸、丝氨酸和丙氨酸分泌量表现为T3T2T1,苏氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、胱氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、γ-氨基丁酸、鸟氨酸分泌量表现为T2T3T1。     

苯并[α]芘对不同修复潜力羊茅属植物的根系分泌物中几种低分子量有机物的影响

根系分泌物是植物与土壤间进行物质交换和信息传递的重要载体, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 也是构成根际微生态特征的关键因素。根系分泌物与有机污染物的植物修复密切相关, 研究胁迫条件下不同修复潜力植物间根系分泌物的释放特征有助于揭示植物修复的内在机制。该文借助根际袋土培试验研究了苯并[α]芘(BaP)胁迫下5种羊茅属(Festuca)植物根系不同生长期(30-70天)几种低分子量有机物的分泌特征。结果表明: 1) BaP浓度在10.25-161.74 mg·kg^-1范围内时, 待试植物能有效地促进土壤中BaP的去除, 其修复潜力依次为苇状羊茅(F. arundinacea) > 草原羊茅(F. chelungkiangnica) ≥ 毛稃羊茅(F. rubra subsp. arctica) ≥ 贫芒羊茅(F. sinomutica) > 细芒羊茅(F. stapfii)。2) BaP胁迫增强了植物根系对可溶性糖的分泌: 随着胁迫强度的增大、胁迫期的延长, 其分泌量变化呈“先升后降”趋势。3) BaP胁迫促进了植物根系低分子量有机酸的释放, 植物的修复潜力越大, 有机酸高峰值出现时的胁迫浓度越高; 组成成分较稳定, 草酸、乙酸、乳酸和苹果酸为主要组分(>97.34%), 在修复潜力较强植物的根系分泌物中检测出微量的反丁烯二酸。4) BaP胁迫对氨基酸种类影响不大, 但对分泌量影响较大。其中, 苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸的分泌量随BaP胁迫强度的增强而剧增; 脯氨酸、羟脯氨酸和天冬氨酸近乎以加和效应甚至协同效应的形式参与植物对BaP胁迫的应激反应: 参与应激组分的分泌量随胁迫强度的增强而剧增, 植物的修复潜力越强, 参与的组分越多。可见BaP胁迫下, 5种羊茅属植物根系分泌物中几种低分子量有机物的释放特征与植物自身的修复潜力有关: 修复潜力越强, 释放量越多且成分也越复杂, 并呈现出较强的环境适应性及生理可塑性。     

4种植物幼苗根茎叶及根系分泌物中低分子量有机酸的特征

该研究建立了植物根茎叶及根系分泌物中有机酸的离子色谱分析测定方法,并测定了4种不同植物幼苗根茎叶及根系分泌物中低分子量有机酸的组成,为揭示逆境胁迫下植物体内有机酸的作用提供依据。结果表明:离子色谱分析法对植物有机酸的加标回收率为91.10%~105.42%,检测限为0.12~0.36mg/L,方法线性关系良好(R2=0.965 3~0.998 8);4种植物根茎叶及根系分泌物中都可以检测出草酸、柠檬酸、苹果酸、丁二酸和酒石酸,其中草酸、柠檬酸和苹果酸为优势酸;有机酸的组成和含量具有物种以及器官的差异性;根系分泌物中的有机酸与根茎叶中有机酸的相关性也因种属差异而不同。这为研究逆境胁迫下植物器官及根系分泌物提供了可靠方法。     

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。     

研究植物根系分泌物的方法

文章对植物根系分泌物的定义、组成、分类、影响因素和分泌部位,根系分泌物的收集、分离及鉴定方法进行了概述,并对此问题的今后研究方向作了展望。     

小麦-蚕豆间作对根系分泌低分子量有机酸的影响

通过盆栽试验收集了不同生育期单作和间作小麦、蚕豆的根系分泌物,用HPLC分析了根系分泌物中低分子量有机酸的含量和种类.结果表明: 小麦-蚕豆间作显著提高了有机酸的分泌量,在小麦分蘖期(57 d)、孕穗期(120 d)和灌浆期(142 d),间作使小麦根系有机酸分泌量分别提高155%、35.6%和92.6%;在蚕豆分枝期(57 d)和籽粒膨大期(142 d),间作使蚕豆根系有机酸分泌量提高87.4%和38.7%.小麦-蚕豆间作改变了根系分泌物中有机酸的种类,与单作小麦相比,在分蘖期,间作小麦根系分泌物中增加了乳酸;在拔节期(98 d),间作小麦根系分泌物中增加了柠檬酸,但未检测到乙酸;在蚕豆分枝期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乙酸,但未检测到乳酸;在蚕豆籽粒膨大期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乳酸.小麦-蚕豆间作提高了小麦根系有机酸的分泌速率,在小麦孕穗期,间作小麦分泌柠檬酸、富马酸的速率是单作小麦的179和184倍;在小麦灌浆期,间作小麦分泌乳酸的速率是单作的2.53倍.总之,小麦-蚕豆间作增加了有机酸的分泌量,改变了根系分泌物中有机酸的种类,提高了小麦根系有机酸的分泌速率.     

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。     

三种湿地植物的生长及根系溶解性有机碳分泌物研究

研究了美人蕉(Canna indica Linn.)、风车草(Cyperus flabelliformis Rottb.)和水鬼蕉(Hymenocallis littoralis (Jack) Salisb.)3种湿地植物在人工气候室水培条件下的根系溶解性有机碳分泌物分泌量及其与生长的关系.结果表明,风车草和美人蕉的植...     

氧化石墨烯对黑麦草根系抗逆生理特性的影响

该研究通过向土壤中添加不同含量(1%、2%、3%、4%和5%)的氧化石墨烯(graphene oxide,GO),分析其对黑麦草根系生长及抗逆生理特性的影响。结果表明：(1)低剂量(1%和2%)的GO对黑麦草根系生长没有显著影响,高剂量(3%～5%)的GO处理显著抑制了黑麦草根系生长。(2)1% GO处理对根体积和根生物量没有影响,随着GO添加量的增加,黑麦草根体积和根生物量逐渐减小,在5% GO处理下,降至最低,根干重较对照降低了22.64%。(3)1% GO处理对黑麦草根保护酶活性与丙二醛(MDA)含量影响不显著,随着GO添加量的增加,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于对照组,且MDA含量也显著增加,说明GO对黑麦草根系生长产生了氧化胁迫。(4)GO处理超过1%时黑麦草根系活力显著下降,并于5% GO处理下根系活力降至最小,较对照下降了35.07%。研究认为,低剂量(1%~2%)的GO对黑麦草的生长没有影响,而高剂量GO则会对根系产生明显的氧化胁迫,从而造成根系损伤。     

Effects of endophyte infection on drought stress tolerance of Lolium perenne accessions from the Mediterranean region

Perennial ryegrass (Lolium perenne) is a cool-season grass species that is often infected by the leaf-inhabiting endophyte Neotyphodium lolii. This particular endophyte is asexual and has the potential to impact host survival, growth and reproduction. The objective was to assess the potential costs or benefits of endophyte infection on drought stress tolerance of native perennial ryegrass accessions originally collected from Italy, Morocco, Tunisia, and Turkey. Sixty infected (E+) individuals from each accession were planted in a greenhouse. Half of these individuals were treated with a systemic fungicide to eliminate the endophyte (E−). For two drought periods water was withheld for 10-14 days and then allowed a one week recovery period following each. In some accessions under drought, E+ plants had more tillers, greater tiller lengths, total dry mass and green shoot mass than E− plants, suggesting a positive effect of endophyte infection on host growth. Total tiller length and the number of tillers showed significant population × treatment × infection interactions for 4 of 6 populations. This work is one of the few that documents the effects of endophyte infection for a common forage grass species from wild populations native to its distributional range. The results demonstrate that endophyte infection can help ameliorate abiotic stress such as drought and there may be a selective advantage for grasses from certain Mediterranean regions.     

根分泌物在污染土壤生物修复中的作用

对根分泌物在植物根际微生态环境中 ,通过土壤 植物 微生物系统协同作用高效修复重金属和有机污染土壤的环境过程与机理进行了综述。根分泌物在重金属污染土壤植物修复中的作用主要表现在活化污染区重金属元素 ,使固定态转化为植物可吸收态 ,大大提高了重金属的植物有效性 ,通过植物的超积累作用 ,降低土壤中重金属污染物的含量 ;此外 ,根分泌物也可以和重金属形成稳定的螯合体 ,降低他们在土壤中的移动性 ,起到固定和钝化作用。对于有机污染物 ,根分泌物一方面为根际的微生物提供了丰富的营养和能源 ,使植物根际的微生物数量和代谢活力比非根际区高 ,增强了微生物对环境中的有机污染物的降解能力 ;另一方面植物根分泌到根际的酶系统可直接参与有机污染物降解的生化过程 ,提高降解效率。并对此领域今后研究工作的方向做了探讨     

Production of phenolics and the emission of volatile organic compounds by perennial ryegrass (Lolium perenne L.)/Neotyphodium lolii association as a response to infection by Fusarium poae

Grasses very often form symbiotic associations with Neotyphodium/Epichloë endophytic fungi. These endophytes often allow the host grass to be protected from different pathogens. However, there is little known about the mechanisms of such endophyte influence on the host. Thus, the purpose of this research was to examine the effect of the N. lolii endophyte on the total production of phenolic compounds, VOCs emission and the resistance of three perennial ryegrass genotypes infected by pathogenic Fusarium poae. Analyses of total phenolics content were performed in control (not inoculated) and inoculated plants after 1, 2, 3, 4, 5, and 6 days (DAI) and for VOCs after 0, 3, 6 and 12 DAI. The presence of endophytes significantly reduced the disease index in two of the three genotypes relative to that in E−. Plants infected by N. lolii exhibited higher production of phenolics relative to the E− plants. The highest amounts of phenolics were observed on the second and sixth DAI. Genotype Nl22 showed the strongest effect of the endophyte on the production of phenolics, which increased by over 61%. Both the endophyte infected and non-infected plants emitted most abundantly two GLVs ((Z)-3-hexenal, (Z)-3-hexen-1-yl acetate), three terpenes (linalool, (Z)-ocimene, β-caryophyllene) and three shikimic acid pathway derivatives (benzyl acetate, indole, and methyl salicylate). The endophyte presence and the intervals of VOCs detection were a highly significant source of variation for all emitted volatiles (P < 0.001). The genotype of the perennial ryegrass significantly affected only the emission of methyl salicylate (P < 0.05) and β-caryophyllene (P < 0.05). Most of the VOCs ((Z)-3-hexen-1-yl acetate, (Z)-3-hexenal, linalool and methyl salicylate) reached their highest levels of emission on the sixth DAI, when averaged over genotypes and endophyte status. The results highlight the role of Neotyphodium spp. in the mediation of quadro-trophic interactions among plants, symbiotic endophytes, invertebrate herbivores and plant pathogenic fungi. Our results also confirm the fact that symbiotic plants can activate a defense reaction faster than non-symbiotic plants after a pathogen attack. Thus, N. lolii can be involved in the defense of perennial ryegrass against pathogens and potentially could be central to the host plants’ protection.     

Delignification and hemicellulose extraction of cell walls of Lolium perenne and Trifolium pratense

The rates of delignification of samples of Lolium perenne at four different stages of maturity and a sample of Trifolium pratense by the action of sodium chlorite-acetic acid have been determined. For samples with lignin contents of < 8%, delignification was essentially complete within 30 min. The yield and composition of hemicelluloses obtained by alkaline extraction of cell walls was dependent on the duration of the delignification reaction.     

不同抗病性茄子根系分泌物对黄萎菌的化感作用

以不同抗病性茄子为试材,即抗病类型Solanum tor、S.sis,耐病类型立原紫茄,感病类型西安绿茄,研究了不同茄子品种抗黄萎病特性,根际微生物结构与黄萎菌数量的变化,茄子根系分泌物对黄萎菌的化感作用,并利用GC-MS对根系分泌物的成分进行了鉴定。结果表明：抗病类型的根系分泌物既可以直接影响黄萎菌的生长、发育,又可以通过调节土壤微生物种群结构间接影响黄萎菌的生长,达到抗病效果。而感病类型则正相反。推断这可能是因为抗病类型根系分泌物中存在醇类、胺类、吡喃类、芴类等特异物质,而感病类型根系分泌物中酮类、酚类、酯类、酚酸类物质种类或含量较高。     

荞麦、高粱根系分泌物对玉米根边缘细胞和根生长的影响

植物的根系分泌物是植物根系与周围环境之间的化学媒介,通过传递特定的信息,调节根际微环境,影响周围植物的生长。玉米(Zea mays L.)和荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)是农作物间套作体系中典型的不能搭配的组合,其障碍因素尚不清楚。以玉米为受体植物,采用根悬空培养的方法,研究了荞麦、高粱(Sorghum bicolor(L.) Moench)根系分泌物对玉米根边缘细胞和根生长的影响。结果发现,玉米根边缘细胞离体培养条件下,用荞麦根系分泌物中的小分子物质处理4、8 h显著诱导边缘细胞凋亡、死亡,细胞活率分别比对照降低了71.6%和72.3%;荞麦根系分泌物中的小分子物质对玉米根产生氧化胁迫,诱导根SOD、POD和CAT活性分别比对照高22.6%、33.9%和107.2%,根中超氧阴离子(O₂^-·)和脯氨酸含量分别比对照高33.9%和49.8%;荞麦根系分泌物中小分子物质的胁迫使根细胞膜透性增大,与对照相比升高80.0%,丙二醛(MDA)含量比对照升高31.5%;荞麦根系分泌物中小分子物质诱导根内源激素(IAA)含...     

根系分泌物研究方法(综述)

根系分泌物是植物与土壤进行物质、能量与信息交流的重要载体物质.研究根系分泌物的种类、数量对了解植物与土壤及根际微生物相互作用机理具有重要指导意义,根系分泌物研究方法的选择对研究结果有重要的影响.本文着重讨论根系分泌物收集、分离纯化及鉴定的常用方法,并列举特定根系分泌物的研究方法,旨在为根系分泌物的研究提供借鉴和参考.