林木根际微生态过程与细根寿命调控机制研究进展

细根在森林生态系统中具有重要的生物学和生态学地位。细根寿命取决于树种本身,也受控于环境条件。根际作为植物、土壤与微生物三者交互作用的区域,其中的微生态过程对细根寿命的调控具有决定意义。笔者基于当前国内外细根寿命调控的主要因素,分别从根际碳沉积与根际微生态过程、根系对根际微生物群落构建的影响、根际微生物对细根寿命调控的可能机制3个方面对根际微生物与根系的互作效应,及其对细根寿命调控机制的相关研究进展进行综述。在此基础上,提出了:①酚酸介导的植物-微生物化学对话机制是未来根土互作研究的重要领域;②根系与微生物互作主要以光合产物碳作为枢纽,根际碳沉积促进了土壤微生物在根际的定殖,进而导致根际的微生物群落在组成和结构上与非根际土壤的呈现显著差异;③根土互作过程中由根系和根际微生物产生的信号物质可能对根系的生长发育产生显著影响;④作为细菌的主要群感信号分子,酰化高丝氨酸内脂(AHLs)可参与调控根系细胞的凋亡;真菌侵染根系后也可能导致根内活性氧(ROS)累积,进而调控根系细胞凋亡。目前未见根际微生物参与根系寿命调控的研究报道。建议进一步构建细菌群落演变-群感信号表达-细根寿命关系模型,以及真菌侵染-活性氧信号内稳态调控-细根寿命关系模型,这些对深入揭示林木细根衰老和凋亡的微生态调控机制具有重要理论意义。     

植物根际营养研究进展

根际是受植物活根影响的土壤微区。植物根际营养生态是近年来的研究热点。笔对根际土壤采样方法和营养检测技术、根际微区养分状况、根系分泌物对根际营养影响等方面的研究进展进行了综述。着重介绍了根际土壤田间采样和室内模拟培育方法,根际微域营养检测常用的电极法、电子探针法和冰冻切片法,总结了近20年来国内外根际土壤氮、磷、钾营养状况的研究成果,深入分析了根系分泌物对根际环境、养分释放及植物适应养分胁迫等的影响,提出了植物根际营养研究今后应加强的领域和方向。     

植物根系构型的生态功能及其影响因素

植物根系构型即根系在其生长介质中的生长与分布,直接影响着植物的生长和发育.通过概述植物根系构型的基本概念以及生态作用,总结影响植物根构型的诸多因素,主要包括根系的生物学特性、自然条件和人工干扰.基于当前的研究现状,提出了植物根系构型需进一步研究的问题.     

石油污染土壤植物根际微生态环境与降解效应

利用大庆油田石油开采区的污染土壤作为供试土壤,选择紫花苜蓿和披碱草为供试植物,通过监测根系微生物活性、石油烃降解效率等指标,建立植物根际微生态环境生物和非生物因子之间的量化关系,揭示污染土壤石油烃降解效应和影响要素.研究结果表明,植物根系可改善污染土壤持水能力和微生物活性,与无根系土壤相比,提高含水率达10%. 植物根际微生物的数量高出1～2个数量级, FDA(荧光素双醋酸酯)活性高出0.29～0.36. 经过150 d的降解,植物根际油污土中石油烃的降解率比无根系土壤高 9.1%～15.5%. 污染土壤植物根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用,有利于石油烃的降解和污染土层的生物修复.     

六种红树植物原位根系及根际土酚酸总量比较分析

植物根系分泌物中酚酸类物质具有较强化感活性,但对红树植物相关研究很少,特别是对原位状况的研究。本研究采集广东湛江国家级自然保护区内六种建群红树植物的根系、根际土与非根际土样品,采用铁氰化钾与三氯化铁显色法进行酚酸总量的测定,对结果进行比较:红海榄根系酚酸总量最高,平均值为8 837.28μg/g。木榄根际土与非根际土酚酸总量平均值最高,分别为13.20μg/g、20.12μg/g。在18个样品中,只有8个样品根际土酚酸总量高于非根际土。根际土中酚酸含量有可能因微生物分解或土壤吸附及降解的综合作用而低于非根际土中含量。红树植物根系酚酸百分释放量很低,红海榄仅为0.0504%。该领域的研究对厘清红树林生态机制尤其是根系微生态的作用机制具有重要意义。     

小兴安岭小叶章根际微生态系统土壤碳空间分布特征

根际微生态系统包括土壤、植物根系和土壤微生物三大部分,它是联接大气、水体、土体、生物体碳流通的中间环节,是生态系统碳循环的关键部分。揭示小叶章根际微生态系统碳的时空动态对于研究小叶章生态系统碳循环具有重要意义。碳素是生命有机体的关键组成成分,根际微生态系统是物质循环的核心区域。论述了根际微生态系统的概念和内涵及其中间环节,是生态系统碳循环的关键部分。研究了国内外近年来根际微生态系统土壤有机碳(SOC)空间分布特征。分别描述了柱状实验和小室实验各类土壤的SOC含量。柱状实验和小室实验的结果显示了较好的一致性;在整个生长季节内,根层根际土和根层根表土SOC含量最高,表层根际土和下层根际土SOC含量相对较高,表层非根际土和下层非根际土SOC含量最低;且保持稳定。并且描述了柱状实验和小室实验各类土壤的土壤微生物量碳(MBC)含量。MBC的空间分布同样也包括为垂直分布和水平分布,垂直分布表现为MBC浓度的差异和微生物活性的差异,主要原因为根系在垂直方向上的不同生长特性导致不同的根系沉积,进而引起的微生物活性差异;水平分布主要由土壤微生物自身水平移动或在其它介质作用下的水平迁移所导致MBC在水平方向上浓度差异。     

不同沉水植物根际微域中菲和芘的降解行为

沉水植物在水生态系统的生态功能方面有重要作用,并对沉积物中多环芳烃(PAHs)的降解有促进作用,然而其降解的根际效应尚不清楚.本文选取了两种典型的沉水植物(苦草和狐尾藻),利用自制的多隔层根箱研究了根际微域中菲和芘的降解行为.结果表明:距离根系4,mm微域内,植物根际促进了菲和芘的降解,存在根际效应,且苦草根际微域中菲和芘的去除率增幅(17.9%,~29.9%,和8.8%,~27.4%,)大于狐尾藻(13.8%,~26.2%,和10.8%,~22.5%,),说明苦草的根际效应大于狐尾藻;同时,0~6,mm微域内,苦草根际PAH-降解菌数量高于狐尾藻,且降解菌数量与菲和芘的去除率均显著正相关;此外,苦草和狐尾藻根系对沉积物中氧化还原电位的影响范围分别为6,mm和4,mm,且氧化还原电位与降解菌数量之间显著正相关,表明根系释氧提高PAH-降解菌数量,进而促进了菲和芘的降解.     

根际微生物影响因素及其与植物互作研究进展

植物根际是植物与土壤互作的界面,定殖的微生物群落结构复杂,功能多样.植物在所有生长阶段均通过根际与土壤及其微生物进行复杂互作,环境与植物根际分泌物在很大程度上驱动根际微生物群落的变化.根际微生物与植物互作产生的复杂生态效应是土壤生态学研究的热点.综述了根际微生物群落的主要驱动因素,阐明了根际微生物增强植物营养吸收、抗病性、抗逆性的主要机制以及挥发性有机物介导的互作相关研究,以期明确根际微生物群落组装以及植物-根际微生物互作机制及其生态效应,为农林业生产及生态文明建设提供参考.     

溶磷细菌9320对玉米苗期植株根系分泌物的影响

为了解溶磷细菌促进作物生长的机制和最终效果,将不同剂量的溶磷细菌9320添加到土壤中,以此培养玉米幼苗,测量幼苗根系分泌物中的可溶性蛋白、可溶性糖、有机酸、土壤有效磷的含量、植株生长状况等.结果表明:随着土壤中溶磷细菌剂量的增加,玉米根系分泌物中可溶性蛋白含量增加,可溶性糖含量降低,有机酸种类和含量增加,根区土壤有效磷含量增加,根际土壤有效磷含量降低,玉米幼苗的株高、根长和质量都增加.同灭菌处理组相比,活菌处理组中,根系分泌物的蛋白含量和根区土壤有效磷含量更高,根系分泌物可溶性糖含量和根际土壤有效磷含量更低,玉米的生长情况更好.这些结果说明溶磷细菌能够将土壤中的难溶态磷转化为可溶态磷供植物吸收利用,而且能够促进根系的代谢活动,最终促进植物生长.     

植物根际细菌的促生机制

植物根际促生细菌是指生活在植物根系土壤的一类可促进植物对矿质营养的吸收和利用,并能抑制有害微生物从而促进植物生长的益生菌类。人们对植物根际促生细菌的作用机制进行了广泛深入的研究。对植物根际促生细菌的促生机制进行综述。     

根际微生物群落多样性在重金属土壤修复中的研究

植物根际微生物在植物修复重金属污染土壤时分泌的激素、铁载体、ＡＣＣ脱氨酶、黄酮类化合物和酚酸类等 有机物具有增强植物生长、促进植物根际对重金属吸收、转运和积累的作用,同时促进适应相应根际环境的功能微 生物群落的建立．文章结合作者课题组的研究结果,概述根际微生物在植物修复重金属污染土壤过程中的作用,总 结了根际细菌、真菌、古菌在植物修复中的作用,进一步分析了土壤污染类型、改良剂、根际植物的种类等对根际微 生物活动的影响,对今后植物修复重金属污染土壤过程中与根际微生物作用相关的研究进行了展望．     

不同浓度砷酸盐胁迫对蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的影响

蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷超富集植物,其根际微生物对土壤砷的转化及蜈蚣草砷的吸收具有重要影响.采用qPCR和Biolog-Eco微平板法对砷胁迫下蜈蚣草根际微生物群落功能多样性特征的差异进行了研究.首先对蜈蚣草根际微生物的16SrRNA基因丰度进行定量分析;其次,利用Biolog-Eco微平板法分析微生物对31种碳源的平均利用率;同时,通过主成分分析、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数等探讨了微生物对不同类型碳源利用的差异和砷胁迫对微生物多样性的影响.结果表明,砷胁迫不仅降低16SrRNA基因丰度、减少微生物数量,还会显著影响微生物对碳源的利用效率.其中,微生物对碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源的利用受砷胁迫的影响最显著.此外,砷胁迫会诱导抗砷微生物成为优势群落,结构趋于单一.由于长期暴露可增加蜈蚣草根际微生物的数量,后期研究可深入探讨蜈蚣草根系分泌物中特异碳源物质在强化微生物-蜈蚣草修复砷污染土壤过程中的作用.     

茶柿间作系统中茶树根际微环境的研究

以湖北省贺胜桥茶场的茶柿间作系统和纯茶园系统为研究对象,对两种系统中茶树根系分泌物中的氨基酸、酚、可溶性糖及有机酸进行了分析,同时测定了根际土壤pH和养分含量.结果表明:与纯茶园系统相比,间作系统中茶树根系分泌的氨基酸量增加了2倍,酚下降了45.45%,酚氨浓度比下降了81.82%,改善了茶叶品质;根系分泌有机酸的能力减弱,防止了土壤的进一步酸化;同时土壤的理化性质得到了改善,更适宜于茶树的生长,因此,茶柿间作系统从根际微环境这个角度来看也是一个理想的复合生态模式.     

根系分泌物在有机氯农药残留降解过程中的作用

为了探讨根系分泌物在植物修复持久性有机污染物过程中的作用,借助盆栽模拟实验,研究了苏丹草(Sorghum sudanense)的根系分泌物对土壤中有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)残留的降解效应以及对根际微生物群落结构的影响.结果显示,供试质量比(0~336.48 mg·kg~(-1))范围内,根系分泌物促进了"根际"土壤(TR_2)中OCPs的去除.添加30 mL总有机碳质量浓度为246 mg·L~(-1)根系分泌物浓缩液修复平衡20 d后,"根际"土壤(TR_2)中OCPs去除率高达79.21%(69.23%~86.49%),比对照组(CK)高出36.43%,比微生物活性被抑制的TR_1组高出52.28%;相同污染水平下,"根际"土壤(TR_2)中土壤微生物碳也明显高于CK、TR_1组.实验期间,细菌的磷脂脂肪酸在OCPs污染土壤中占主导地位,其次为真菌,它们的群落动态与OCPs降解速率的变化趋势相一致.说明OCPs降解过程中,根系分泌物通过改变根际土壤中细菌、真菌的种群数量及其群落结构所营造的根际微生态环境,是促进OCPs降解的关键因素.     

植物根系吸水模型研究进展

根系是植物获取水分的主要器官,它直接影响整个植株的输水量以及生命活动。在水资源短缺的状况下,了解根系生长过程中的需水特性并提高农业中水资源的利用率,一直是节水灌溉技术中研究创新的热点。因此,在研究过程中需要对植物根系的吸水量进行精确估算,建立根系吸水模型是定量化研究植物根系吸水特性的重要方法。本文概述了根系吸水的原理及其主要影响因素,对不同研究方法下的根系吸水模型进行分类研究,并阐述其适用范围及优缺点,同时介绍了水盐共同胁迫下的根系吸水模型。最后对目前的根系吸水模型进行分析,提出了今后的研究方向,为构建水稻根系三维动态吸水模型提供了基础。     

分泌性磷酸酶及有机酸于根际分布状况的初步研究

运用特制的栽培设施将１０ｍｍ范围根际土壤纵分为０．５ｍｍ研究羽扇豆根系分泌物的分布状况。结果表明，羽扇豆根系分泌性酸性磷酸酶和有机酸类主要分布在根际０－２．５范围内。     

农业土壤应力状态与作物根系生长相关性研究

分析了农业土壤在自然条件下的力学特性和任一深度的应力状态,得到土壤任一点的垂直应力和水平侧向应力的计算公式.通过模拟试验,研究了土壤应力变化对小麦、玉米根系生长发育及其根系分布规律的影响.结果表明:作物根系在土壤中的分布随土壤应力的变化呈指数曲线变化.土壤应力增大,作物根量、根表面积减小.     

多环芳烃胁迫下根系分泌物对根际微生物降解效能的影响

借助盆栽模拟试验,研究了多环芳烃胁迫下黑麦草根系分泌物质对根际微生物降解效能的影响.结果显示:在试验浓度为0~343.61 mg·kg-1范围内,根系分泌物—土壤微生物系统(TR2)对多环芳烃代表物菲的去除效果具有明显的促进作用.3个处理中,TR2对菲的去除率最高(77.57%),比对照组(CK)高33.49%,比添加Na N3系统(TR1)高58.16%.借助细菌计数法对根际微生物数量的检测结果则显示,相同污染水平下,TR2系统里微生物数量最多,CK次之,TR1最少.试验表明,黑麦草根系分泌物对根际微生物降解效应的促进作用可能与根际微生物种群数量的变化有关,即根系分泌物的存在促进了根际微生物种群数量的提高,进而强化了根际微生物的降解效能.     

植物根系的加筋作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响

考虑不同类型植物根系的加筋效果,分别采用浅根加筋和深根锚固及其联合加筋模型,通过三维数值模拟分析,对比研究发现:植物根系的浅层加筋作用以及存在主根、侧根和须根的木本植物根系联合加筋作用对于软弱岩体浅埋公路隧道的施工稳定能够产生积极有利影响,而单纯主根型木本植物根系加筋对浅埋隧道施工稳定的影响不明显.对于浅层加筋来说,当隧道的埋深在植物根系影响深度范围之内时,植物根系的加筋作用对浅埋隧道施工稳定的影响效果最好.     

浅析植物根际有机阴离子外渗功能和原理

根际是指植物根部周围的土壤区局,它由根系的活动得以重建。在这个临界区域,植物对它们的环境做出感知和反应。作为正常生长和发展的结果,大范围的有机物和无机物在植物根系和土壤之间转变,这不可避免的导致了根际生物化学的和物理的改变。植物也会重建它们的根际,一次对某个环境的信号和压力做出反应。有机阴离子通常在这个区域内被检测到,它们从植物根系的渗出已经于营养不足及无机离子压力联合在一起。该文概述了对植物根系有机阴离子渗出的功能,原理,规则方面理解的新近发展。这里描述了在根际存在有机阴离子时植物所获的益处,生物技术增强有机阴离子渗出的潜能也是很突出的。