根际动态过程与植物营养

养分的有效性是由土壤物理、化学和生物学特性,特别是根系主导的根际动态过程所决定的。根系引起根际pH值和氧化还原电位、根分泌物以及由此引起微生物种群、数量和活性的改变,从根本上决定着根际养分的动态。而根系主导的根际动态又具有明显的基因型差异,并受植物营养状况的诱导和调控。因此,根际动态变化的方向和强度对植物适应土壤化学和物理逆境具有重要意义。本文从根际的一般概念入手,综述了近十余年来国内外根际动态研究的新成果,重点讨论了根际动态与植物营养的关系,并运用根际微生态系统的概念,把根际动态与植物对养分胁迫的适应性及其调控机理紧密联系起来,使根际动态和植物矿质营养基因型差异机理两个基础性研究热点融为一体,为解决重大的全球性环境、生态以及农业持续发展问题提供新的途径和理论依据。     

根系分泌物主要作用及解析技术进展

根系分泌物是植物保持根际微生态系统活力的关键因素，也是根际物质循环的重要组成部分，对根际土壤生态环境中的物质循环具有重要的驱动作用。根系分泌物可以刺激微生物生长，增强其活性，加速根际养分循环，增加土壤养分利用率，并在小规模空间引起温室气体通量的变化。此外，它也是植物参与竞争的重要策略，植物通过根分泌物以获取种间长期生存的养分，甚至分泌对自身有害的化感物质来排挤其他植物，实现自我生存，即使存在自毒作用或引起连作障碍等。植物的健康生长依赖于自身与土壤微生物复杂动态群落的相互作用，但是根际微生物群落结构和组成却又受植物物种、植物生长期、土壤性质、功能基因等因素影响，这些因素的动态变化可能导致根系分泌物的多样化，从而形成复杂多变的根系分泌物与植物的关系，进而影响植物的健康生长。目前，对植物根系分泌物的研究是土壤生态学、植物营养与代谢等领域的研究热点，且随着分析技术手段的快速发展，根系分泌物相关研究也逐渐深入，进一步揭示植物与微生物间的协同作用机理对农、林等行业生产具有重要的指导意义。     

施肥对婆婆纳、离子芥、小花糖芥3种麦田杂草根际pH的影响

根际是受根系影响而在物理、化学和生物学性质等方面均不同于土体的极小部分土壤区域.研究表明:植物生长过程中,由于根系的代谢作用而向根外排泄H 或HCO3-,使根际土壤pH发生较大变化.而根际土壤的pH直接影响到土壤养分的活性和生物有效性.故不同植物根际土壤的pH状况可反映出它们对土壤氮、磷、钾养分吸收利用能力的相对大小.     

土壤–根系–微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展

根际是养分进入作物系统的门户,也是土壤-根系-微生物相互作用的微域。根际界面过程决定了氮磷养分的供应强度和有效性,最终影响了氮磷养分的利用效率和作物生产力。近年来,国内外在揭示农田土壤-根系-微生物系统中不同界面的养分转化、吸收和运输机制方面取得了一些新进展。在不同时空尺度上分析了影响土壤氮磷转化微生物组成的影响因子;研究了丛枝菌根系统形成的信号机制及其对氮磷吸收的基因调控机制;从信号网络、根系质子分泌和根构型的角度系统揭示了作物根系应对根际环境氮磷养分供应的形态和生理响应机制。未来针对根际氮磷高效利用问题,需要深入研究土壤-根系-微生物不同界面的协同机制和调控原理,在根际微域和土壤团聚体尺度开展微生物食物网及其关键功能微生物分布格局和演替规律的研究;揭示根构型对根系–微生物协同结构和功能的影响,研究养分缺乏条件下根内质子分泌和关键转运蛋白对根系生长和养分吸收的调控机制;针对粮食作物,研究根系-微生物对话中已知信号物质(如独脚金内酯和N-酰基高丝氨酸内酯)和新的信号物质(小RNA)的网络作用机制及其对多养分协同代谢的影响;最后,针对不同气候、土壤、作物类型区,提出提高氮磷利用效率的根际生物调控途径和措施。     

豆科禾本科作物间作的根际生物过程研究进展

间作作为一种可持续发展的种植模式不仅具有产量和养分获取的优势,而且能够保证粮食安全、降低作物减产风险。在众多间作组合中,豆科禾本科作物间作由于种间促进及生态位互补作用,而在世界范围内被广泛应用。根际是作物-土壤-微生物相互作用的界面,是养分、水分及有害物质从土壤进入作物系统参与食物链物质循环的必经门户,在根际中所发生的生物过程不仅决定着养分的供应量和有效性,而且也影响着作物的生产力和养分利用效率。因此,本文从豆科禾本科间作的根际生物过程角度出发,综述了豆科禾本科间作对根系形态、根际微生物、根系分泌物及其生态效应的研究进展,为豆科禾本科间作体系在修复重金属污染土壤、提高土壤中养分有效性以及植物遗传改良等方面的应用提供理论依据。     

水稻根系对氮素损失的影响

植物根系的呼吸、水分和养分的吸收、根系分泌物以及死亡根皮和根毛的脱落等,常引起土壤性状的变化,从而形成了根际土壤特殊的微生物活动环境。     

根际对话及其对植物生长的影响

有了根际,也就有了根际对话。根际对话是发生在根际土壤中各种生物间,包括植物根系之间以及根系与土壤生物（细菌、真菌和土壤动物）之间的相互作用－即根际生物间的物质和能量交换以及信息传递。根系分泌物在根际对话中起着“语言”的作用。在根际对话中,植物起主导作用,对话的结果会对植物生长产生影响。根际生物之间相互作用的实质是对生长空间、水分和养分等资源的竞争。与根际研究相比,有意识地研究根际对话及其对植物生长影响才刚刚开始。研究方法和手段的局限性成为揭示根际对话机制的瓶颈。本文综述近年来国际上在根际对话及其对植物生长影响方面的研究进展和动态,期望我国在根际对话的基础和应用研究领域能够得到快速发展。     

外源稀土作用下根–土界面元素转化、分布及其植物有效性的研究进展

外源稀土（RE）可导致根-土界面物理、化学及生物学特性发生根本性变化,特别是根系主导的根际动态过程的变化。如施用不同剂量RE条件下,稀土元素（REE）与根系的相互作用使根系生长、酶活性、细胞质膜透性等受到不同程度的影响。根系生长、酶活性的变化反映了植物可能通过根系形态学、生理学的适应性和非适应性变化机制来改变根系吸收养分、REE及重金属离子的能力,直接影响根际离子进入根系中的含量;而根系细胞质膜透性的变化则反映了植物可能通过根系分泌作用的适应性和非适应性变化机制来改变根系有机酸、质子等的分泌状况,使之作用于根际环境,制约养分、REE及重金属元素在根际的形态转化与迁移分布模式,从而间接影响根际离子进入根系中的含量。本文从外源RE对根系生长状况和酶活性的影响;对根系细胞质膜透性和分泌作用的影响;对根际养分、REE及重金属元素动态的影响;对根系养分、REE及重金属元素吸收分布的影响等4个方面的国内外文献出发,就土壤-植物系统中外源RE作用下根-土界面养分、REE及重金属元素的转化、分布及其植物有效性的响应变化与相关机制做出综述,同时提出目前研究中存在的问题,对今后的研究方向进行展望。     

根际养分活化与吸收过程的定量模拟研究进展

在论述植物根系作为养分的主动吸收槽，对根示养分生物有铲性产生重要作用的前提下，本文扼要讨论了根际ＰＨ值变化，根分泌螯合物与 性物及根际微生物在根际土壤养分活化中的作用过程，并重点评述了有关养分活化与吸收模拟模型的进展与发展趋势。     

集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制

【目的】植物根系的形态与生理变化是植物从土壤中高效获取养分资源的重要机制,由相同物种或不同物种组成的互作体系中植物根系对养分的吸收利用受相邻植物竞争的强烈影响,阐明互作体系不同竞争条件下植物根系获取养分的策略并揭示其作用机制,这是基于根系觅食行为探讨养分高效利用的根际调控途径与技术措施的重要理论基础。主要进展根系属性的互补性有利于降低根系间对养分的竞争。根系构型的互补性,例如深根系与浅根系植物互作,促进个体植株对土壤剖面不同深度养分的吸收利用;由根系可塑性介导的水平方向上根系空间分布的互补性,提高了植物根系对同一土层不同空间位点土壤养分的挖掘;个体植株根系形态属性与相邻植物根际生理过程的互补性促进根系对不同形态养分的利用。互作体系根系获取养分的策略具有高度互补性,这有助于提高整个作物系统的养分利用效率,进而提高生产力。根系空间生态位的分离 (包括垂直与水平方向) 以及根际生物化学特征生态位的分离,是驱动互作体系根系高效获取养分资源的主要机制。合理的根层调控可以提高植物根系挖掘土壤养分的能力;优化互作体系物种的搭配能充分发挥根的互作效能,提高养分利用的生物潜力。问题与展望今后应进一步针对集约化高投入作物体系,通过管理根层养分供应和物种间的互作效应,强化根际养分信号的调控作用,调节根系形态与生理特性,降低种间竞争,增强种间互利,以最大化根系和根际的生物学潜力,提高养分利用效率和作物产量,为实现以节肥增效为核心的可持续集约化作物生产提供重要的调控策略与途径。     

豆科牧草根际土壤脲酶活性的研究

研究结果表明:土壤脲酶活性与养分含量呈极显著相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标;脲酶活性的垂直分布随土层深度而递减;土壤脲酶活性数量随作物生长与根系生物量的增强而增加,与土壤微生物数量显著相关;根际土壤脲酶活性高于近根际土壤;不同种类豆科牧草,根际土壤脲酶活性存在明显差异。深根豆科牧草苜蓿、草木樨可留给深层土壤大量根系残留物,从而有利于提高土壤深层脲酶活性与综合供肥能力。     

褪黑素调控根系生长和根际互作的机制研究进展

【目的】根系生长和根际互作是影响植物对土壤养分吸收的关键因子。根系在土壤中穿插生长,不断改变其形态可塑性,进而改变根系构型,扩大与土壤的接触面积以获取所需养分。同时根系的生理可塑性协同根系形态可塑性显著影响根际互作效应,为植物经济高效获取养分资源提供可能。探究褪黑素等内源生长调节因子对根系形态和生理可塑性的调控机制,揭示通过最大化根际效应强化根际互作的有效途径,对集约化作物体系提高养分利用效率,促进绿色增产增效,具有重要的理论与实践意义。主要进展褪黑素作为新型植物生长调节信号分子,在盐害、干旱和低温等非生物胁迫中具有增强植物抗逆性、改善植物生长等重要调节作用。褪黑素显著改变根系生长,对植物主根生长主要表现为抑制作用,对侧根及不定根的发育和生长具有浓度依赖性调节,从而深刻影响植物根系构型。褪黑素调控根系生长的机制尚不清楚,总结已有进展表明:一方面褪黑素调节光周期,影响光合产物的运输和糖信号,从而调控地下部碳分配和根系生长;另一方面,褪黑素还能与生长素等植物激素互作,参与激素对植物生长调控的信号通路,从而对植物的生长发育和新陈代谢产生影响。这些进展对深入揭示褪黑素调控根系生长发育的机制提供了重要依据。问题与展望根系的生长发育以及根系构型的改变显著影响根际过程和根际互作,褪黑素作为调控因子在不同养分环境条件下显著影响根系的形态可塑性。然而,褪黑素在根际过程和根际互作中的作用机制并不清楚,有关研究亟待加强。深入探究褪黑素参与根际互作的机制,理解褪黑素调控根系生长和根际过程的作用途径,可为集约化农业体系下精准调控作物根系生长,强化根际互作,提高养分利用效率提供科学依据。     

施氮对小麦根-土界面磷迁移及根际磷素组分变化特征的影响

植物根系养分吸收性能与土壤养分、水分、pH值和温度等环境条件有着密切的关系,同时又影响着近根微区(根际)土壤中养分的迁移和有效性.土壤中磷素在土壤中的迁移和吸收直接与土壤性质有关.     

南京市不同园林植物根际土壤养分和重金属富集特征

通过对南京市6种园林植物(金银木、紫荆、腊梅、丁香、木槿和海棠)根际与非根际土壤养分和重金属分布特征进行研究,探讨不同植物根际养分和重金属的富集的相关性和差异性。(1)不同园林植物根际和非根际土壤养分和重金属呈一致的变化规律,它们的主导控制因子也基本相同,其中不同园林植物根际土壤养分和重金属均高于非根际养分含量,而不同园林植物根际土壤pH均低于非根际。(2)不同园林植物根际土壤养分、重金属含量和有效态重金属含量均显著高于非根际,表现出显著的富集作用,而根际土壤pH则显著低于非根际,表现出显著的亏损作用,全磷在根际与非根际土壤中差异不显著(p0.05)。(3)不同园林植物根际和非根际土壤重金属含量与有效态含量均存在极显著的正线性相关关系,二者能够用线性方程式体现,表明了不同园林植物根际和非根际土壤有效态重金属含量主要来自土壤重金属总含量。(4)相关性分析表明:对于根际土壤,土壤有机碳和全氮对土壤重金属全量影响较大;而对于非根际土壤,土壤有机碳和全氮土壤有效态重金属影响较大;而pH与土壤重金属含量基本呈显著或极显著的负相关关系;全磷对于土壤重金属含量基本没有影响。通过以上研究说明不同园林植物土壤养分和重金属含量在根际存在一定的富集,它们通过降低根际pH值可以提高根际养分,而有效态重金属较全量对植物根际微小的变化响应更为灵敏。     

土壤—植物根际磷的生物有效性研究进展

探讨土壤－植物根际磷素养分状况及利用机理，提高土壤磷的生物有效性，使土壤中潜在的难溶性磷库活化，提高磷肥利用率，对促进农业生产的持续发展和陆地生态系统的良性循环具有重大的现实意义。文章从这一角度出发，论述了根际土壤中根际微生物，根际pH值，根系分泌物，菌根，根际土壤磷酸酶等各种因素对提高土壤磷素利用率的机理。     

棉花氮磷营养的根际效应

本文在自行设计、可供全生育期应用的根际培养箱中，成功地进行取地主根系作物棉花根际土壤中速效ＮＰ养分变化及其根际效应研究。结果表明；在新疆特定的自然条件下，棉株对土壤有效Ｎ吸收的影响范围为距根１０ｍｍ左右；对土壤速效Ｐ吸收的影响范围为距根３ｍｍ左右；明显的根际互促效应生产施肥提供了科学依据。     

植物根际微生物调控根系构型研究

植物根系构型即根系在其生长介质中的生长与分布,包括根系长度、根系分支和根系生物量等,能够将植物固定在土壤中并有效吸收水分和矿质养分,直接影响植物的生长和发育。根系构型受多种因素的影响,包括土壤水分、养分和根际微生物,传统方式主要依靠化学肥料增加土壤养分进而改善根系生长,但是化学肥料会对环境造成危害,根际微生物作为植物的“第二基因组”,能够改善初生根、侧根和根毛的发育,促进植物的生长和根际养分吸收,近年来基因组学−代谢组学、基因组学−转录组学等多组学关联技术的应用揭示了微生物的促生机制,为微生物菌剂的开发提供了新思路。基于该领域的研究现状,本文阐述了根际微生物（AMF、PGPR、根瘤菌）对根构型的调控机制包括激素调控、固氮、溶磷、释放挥发性有机化合物四个方面,并描述它们通过这四种机制增加植物根系长度、根系分支,促进根毛发育的调控效应,基于上述结论,植物根际微生物可以有效改善根系生长,但实际应用效果还有待研究,量化不同机制的相对贡献率以及提高微生物菌剂在实际应用中的稳定性是后续研究的重点。     

化肥减量配施生物有机肥对油菜生长及土壤微生物和酶活性影响

通过盆栽试验,研究化肥减量10%~30%条件下,配施与所减化肥相同用量的2种生物有机肥对油菜生理代谢、产量、土壤生物学特性和养分含量的影响,系统的阐述了生物有机肥应用于蔬菜生产的优势所在。结果表明:减量化肥配施生物有机肥可促进油菜生长,提高油菜叶片内叶绿素含量和根系活力,同时增强了油菜叶片和根系内抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性,降低了过氧化物质含量(MDA、O·-2),进而提高了油菜的光合性能和抗氧化能力,与常规施肥(100%化肥)相比,产量提高了4.60%~24.55%,根际土壤细菌和放线菌数分别显著提高了111.26%~210.76%和12.49%~34.09%,而真菌数显著降低了20.37%~39.68%,同时提高了根际土壤中性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,而降低了土壤脲酶和脱氢酶活性,最终提高了根际土壤中有效养分和有机质含量。以上结果表明,减量化肥配施生物有机肥可通过改善根际土壤微生物群落的数量和结构来改变土壤酶活性和有效养分含量,优化根际环境的同时提高根系活力,增强植物抗逆性和光合能力,最终实现养地增产的效果。     

根际微生物对植物与土壤交互调控的研究进展

土壤中拥有非常丰富的微生物群落,这些微生物对植物与土壤之间的交互作用起到了非常重要的调节作用,尤其是根际微生物,其中一些重要的功能微生物作为主要的共生功能体参与到植物根系养分转化中。对根际与根际土壤微生物的形成及其与土壤环境、植物根系之间互作关系的最新研究进展进行了综述,这些研究成果均肯定了根际微生物群落和多样性是积极促进植物个体和维持生态系统功能的活跃因子,并展望了今后土壤微生物在多组学、植物功能性状和全球变化方面的研究前景。     

根际土壤化学研究进展

本文就根际土壤中元素含量，形态分布和土－根系统中的化学反应机制研究的进展作了扼要论述。土－根系统中的化学过程是复杂的动态过程，其显著特点是根－土界面化学。并对今后根际土壤化学研究提出了看法。