碳对微生物–根系介导的蔬菜作物磷吸收的影响

  【目的】  碳是微生物代谢活动的能量来源,解析碳驱动的微生物磷周转对根系/根际属性以及作物磷吸收的影响,对探索提高磷利用效率的根际调控措施具有重要的指导意义。  【方法】  以绿叶蔬菜上海青(Brassica chinensis L., Xiaqing 3)为供试作物进行盆栽试验,供试碳源为葡萄糖。设置添加葡萄糖(+G)和不添加葡萄糖(?G,对照)两个处理,在添加葡萄糖后第7天和第21天,测定土壤微生物量磷与Olsen-P含量、根际酸性磷酸酶活性以及柠檬酸和苹果酸含量、根系形态(生物量、根冠比、根长、根系直径、比根长和根系组织密度)与根际生理(酸性磷酸酶、柠檬酸和苹果酸)指标和作物磷吸收量。  【结果】  添加葡萄糖后第7天,土壤微生物量磷增加,Olsen-P含量降低;上海青根系生物量和根冠比显著高于对照,另外,与不加葡萄糖处理相比,添加葡萄糖导致上海青总根长降低33%,根系平均直径增加27%,比根长降低46%,根际柠檬酸含量增加106%。从第7天到第21天,添加葡萄糖处理土壤微生物量磷降低,Olsen-P含量增加,上海青根系生长速率显著提高。葡萄糖添加后第21天,添加葡萄糖处理土壤Olsen-P含量高于对照土壤;与不加葡萄糖的处理相比,根际酸性磷酸酶和柠檬酸的分泌降低,上海青根系总根长增加,其相对增加量为31%。添加葡萄糖对第7天和第21天上海青地上部磷吸收没有显著影响。  【结论】  添加葡萄糖提高了前期(添加葡萄糖后第7天)根际微生物量磷,降低了Olsen-P含量,促进根际柠檬酸的分泌满足作物生长对磷的需求。后期(添加葡萄糖后第21天),微生物量磷的降低促进土壤有效磷含量的增加,刺激根系快速伸长。微生物介导磷周转诱导作物调节根系形态和根际分泌物响应土壤磷环境的变化,维持地上部磷营养。     

矿质养分和激素对根毛生长发育的影响及作用机制

【目的】植物矿质养分和水分的吸收利用赖于根系,根系中根毛的生长发育不仅扩大了根系吸收表面积,促进了矿质养分和水分的吸收还有助于植物根的固定以及与土壤微生物的互作。本文从矿质养分角度(氮、 磷、 钾、 钙、 铁)和激素角度(生长素、 乙烯、 茉莉酸、 独脚金内酯、 油菜素内酯)探讨影响根毛生长发育的因子及作用机理。【主要进展】氮对根毛生长发育的影响与茉莉酸和乙烯有关, 磷与生长素、 乙烯、 独脚金内酯互作调控根毛生长发育;生长素和乙烯以交互作用调控根毛生长发育,茉莉酸、 独角金内酯和油菜素甾醇对根毛生长发育的作用是部分依赖生长素或乙烯途径;植物体内生长素和乙烯等激素的平衡对根毛的生长发育起着重要作用。【建议和展望】基于以上分析,从蛋白激酶及其相关调控基因及转录因子等方面可深入探析矿质养分、 植物激素等对根毛和丛枝菌根生长发育的影响。     

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。     

秸秆添加对土壤微生物–根系形态介导的番茄磷吸收的影响

  【目的】  研究了添加秸秆后土壤微生物(包括解磷微生物)丰度、磷有效性的动态变化,以及作物根系的生长发育特征对作物磷吸收的影响。  【方法】  以番茄 (Solanum lycopersicum)为供试作物进行田间试验,设置添加秸秆和不添加秸秆对照两个处理,在番茄移栽后第15、30及45 天,测定了番茄地上部生物量、磷含量和根系形态,同时测定了土壤微生物数量(细菌、真菌、解磷微生物)、微生物生物量磷和速效磷含量,分析了微生物?根系–作物磷吸收的关系。  【结果】  添加秸秆提高了成熟期番茄的地上部生物量,显著提高了叶片和地上部的磷吸收量,地上部(叶+茎+果实)总磷吸收量较不加秸秆番茄增加21.8%。与无秸秆对照处理相比,添加秸秆处理提高了土壤细菌以及具phoD,phoC和pqqC功能基因的解磷微生物丰度,增加了微生物量磷。添加秸秆处理降低了移栽后15 天番茄根系生物量和组织密度,增加了根系比根长,降低了移栽后15到30 天的番茄根系生长。番茄移栽后第30 天到45 天,土壤细菌、真菌丰度下降,微生物量磷降低,丰富的解磷微生物以及微生物量磷降低介导的磷活化,驱动番茄根系生长加快,比根长增加,根系直径降低。根系生长与土壤有效磷(Olsen-P)相关性显著。  【结论】  添加秸秆初期微生物增生导致番茄根系生长缓慢,后期微生物量磷的降低和解磷微生物对磷的活化促进细根的快速伸长。秸秆还田激发微生物量磷活化协同根系高效磷吸收特征,促进成熟期番茄地上部磷吸收的增加。     

根系分隔方式对玉米/大豆根际土壤碳含量及磷有效性的影响

【目的】豆科与禾本科间作体系中对磷有效性的影响主要集中在根系分泌物的活化作用,由根际沉淀引起的土壤碳含量与磷酸酶活性变化及其对红壤磷有效性的影响机制尚不清楚。【方法】本研究以间作玉米大豆为研究对象,设置根系完全分隔、尼龙网分隔、不分隔3种方式,在0、21.83、43.67、65.50和87.34 P mg kg-1（分别记为P0、P1、P2、P3和P4）磷肥施用水平下进行盆栽试验,研究根系分隔方式对间作玉米大豆根际土壤微生物量碳（MBC）、溶解性有机碳（DOC）、根际土壤有机碳（ROC）、酸性磷酸酶活性（ACP）、碱性磷酸酶活性（ALP）、速效磷和Hedley磷组分的影响。【结果】相比完全分隔,根系不分隔可提高玉米和大豆根际土壤MBC含量,显著降低玉米根际土壤DOC含量,低磷水平（P0、P1）时显著提高大豆DOC含量,显著提高玉米（仅在低磷时）和大豆根际土壤ACP活性,低磷时显著提高大豆根际土壤ALP活性。除玉米活性磷组分外,根系分隔方式对间作玉米大豆根际土壤速效磷、磷组分有显著或极显著影响。根系不分隔较完全分隔可通过降低大豆根际活性无机磷（Pi）(P0除外)和中活性Pi从而提高玉米根...     

高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展

蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话（蔬菜间套作根系互作）、植物-微生物对话（蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作）以及微生物-微生物对话（菜地解磷微生物与根际微生物互作）在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。     

氮肥减施对玉米幼苗根系分泌物影响的根际代谢组学分析

植物根系分泌物的根际代谢组学分析有助于更好地理解土壤根际微域内植物根系与土壤和土壤生物之间化学信号交流的根际过程。本文采用核磁共振氢谱(~1H nuclear magnetic resonance,~1H NMR)技术,对基于不同施氮处理下[常规施氮(180 kg×hm~(-2))、80%常规氮量和55%常规氮量]土壤培养收集的玉米幼苗的根系土壤沥出液(soil leachate,SL)、根鞘土浸提液(rhizosheath soil,RS)和根系水培液(distilled water cultivation,DWC)内的根系分泌物进行检测,并结合多维统计分析对比了不同收集方法以及不同施氮量下玉米幼苗根系分泌物的不同。结果表明:3种不同方法收集的玉米幼苗根系分泌物的核磁共振氢谱谱图轮廓及主要标志物明显不同。其中SL法的谱图峰信号及检测到的根系分泌物数目少,而RS和DWC法的谱图峰信号较多且可检测到玉米幼苗根系分泌物中的糖、有机酸和氨基酸等组分。与常规施氮量比较,在85%施氮量下,玉米幼苗根系分泌物中的α-葡萄糖、苹果酸、亮氨酸、缬氨酸水平显著增加;而当施氮量减少到55%时,玉米幼苗根系分泌物水平不再显著增加并呈现下降趋势。上述根系分泌物的变化可能和玉米根系对土壤氮营养供应水平的适应性调节有关。采用~1H NMR技术,结合RS和DWC收集方法进行根际代谢组学分析,可为根际生态及根际氮素营养研究提供重要理论依据。     

植物的磷素营养和土壤磷的生物有效性

本文介绍了近年来植物磷素营养研究的发展趋势,强调了开展不同基因型作物品种耐低磷机理研究的重要性;阐述了磷有效性品种生产率和根形态的差异、吸收动力学参数与耐低磷的关系、缺磷的酶促适应性,以及作物根系分泌物的作用等。对土壤根际磷有效的影响因素(如根际pH、磷亏缺梯度、有效扩散系数、缓冲力等)进行了综合讨论。     

植物根系分泌物与根际微生物交互作用机制研究进展

根际是受植物根系影响最为强烈的微域环境,是植物和土壤交流的桥梁。根系能通过调控根系分泌物的种类和数量影响根际微生物的种群结构和多样性,根际微生物通过改变根际土壤特性影响根系的分泌作用,进而影响植物的生长发育过程。因此,很有必要对这些研究进展进行梳理,提出未来该领域的研究重点。本文以1999 ~ 2022年中国知网（CNKI）和Web of Science核心数据库为文献来源,对根系分泌物与根际微生物互作相关的64篇论文进行分析。总结了近年来根系分泌物和根际微生物互作的最新研究成果,重点介绍了根系分泌物对根际微生物种类、数量和分布的影响,环境胁迫对根系分泌物和根际微生物的影响,以及根际微生物对植物生长的影响。基于此,我们对该领域未来的研究方向进行了展望。深入理解根系分泌物和根际微生物之间复杂的互作关系及其机理,对揭示根际微生态调控过程、土壤微生物组功能、促进农作物增产等方面具有重要的意义。     

盐胁迫环境下接种根际促生细菌对碱蓬根际土壤微环境特征的影响

为探讨不同盐胁迫生境中接种根际促生细菌(PGPR)对碱蓬根际土壤微环境特征的作用效果,通过盆栽试验,研究了不同盐胁迫(轻度、中度、重度)及其接种蜡样芽孢杆菌(PGPR)对碱蓬根际土壤中根系分泌物含量、微生物数量、微生物多样性及根系吸收面积的影响。结果表明:与对照相比,轻度盐胁迫下碱蓬根系分泌物中的有机酸总量、氨基酸总量、微生物量碳和氮含量及根系总吸收面积变化较小,微生物数量和根体积、根系活跃吸收面积显著下降,而中度、重度盐胁迫使上述指标均明显下降,且降幅随着盐胁迫梯度的增加而增大;当接种PGPR后,碱蓬根系分泌物中的有机酸总量、氨基酸总量、微生物数量和微生物量碳、氮含量以及根系总吸收面积、活跃吸收面积均呈上升趋势,其中轻度盐胁迫接种PGPR处理的上述指标均最高,并显著高于其他处理,且有机酸总量、细菌数、根系总吸收面积和活跃吸收面积分别显著高于CK 14.57%、12.80%、8.33%和28.24%。此外,轻度盐胁迫接种PGPR处理的微生物多样性指数最高,依次为对照、轻度、中度和重度盐胁迫处理,这与微生物总量的变化规律一致;而中度或重度盐胁迫接种PGPR处理的微生物多样性指数与微生物总量的变化趋势不一致。综上,轻度盐胁迫(盐分含量10.0 g/kg)下接种蜡样芽孢杆菌能显著改善碱蓬根际土壤的微环境特征,其影响效果显著优于中度或重度盐胁迫下接种蜡样芽孢杆菌。     

小麦/玉米间作根系相互作用对氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响

通过在甘肃河西灌区的田间试验,该文探讨了地下部分隔作用对小麦/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响。研究结果表明：小麦/玉米间作,间作小麦和间作玉米吸氮量在没有地下部分隔条件下都高于分隔。小麦收获后,间作小麦地下部分隔与没有地下部分隔之间土壤硝态氮累积量接近;间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量高于分隔。玉米收获后,小麦不分隔土壤硝态氮累积量低于分隔,间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量都高于分隔。小麦/空带和玉米/空带间作时,作物氮素吸收和土壤硝态氮含量都没差异。     

间套作玉米对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响

采用常规稀释平板法、氯仿熏蒸法、BIOLOG GN微平板反应系统及种间根系分隔技术, 以线辣椒单作(SC)为试验对照, 研究了间套作处理[玉米/线辣椒套作+根部塑料膜分隔(ICP)、玉米/线辣椒套作+根部尼龙网分隔(ICM)、玉米/线辣椒套作根部无分隔(ICN)]对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响。结果表明: 整个线辣椒生育期内, 各套作处理线辣椒根际土壤微生物总数与细菌总数具有相同的变化趋势, ICN和ICM处理的真菌、细菌、放线菌数量和细菌/真菌(B/F)、放线菌/真菌(A/F)比值均大于ICP与SC处理。盛果期, ICN处理根际土壤微生物量碳和微生物量氮比同处理其他生育期增加14.2%~54.0%和10.6%~54.7%。各处理土壤微生物群落AWCD的变化随培养时间呈现明显的"S"型曲线。间套作玉米显著提高了线辣椒根际土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数(P<0.05)、Simpson指数、种间相遇几率和McIntosh指数(P<0.05), 并改变了土壤微生物对单一碳源的利用能力。线辣椒根际土壤微生物的不同多样性指数分别与其生物学产量之间存在显著或极显著正相关。说明间套作改善了土壤微生态环境。     

根分泌物对活化土壤中难溶性磷的作用

土壤大部分磷以难溶性磷形式存在,是影响作物生产的重要限制因素之一。作物根分泌物活化难溶性磷的能力对改善其磷素营养具有重要意义。采用室内培养方法,研究3种土壤不同磷(KH2PO4)处理后有效磷动态变化情况;同时将不同玉米基因型分别置于全磷和低磷的营养液中生长15 d后,收集根系分泌物,然后加入预先采用磷酸钙和磷酸铝处理并已培养95 d的土壤样品中进行试验。不同磷处理研究结果表明,所有施磷处理短期内速效磷含量急剧上升,并随培养时间推移不断下降,60 d后趋于稳定。酸性土对磷的吸附和固定作用较强,磷处理后有效磷增加量显著小于中性土、碱性土。土壤加根系分泌物的试验表明,磷酸钙和磷酸铝有效磷的含量较对照有所提高,其中加入耐低磷基因型M02低磷根系分泌物浸提的土壤有效磷含量显著高于去离子水的浸提量,且根系分泌物对磷酸铝的活化能力大于磷酸钙。     

槟榔不同株行距间作香草兰对土壤养分和微生物的影响

为了揭示槟榔不同株行距间作香草兰对土壤微生物和土壤养分的影响,以生产上槟榔3个种植密度间作香草兰为处理,人工荫棚单作香草兰为对照,测定和分析土壤中微生物的数量和土壤养分的含量。结果表明,槟榔间作香草兰可显著提高土壤微生物的数量,改良土壤微生物群落中真菌、 细菌和放线菌的比例。槟榔株行距为2.0 m2.5 m（Tr2）的处理,土壤pH值及有机质、 全K、 碱解N、 速效P、 速效K、 交换性Ca、 有效Fe、 有效B含量均显著提高。Pearson积矩相关分析表明,土壤中各类微生物的数量与土壤养分含量之间存在着多种显著的相关关系。槟榔株行距为2.0 m2.5 m间作香草兰对土壤微生物数量及其比例与土壤养分含量具有良好的调节作用,且彼此具有显著相关性。     

小麦大豆间作条件下作物养分吸收利用对间作优势的贡献

采用田间小区试验和田间微区根系分隔试验 ,通过间作与相应单作成熟期氮磷钾养分吸收量和利用效率 (单位养分吸收量所能生产的干物质量 )的比较研究了小麦大豆间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明 ,间作作物氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作 24%～39% ,6%～27%和24%～64% ;而间作氮、磷和钾的利用效率分别比单作低5%～20%、5%～7%和 6%～32%。间作优势主要表现在养分吸收量的增加。间作大豆养分收获指数的提高使间作子粒产量优势比生物学产量优势更明显。种间根系分隔微区试验表明 ,间作作物养分利用效率的降低与两作物根系相互作用有关     

施氮量对玉米/大豆套作系统土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

为揭示玉米/大豆套作体系下土壤氮素转换的调控机理和根际微生态效应,以种植模式为主因素[设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS)3种处理],以玉米、大豆施氮总量(玉米、大豆施氮比例为3∶1)为副因素[设不施氮(NN,0 kg?hm~(-2))、减量施氮(RN,180 kg?hm~(-2))和常量施氮(CN,240 kg?hm~(-2))3个处理],研究了玉米/大豆套作系统下不同施氮量对作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:与相应单作相比,套作下玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37%和8.79%;套作大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量高于单作大豆;套作玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和套作大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高。各施氮水平间,减量施氮下玉米、大豆根际土壤真菌数量较常量施氮和不施氮均有所提高;施氮提高了玉米、大豆根际土壤放线菌数量;大豆根际土壤固氮菌数量以减量施氮最高,比不施氮和常量施氮高17.78%和5.67%;玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和大豆根际土壤脲酶活性均以减量施氮为最高。适宜的施氮量不仅能增加玉米/大豆套作土壤中真菌、放线菌、固氮菌的数量,还能提高土壤蛋白酶、脲酶活性,调节土壤氮素的转化,促进玉米/大豆对土壤中氮素的吸收,实现节能增效。     

晋西黄土区果农间作土壤养分空间分布

为了研究黄土区农林复合系统土壤养分的空间分布及效应,对山西吉县残塬面核桃×花生、核桃×大豆和核桃×玉米3种典型果农间作类型下0～100 cm土层中土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾进行了测定和分析。结果表明：1）3种间作类型土壤养分的空间分布特征具有一定的相似性。在垂直方向上,土壤养分含量随土层深度的增加而减少,并且距果树越远,土壤养分的垂直递减梯度越小;在水平方向上,离果树越近,土壤养分越少。2）效应分析结果表明,间作系统中果树与作物存在竞争,间作系统中作物土壤养分的综合效应优劣说明间作作物以花生为最佳、大豆其次、玉米最差。根据研究结果提出了研究区果农间作系统减少土壤养分竞争的相关建议：加强水肥管理、增加果树和作物的间作距离、设置根障。     

间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响

通过田间小区试验种植玉米(玉米单作、玉米∥大豆、玉米∥马铃薯),测定3个生育期(拔节期、大喇叭口期、抽雄期)玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量和土壤团聚体状况,分析间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响。结果表明:玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量随生育期的推移而增加,间作显著提高玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,玉米∥马铃薯玉米∥大豆。在抽雄期,玉米∥大豆、玉米∥马铃薯相比玉米单作0.25mm水稳性团聚体含量(R_(0.25))分别显著提高6.19%,8.17%;平均质量直径(MWD)分别提高5.04%,10.08%;几何平均直径(GMD)分别提高6.12%,12.24%;分形维数(D)分别显著降低0.72%,1.09%;团聚体破坏率(PAD)分别显著降低16.77%,26.08%。在根系分泌物最大的抽雄期,玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量与R_(0.25),GMD,D,PAD呈极显著相关关系(P0.01)。因此,间作可通过增加玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,进而提高土壤团聚体的稳定性。     

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。     

小麦蚕豆间作对红壤有效磷的影响及其与根际pH值的关系

在云南红壤上采用田间小区试验,通过测定分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期、灌浆～乳熟期不同土层深度小麦根际土壤有效磷(available phosphorus)含量和根际pH值,比较研究了小麦蚕豆间作对小麦根际土壤有效磷含量和pH值的影响,探讨了间作小麦根际pH与根际土壤有效磷之间的相互作用.结果表明,与小麦单作相比,小麦蚕豆间作显著地促进了小麦产量的提高.同时,小麦蚕豆间作促进了小麦根际土壤有效磷含量的提高,分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm土层单、间作差异显著;间作显著降低了分蘖～拔节期10-20 cm土层、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层小麦根际土壤pH.分蘖～拔节期、灌浆～乳熟期,单、间作小麦根际土壤有效磷含量与根际pH呈负相关关系.试验表明,在红壤上间作小麦根际土壤有效磷含量的提高与间作降低根际pH有密切关系.