根系分泌物的化感作用及其对土壤微生物的影响

总结了根分泌化感物质的种类及其化感效应,分析了生物和非生物因素与根系分泌化感物质之间的关系。此外,根系分泌化感物质的研究手段对于所取得的研究结果至关重要,其中根分泌物收集系统是收集根分泌化感物质的常用而可行的方法之一。对于根分泌化感物质的分离鉴定技术有多种,可根据需要选择适宜的分离方法。还列举了一些作物根分泌的化感物质对根际微生物产生的影响,阐明了根分泌的化感物质所起的重要化感作用。根分泌物化感作用的研究已成为土壤生态学领域的热点与前沿课题,自然条件下原位收集鉴定植物根系分泌物中的化感物质等诸多问题是该领域今后的研究重点。     

甘蔗根际土壤化感潜力评价及其化感物质分析

以"福农28"和"赣蔗18"的新植、宿根甘蔗根际土壤为材料,以未种植甘蔗的土壤为对照,探讨甘蔗根际土壤水浸提液及不同极性有机溶剂浸提液化感作用潜力及其主要化感物质成分(GC-MS鉴定)。结果表明:甘蔗根际土壤的水浸提液对莴苣幼苗具有化感作用,表现为高抑低促,且宿根甘蔗根际土壤水浸提液对莴苣的抑制作用比新植甘蔗强;有机溶剂浸提液的生物测试结果表明,弱极性的乙醚、石油醚浸提液对莴苣具有一定的促进作用,中极性的氯仿和强极性的甲醇浸提液则相反,且甲醇浸提液对莴苣的抑制作用最强。水浸提液及有机溶剂浸提液的测定结果均表明,"赣蔗18"宿根甘蔗根际土壤的化感潜力高于"福农28"。"赣蔗18"宿根甘蔗根际土壤甲醇浸提液物质成分分析结果表明,"赣蔗18"宿根甘蔗根际土壤中存在与化感作用相关的物质有54个,主要分为5大类:酸类、萜类、酚类、甾类、酯类。     

化感植物根际生物学特性研究现状与展望

植物的根际是一个复杂的微生态系统,植物的根必须与入侵的邻近植物根及大量以有机物质为营养的细菌、真菌、土存害虫相互竞争空间、水分、矿质营养等。在土壤中,根与根际生物体的相互作用相当复杂且受到许多土壤因素的影响,地下根际生物体以根分泌物为媒介相互作用的机制比发生在地表的生物体的相互作用复杂的多。越来越多的试验表明,根分泌物在根与根、根与根际微生物间起着重要作用,并以其为媒介在植物与环境的相互作用中起着传递信息的作用。本文在简要综述前人研究的基础上,深入探讨了化感植物根际生物学问题及攻克途径,以期为深入研究植物化感作用提供依据。     

化感物质对土壤硝化作用的影响

试验研究了3种化感物质－苯甲酸、对羟基苯甲酸和阿魏酸在3种浓度（0.5mmoL、2.5mmoL和5.0mmol）、不同pH、不同土壤含水量等环境因子作用下对土壤硝化作用的影响,在第1d、4d、7d、10d、14d取样与对照比较,测定其对土壤中NH4^ -N转化为NO3^--N过程中的影响。结果表明,阿魏酸和苯甲酸对硝化作用的抑制率略高于对羟基苯甲酸,且阿魏酸随浓度升高而抑制作用加强。研究所采用的2种不同pH的土壤未表现出明显的差异;不同土壤含水量对转化为NO3^--N的总量影响较大,不加水的土壤样品NO3^--N的转化量很少,且随时间的推移其总量无多大为变化,而饱和含水量的样品NO3^--N的转化量随时间的推迟其总量一直上升,说明水分对土壤中NO3^--N的转化起着非常重要的作用。     

嫁接西瓜根、茎叶的化感效应及化感物质的鉴定

以南瓜作砧木嫁接西瓜,研究嫁接西瓜的根、茎叶浸提液对西瓜种子发芽和幼苗生长的化感效应,并对嫁接西瓜根和茎叶中的化感物质进行了GC-MS检测。结果表明,2.5、5、10和20g/L 4个浓度的浸提液（西瓜/南瓜嫁接苗,南瓜自根苗,西瓜自根苗的根、茎叶）对西瓜种子发芽和幼苗生长均呈现出低促高抑的规律。浸提液浓度为2.5g/...     

植物化感物质对种子萌发的影响及其生态学意义

化感现象作为植物之间的一种相互作用方式,在农林业生产中广泛存在。合理利用植物之间的化感作用,对于生产实践具有重要的指导意义。研究表明,化感物质可促进或抑制不同物种种子的萌发过程,这对于植物的生长发育、植物群落的组成与分布以及生态系统的平衡有着重要影响。本文从化感物质对种子萌发的影响与其生态学意义两个方面进行了综述。一方面,在阐述化感作用影响种子萌发的基础上,进一步总结了化感物质抑制植物种子萌发的生理生化机制。包括:化感物质通过抑制胚根和胚轴的伸长,破坏亚细胞结构,干扰植物激素及活性氧的合成与代谢,造成细胞损伤,从而阻碍种子萌发;抑制种子中储存物质的代谢,阻碍种子萌发过程中的物质以及能量转换,导致种子萌发受阻等。另一方面,本文从化感作用在抑制农田杂草及影响生态系统稳定性两个方面,阐述了化感物质调控种子萌发的生态学意义。讨论了农作物的化感抑草作用,农林业生产中的化感自毒作用以及化感作用造成的生物入侵等,以期为农林业生产提供借鉴。最后,根据目前研究进展,对本领域未来研究方向进行了展望和讨论。     

化感物质对土壤硝化反应影响的研究

研究了４种化感物质硝化反应的影响，试验结果表明，化感物质能减少ＮＨ＾＋４向ＮＯ３＾－氧化，且高浓度比低浓度效果显著。４种化感物质的硝化抑制顺序为：阿巍〉对叔丁基苯甲酸〉对羟基苯甲酸〉苯甲酸。不同的温度和肥料可影响化感物质的硝化抑制作用。     

几个树种化感物质的初步分离与生物测定

对杉木、丝栗栲以及木荷叶片的化感物质进行初步分离，并用杉木种子进行生物测定结果表明，丝栗栲和木荷叶片经丙酮和乙酸乙酯萃取浓缩后，经乙醇提取的极性化感物质活性大于石油醚提以的弱极性化感物质活性，杉木叶片分别经丙酮和乙酸乙酯萃取浓缩后，经石油醚提取的弱极性化感物质活性大于乙醇提取的极性化感物质活性，这在一定程度上可以推断丝栗栲和木荷叶片化感物质对杉木种子发芽促进作用较强的是极性化感物质，杉木叶片化感物质对杉木种子抑制作用较强的是弱极性化感物质。     

化感作用在杂草控制中的应用

杂草危害农作物的生长和发育,而大量施用除草剂会造成环境污染和增加杂草抗药性。利用植物相互间化感作用控制杂草非常有效,抑草植物通过释放化感物质并与杂草竞争生存环境,进而对杂草发芽和生长产生抑制作用。轮作、耕作等措施影响植物残茬化感物质的释放,造成抑草效果不同。化感育种是解决杂草危害的最有效途径,可使植物具有对杂草抑制作用的化感性状。     

水稻化感物质作用特性的研究

在对水稻化感作用生理生化特性研究的基础上，进行了水稻叶片浸提液的GC-MS分析和相关酶的活性测定。结果表明，水稻叶片中苯丙氨酸裂解酶（PAL）和肉桂酸-4-羟化酶（CA4H）活性的大小与酚的含量密切相关，同时水稻化感作用强度与其肉桂酸含量呈正相关关系。而与其水杨酸含量呈负相关关系，因此水稻化感作用是由许多化感物质共同作用的结果。     

棉花根际促生菌基因组DNA的提取及其鉴定

植物根际微生物基因组的提取往往因为细胞壁不能完全裂解以及内含物的成分和含量受到影响,获得完整的基因组DNA一直是土壤微生物分子生物学研究的关键。本文以新疆盐碱地棉花根际促生菌为材料,比较了SDS法、CTAB法以及高盐结合的CTAB法提取棉花根际促生菌基因组DNA的效率,结果显示,SDS法和CTAB法在细胞裂解后,由于过多的多糖类物质混于上清液中使其过于粘稠而无法分层,没能得到DNA样品。高盐结合的CTAB法则有效弥补了上述方法的不足,能够获得A260/A280为1.82、A260/A230为2.43的高质量基因组DNA。同时实验还以细菌16SrDNA为内标进行PCR扩增,结果证明所获得的棉花根际促生菌基因组DNA可直接用于PCR等分子生物学进一步研究。     

断根和施肥对杨树人工林根际土壤肥力及生物学特性的影响

采用田间小区试验研究了不同的断根和施肥措施对I-107杨树人工林根际养分、微生物数量及酶活性的影响。结果表明:相同处理的杨树林地根际土壤pH均低于非根际土壤,而有机质、速效氮、速效磷、速效钾、有效铜和有效锌的含量均高于非根际土壤;与其它处理相比,断根施肥处理的根际土和非根际土壤速效养分含量最高,差异达显著水平;与对照相比,断根施肥处理显著提高了林地土壤的脲酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性,而施肥未断根处理少量增加了此5种土壤酶活性,断根未施肥处理则降低了土壤酶的活性。各处理林地土壤微生物数量大小次序为:断根施肥>施肥未断根>断根未施肥>对照。由此可得出,施肥和断根措施相结合可有效改善根系土壤环境,提高林地土壤肥力。     

植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究

介绍了近10年来植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究进展。植物根系稳定表土层结构、提高土壤入渗性能和抗剪强度、增强土壤抗冲性的有效性机理是植被抵抗径流侵蚀动态过程及土壤侵蚀预报研究亟待加强的关键科学问题。     

植物根系强化黄土土层化学风化速率的作用

黄土的风化主要为植物群落根系的物理作用及其所引起的生物化学作用。利用原状土柱淋滤实验装置及大型挖掘剖面壁法,在陕北黄土丘陵沟壑区进行野外实验研究,定量分析了林、草和农地土壤化学风化的剖面特征及动力学过程。研究结果表明,黄土土层的化学风化具有明显的垂直剖面分异特征,即风化速率随土层深度增加而递减。土壤化学风化的动力学过程可划分为急剧减小和稳定状态两个阶段。不同植被类型土壤风化速率及主导风化矿物组合类型的剖面差异主要受制于直径≤1mm的须根在剖面中的缠绕分布特征。植物根系对土壤风化作用的强化效应为油松林群落>白草群落;油松林群落和白草群落根系显著提高矿物风化速率的稳定土层深度范围分别为0～45cm和0～30cm,有效根密度分别在17根/100cm2和60根/100cm2以上。     

有限供水对夏玉米根系生长及底墒利用影响的研究

设计5种不同供水处理进行对夏玉米根系生长和底墒利用的影响试验。结果表明,有限供水对夏玉米根长的影响效应比根生物量显著,有限供水能促使夏玉米更多地利用土壤底墒,供水少,底墒利用率高,凸现出夏玉米对土壤缺水干旱的生理性适应机制和抗旱生态反应。5种供水处理以供水151．3mm,耗水190．1mm的夏玉米产量收获指数和水分利用效率最高。改变高水高产的传统耕作观念,推行有限供水,生育期内合理调配灌水量,提高水分利用效率,发挥土壤水库的调节作用,达到稳产又节水的生态农业目的。     

黄土高原典型植被根系对土壤团聚体及其有机碳组分的影响

为探究植被根系作用下不同粒径团聚体内碳组分含量的相对变化及其主要影响因素,以黄土高原地区自然生长的直根系植物铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.)和须根系植物长芒草(Stipa bungeana Trin.)典型植被为研究对象,以退耕1年撂荒地为对照样地(CK),测定各粒径团聚体质量占比及其土壤有机碳(SOC)、颗粒态有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)含量,分析土壤基本理化性质和根系特征参数与不同粒径团聚体碳组分特征间的相互关系。结果表明:(1)与撂荒地相比,铁杆蒿和长芒草样地均显著提高POC和MAOC含量,POC含量变化幅度均大于MAOC。铁杆蒿和长芒草样地显著提高各粒径团聚体碳组分含量,＞0.25 mm大团聚体中POC和MAOC含量增幅较微团聚体更大,分别为7.44~8.26倍和3.76~4.37倍。(2)大团聚体有机碳含量与POC、MAOC均为极显著相关,小团聚体有机碳含量与POC显著相关,微团聚体有机碳含量与MAOC显著相关。团聚体对POC的包裹和对MAOC的结合作用共同存在,同时二者以不同的影响方式作用于团聚体有机碳变化,继而影响土壤总有机碳,其中,小团聚体有机碳含量是最主要的影响因素。(3)土壤团聚体碳组分与植被根系参数显著相关,根表面积密度(RSAD)和根生物量密度(RWD)是影响团聚体碳组分的主要因素,其解释方差分别为50.5%,17.0%。通过碳组分对各粒径土壤团聚体有机碳的影响,植物根系能够有效提升土壤有机碳含量并改善土壤质量。该研究结果为黄土高原地区土壤固碳与植被恢复提供参考。     

Interaction Between Plant Roots and Soil Water Flow in Response to Preferential Flow Paths in Northern China

Preferential flow is expected to provide preferential channels for plant root growth and variations in soil water flow, but few studies were conducted to imply the impacts of these changes, particularly for preferential flow in stony soils. This study aimed to characterize soil water flow and plant root distribution in response to preferential flow paths and quantitatively describe the relation between plant root distribution and soil water flow. Field dye‐tracing experiments centered on experimental plants were conducted to determine the root length density and soil water flow process. Laboratory analyses were performed to characterize changes in the relative concentration of the accumulated effluent and the degree of interaction between plant roots and soil water flow. The amount of fine plant roots with preferential flow paths decreased with increasing soil depth for all experimental plots. The largest plant roots were recorded in the upper soil layers to a depth of 20 cm. The relative concentration of the accumulated effluent increased with time and decreased with soil depth under saturated soil conditions, whereas a distinct early turning point for the relative concentration of the accumulated effluent was observed in the 0–20‐cm soil columns, and the relative concentration of the accumulated effluent initially decreased and then increased with time under unsaturated soil conditions. This study provides quantitative information with which to characterize the interaction between plant roots and soil water flow in response to preferential flow paths in soil–plant–water systems. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

G111公路讷嫩段9种护坡灌木根系增强土壤抗蚀性比较

国道G111讷嫩段是较严重的风沙区,选取9种东北常见绿化灌木,对其根系土壤抗蚀性进行研究。首先以全根挖掘法考察其根系形态分布特征,以静水崩解法确定不同灌木根系土粒抗蚀指数大小变化,最后用主成分分析法对衡量土壤抗蚀性的25项指标进行分析。结果表明:9种灌木土壤抗蚀性的增强效应不同,但都随着土层深度增加,抗蚀指数呈下降趋势,并且9种灌木土壤抗蚀指数(S)都随浸水时间(t)呈三次函数曲线变化(R2≥0.82)。微团聚体、有机质、速效钾、>5 mm和0.5~2 mm土壤大团聚体及<1mm根系生物量、根系长度,在植物对土壤抗蚀性增强效应中起主要作用,它们的公因子方差都超过了0.90。9种灌木根系对土壤抗蚀性增强效应依次为:紫丁香>树锦鸡儿>爬地柏>红瑞木>东北连翘>辽东水蜡>紫穗槐>毛樱桃>红王子锦带,建议对前5种灌木进行推广应用。     

黄土高原刺槐林地根系与枯落物对土壤侵蚀的影响

为探讨自然条件下黄土高原地区刺槐林地枯落物和根系对土壤侵蚀的影响。采用5个坡度(8.7%,17.6%,26.8%,36.4%和46.6%)及3种流量(0.5,1.0,2.0 L/s)分别在有枯落物覆盖、去除枯落物的植被和裸坡样地进行试验,探讨刺槐林地枯落物和根系对土壤侵蚀的影响。结果表明,枯落物和根系对土壤侵蚀有显著影响,当枯落物厚度超过3 cm、根系密度>0.5 kg/m³时,土壤侵蚀量减小程度趋于稳定。与裸坡相比,刺槐林地土壤侵蚀量减少约55%,且根系和枯落物对土壤侵蚀量减少的贡献率分别为66%和34%。此外,枯落物与根系可降低土壤可蚀性,增加土壤剪切力,进而增强土壤的抗蚀能力。与裸坡相比,有枯落物覆盖和去除枯落物覆盖的植被样地土壤可蚀性分别降低80%和66%,土壤剪切力分别提高285%和237%。研究结果为揭示森林植被的土壤侵蚀机制提供新的思路,对改善黄土高原的植被建设具有一定的指导意义。     

黄土高原不同封育年限草地土壤与植物根系的生态化学计量特征

黄土高原特别是干草原地区植被演替的研究比较薄弱。当前植物生态化学计量学的研究主要集中在植物叶片方面,对根系的研究较少。选取宁夏云雾山草原植被不同封育年限的土壤和植物样品,以生态化学计量学原理为基础,测定并分析了土壤与根系的碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量比与相互关系。结果表明:(1)随着封育年限的增加,土壤容重逐渐减小,土壤有机碳和全氮变异性较大,全磷变异性较小,且封育初期土壤有机碳和全氮含量先降后升,至封育20、30年,保持相对平稳。0~20 cm土层土壤的碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)分别为9.04~9.63、19.62~32.27、2.14~3.37,20~40 cm土层土壤的分别为8.68~9.22、15.74~26.32、1.80~3.03。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关。(2)植物根系C、N、P含量变化范围分别为357.6~381.4 g kg-1、7.35~8.18 g kg-1、0.54~0.70 g kg-1;根系中的C元素含量随封育年限的增加逐渐升高,N、P元素含量均小于全球平均值。根系C∶N随着封育年限的增加变异性较大,C∶P、N∶P随着封育年限的增加变异性较小。(3)植物根系的C∶N∶P化学计量特征受土壤的影响调控大于其自身,且土壤磷含量对植物根系C∶N∶P生态化学计量特征影响的显著性(p0.01)大于土壤氮含量(p0.05)。此外,该地区封禁后,草地生产力易受到土壤N含量的限制。