腐植酸促进植物生长的机理研究进展

【目的】腐植酸在我国农业生产中发挥了重要作用,许多研究证实,腐植酸具有促进植物生长的功能,本文从腐植酸刺激植物根系生长、调控土壤与肥料养分转化及肥料利用率和影响土壤微生物和酶活性方面,系统总结了国内外施用腐植酸促进植物生长的途径,阐述了腐植酸对植物生长促进作用的机理,旨在梳理腐植酸促进植物生长机理的研究现状,为腐植酸的进一步研究和应用提供参考依据。[主要进展]1）腐植酸能够对植物产生类似生物刺激素的效应。它能够提高植物根系H+-ATP酶等的活性、刺激植物根伸长和侧根生长点的增加,从而增加根系活力及植物根系与土壤养分的接触面积,增加植物对养分的吸收;2）逆境胁迫下,腐植酸能够通过调节植物体内的新陈代谢并改善植物生长环境,缓解甚至消除逆境胁迫对植物的伤害,从而促进植物生长;3）腐植酸能够通过与氮素、磷素和钾素发生结合效应,与磷酸盐产生竞争效应和对钾离子的吸附作用固持与活化土壤与肥料中的养分,提高土壤肥料有效性和缓释性能,提高肥料利用率,从而促进植物生长;4）腐植酸还能够影响土壤中与养分转化相关的酶活性和微生物群落结构及数量,在活化养分的同时,保蓄养分,降低养分的损失,为植物生长保障持久的养分供应;5）腐植酸对植物生长的促进效应受腐植酸结构特征、添加量和供试植物种类等因素的影响。[建议与展望]由于技术手段的限制和研究技术的差异,人们对腐植酸促进植物生长机理的认识还不够系统和深入,因此,腐植酸的基本特征、影响腐植酸作用的主控因子、土壤-植物系统中腐植酸促进植物生长的主要途径和腐植酸对土壤功能性微生物等的影响都将成为未来研究的重要方向。     

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。     

植物化感作用类型及其在农业中的应用

本文总结前人研究成果的基础上,对不同植物化感作用类型及其作用机制和在农业中的应用进行了探讨。植物化感作用包括化感偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。植物化感偏害作用是由植物根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。利用植物化感偏害作用控制田间杂草是一项环境友好型的可持续农业技术,并已在水稻化感抑草研究方面取得了较突出的成果。植物化感自毒作用(作物连作障碍)是造成作物产量降低、生长状况变差、品质变差、病虫害频发的现象。药用植物,特别是以根部入药的药用植物中,连作障碍表现更为突出。近年来研究结果认为根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系功能紊乱是导致植物连作障碍的主要因素。因此,改善土壤生长环境,恢复和修复根际土壤微生物结构平衡,增强生态系统机能是克服作物连作障碍的关键。植物化感自促作用(连作促进作用)是在植物根系分泌物促进下,根际土壤微生物之间此消彼长,有益微生物之间互利协作,土壤肥力和营养补给能力明显改善,从而增强植物根系抗性,促进植物生长发育,提高产量和品质的结果。牛膝的连作促进作用明显,有学者试图通过牛膝与其他不耐连作药用植物间作套种或轮作,实现药用植物生产的可持续发展。植物间的正相互作用(互惠作用)是作物间套种系统超产和养分等资源高效利用的重要机制,根系分泌物在介导根际微生物与植物的有利互作中起到重要作用。最后作者强调指出,存在于根际土壤的微生物群落的宏基因组组成是决定植物能否健康生长的关键。深入研究存在于土壤生态系统中的植物体外基因组的组成与演化机制,将成为借用现代合成生物学原理与技术,定向控制植物根际生物学过程,促进作物生产可持续发展的优先研究领域。     

促进根系健康的土壤微生态研究

土壤理化性质、根际养分与能量、不同品种和不同生育期的根系分泌物等均影响病菌在土壤中生长及对寄主侵染能力，施用有益微生物正成为调节土壤微生态促进植物根系健康的有效方法，大量繁殖有益微生物应用于农业生产其发展前景广阔。     

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。     

微生物在植物铁营养中的潜在作用

根据近十多年来相关研究成果讨论了土壤微生物在植物根系吸收铁中可能的作用机理。这种机理可能包括缺铁植物根系分泌小分子有机化合物,如酚类和黄素类等化合物,这些化合物作为抑菌剂和(或)作为微生物生长的碳源物质来影响根际(Rhizosphere)微生物的群落结构,并在植物根际诱导形成特异性微生物种群,此类特异性微生物转而通过分泌高铁载体(Siderophore),增加土壤中铁的生物有效性,从而提高了根系对铁的吸收。此外,与植物根系共生的一些微生物也会改善植物的铁营养,这种作用可能包括:根瘤菌(Rhizobium)的结瘤作用,增强植物耐缺铁的生理响应;根系感染的菌根真菌通过增加植物根系的养分吸收面积和分泌对铁具有螯合作用的物质来改善植物的铁营养。本文在讨论这种可能的微生物作用机制的基础上,指出今后的研究方向和有待解决的问题。     

紫云英-小麦混作体系中氮素转移对小麦生长的促进作用

关于根瘤菌与非豆科植物关系的研究近年来已取得了一定的进展。已有的研究表明，在自然条件下，根瘤菌能够在水稻及一些非豆科植物的根圈定殖及固氮，具有植物根圈促生（PGPR）作用，能促进植物根系有效地吸收土壤中的水分和养分，从而促进植物的生长发育，同时对植物体其他生命活动进行调控。还可以提高植物的抗逆性，减轻或抑制有害的根际微生物，从而间接促进植物生长。     

加气灌溉改善温室番茄根区土壤通气性

为揭示加气灌溉对温室番茄根区土壤通气性的影响,探索加气灌溉下土壤温度、氧气含量、充气孔隙度与土壤呼吸和土壤微生物呼吸的关系,试验设置作物-皿系数为0.6、1.0这2种灌水水平和加气、不加气地下滴灌,共4个处理。结果表明,与地下滴灌相比,加气灌溉下土壤微生物呼吸显著增大了11.5%(P0.05),土壤氧气含量、土壤呼吸、温度、和植物根系呼吸均有所增大。而且作物-皿系数为1.0灌水水平下加气灌溉与不加气相比,土壤和植物根系呼吸显著增大了25.5%和38.8%(P0.05)。因此,加气灌溉通过调控土壤水气配合条件,促进了土壤、土壤微生物和植物根系呼吸,有效改善了土壤通气性。而且相比于不加气地下滴灌和作物-皿系数为0.6水平下加气灌溉,作物-皿系数为1.0时加气灌溉在促进土壤和植物根系呼吸方面的效果更明显。另外,土壤温度、充气孔隙度和氧气含量是土壤和土壤微生物呼吸的重要影响因子。番茄生长前期,土壤呼吸与充气孔隙度和氧气含量显著正相关,与土壤温度显著负相关(P0.05);番茄生长后期,土壤和土壤微生物呼吸与土壤温度显著正相关,与氧气含量显著负相关(P0.05)。     

低分子量根系分泌物对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响

以黑土为供试土壤,采用化学试剂模拟根系分泌物进行室内培养试验,研究低分子量根系分泌物及主要组分对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响.结果显示,与对照相比,低分子量根系分泌物及主要组分短期内均显著提高了土壤微生物的活性,促进了>250μm大团聚体,尤其是>2 000μm团聚体的形成,显著增强了土壤团聚体的稳定性.低分子量根系分泌物中葡萄糖组分有利于土壤中细菌的生长,从而在细菌活动的驱动下,促进了微团聚体的形成;苹果酸和谷氨酸组分则有利于真菌的生长和繁殖,在真菌菌丝网络的缠绕和牯结作用下,促使微团聚体进一步胶结形成大团聚体.因此,低分子量根系分泌物中各主要组分共同参与并影响土壤的团聚化过程,改善根际微区土壤的结构,以利于植物根系的生长.     

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。     

根际促生菌Bacillus subtilisY-IVI在香草兰上的应用效果研究

【目的】香草兰为多年生热带经济作物,随着种植年限的增加,植株长势弱,土壤有益微生物减少,土壤微生物区系失衡,严重制约了香草兰产业的可持续发展。枯草芽孢杆菌作为一种根际促生菌,被广泛应用于促进作物生长,改善土壤微生物环境。本文将枯草芽孢杆菌Y-IVI接种在有机肥上,生产了生物有机肥,并就该生物有机肥对香草兰生长的影响进行了研究。【方法】采用温室盆栽试验,调查施用根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)Y-IVI及其经固体发酵制得的微生物有机肥料(Y-IVI:3×108cfu/g)后,香草兰植株地上部及根系的生长状况,采用选择性培养基方法研究了Y-IVI在香草兰根际土壤中的定殖能力及对香草兰根茎腐病致病菌-尖孢镰刀菌数量的影响。【结果】施用Y-IVI及BIO 4个月后,香草兰根际土壤Y-IVI数量仍可达到106cfu/g土,二者无显著差异,在处理OF和对照中未检测到菌株Y-IVI。施用生物有机肥香草兰地上部干重和根系干重均显著高于对照,分别增加了63.1%和59.4%,与不接种Y-IVI的有机肥处理(OF)相比,地上部干重显著提高了43.2%,根系干重提高了18%,差异不显著;施用Y-IVI菌液的处理植株地上部干重和根系干重均高于对照,但无显著性差异;处理BIO根系直径、根系表面积和总体积与对照相比分别增加了41.9%、88.9%和80.4%,均显著高于对照,总根长与对照差异不显著;处理BIO根系表面积和总体积与有机肥处理OF相比分别显著增加了41.9%和30.8%,根系直径与OF相比增加了10.1%,差异不显著;处理Y-IVI根系直径与对照相比显著增加了25.5%,但根系表面积和总体积与对照差异不显著;与对照相比,施用BIO及Y-IVI的处理根际土壤尖孢镰刀菌数量分别明显降低了52.2%和41.8%,施用有机肥OF的处理降低了10%,差异不显著。【结论】Y-IVI可稳定定殖于香草兰根际土壤对其生长起有益作用,含促生菌Y-IVI的生物有机肥料比单独使用促生菌菌液可以更有效地减少根际土壤中尖孢镰刀菌数量,降低连作生物障碍。施用生物有机肥料比施用化肥和有机肥更有效地促进香草兰地上部及根系生长,因此,施用由根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)Y-IVI制得的生物有机肥是解决香草兰连作生物障碍和提高收益的有效手段。     

浅析植物根分泌物与根际微生物的相互作用关系

综述了根分泌物与根际微生物、病原微生物的相互影响以及根际微生物作用几方面内容。根分泌物作用于周围环境产生根际效应,影响根际微生物的生态分布、种群组成,不同抗性品种根分泌物对病原微生物表现出促进或抑制的作用;而根际微生物又会对根分泌物起到修饰限制作用,通过各种途径改变根分泌物的数量、组成。根分泌物与根际微生物间的作用是相互的。此外,根际微生物在植物养分转化与吸收、病虫草害控制、物质循环等方面发挥着不可替代的作用。     

植物根孔研究进展

综述了植物根孔的研究方法,并从植物根孔对水分和溶质运移的影响、对土壤吸附和解吸过程的影响和对土壤微生物的影响等方面详细阐述了植物根孔功能研究的进展情况,指出了植物根孔研究方面存在的问题和今后应加强的研究领域。     

Long-term soil feedback on plant N allocation in defoliated grassland miniecosystems

Defoliation of plants is known to have effects on soil organisms and nutrient availability in grassland communities, but few studies have examined whether changes in soil attributes can further feed back to plant growth and plant nutrient content. To examine defoliation-induced soil feedbacks, we established replicated miniecosystems with a grass Phleum pratense, defoliated half of the systems, collected soil from both defoliated and non-defoliated systems and planted new seedlings into each soil. The two soils did not differ in promoting shoot and root growth. However, seedlings that grew in the soil collected from defoliated systems had higher shoot N content, allocated relatively more N to shoots and had lower root N concentration than those growing in the soil collected from non-defoliated systems. Our study provides novel evidence that defoliation can generate long-lasting changes in grassland soil that in turn can affect plant N allocation.     

Metabolic fingerprint of microbial communities from distinct maize rhizosphere compartments

The metabolic abilities of microbial communities extracted from maize rhizosphere and non-rhizosphere compartments were compared by using the Biolog® system. A double sampling protocol (from bulk soil to root surface and along the root) was used for testing the hypothesis that nature and quantity of rhizodeposits could be key factors governing microbial community structure. Rhizoplane microbes are closer to rhizodeposition sites than microbes living in the adhering soil. This proximity generates distinct pools of rhizodeposits between adhering soil and rhizoplane; the carbon pool available for adhering soil microbes is qualitatively and quantitatively different from the original one because of rhizoplane microbial activity. The first sampling was designed to extract microbes from these two compartments. Moreover the different parts of a root are known to release distinct pools of rhizodeposits; the second sampling along the root was designed to extract microbes from the main morphological parts of a root (ramification zone, root hair-elongation zone and apex). Bulk soil without plant (control soil) was also investigated to obtain microbes deprived from rhizodeposits. The comparative metabolic profiling revealed clear shifts between the microbial populations of the rhizoplane and the control soil ones. The main discriminating substrates were carbohydrates, amino acids and amides. Microbial populations from the ramification zone and the control soil were clearly separated from those of the root hair-elongation zone. This discrimination was mainly based on some carboxylic acids, carbohydrates, amino acids and amides. The sampling procedure and the community structure differences revealed in this study confirm a possible structural effect of maize rhizodeposits on telluric microbial populations.     

Rhizosphere microbiomes can regulate plant drought tolerance

Beneficial root-associated rhizospheric microbes play a key role in maintaining host plant growth and can potentially allow drought-resilient crop production. The complex interaction of root-associated microbes mainly depends on soil type, plant genotype, and soil moisture. However, drought is the most devastating environmental stress that strongly reduces soil biota and can restrict plant growth and yield. In this review, we discussed our mechanistic understanding of drought and microbial response traits. Additionally, we highlighted the role of beneficial microbes and plant-derived metabolites in alleviating drought stress and improving crop growth. We proposed that future research might focus on evaluating the dynamics of root-beneficial microbes under field drought conditions. The integrative use of ecology, microbial, and molecular approaches may serve as a promising strategy to produce more drought-resilient and sustainable crops.     

连作番茄根区病土对番茄生长及土壤线虫与微生物的影响

探索连作番茄根区病土对番茄根结线虫病的诱导效果及引起连作障碍的微生态机制,可为深入了解番茄连作障碍发生机理及探究番茄连作障碍防治方法提供科学依据。本研究利用盆栽试验,测定了番茄在健康土壤及接种病土土壤中生物学特性变化及根结线虫侵染状况,并分析鉴定了土壤中微生物及线虫的种类与数量。结果表明,接种连作番茄根结线虫病株根区病土会对番茄生长及根结线虫侵染产生影响:1)番茄苗期根系根结数达9个?株~(-1),健康土壤无根结;土壤线虫数量较健康土壤增加390.4%;收获期番茄根结线虫侵染率达62.7%,病情指数为80.0%。2)番茄生长受到抑制,叶片防御酶活性降低,收获期茎叶及根系鲜质量较健康土壤分别减少50.2%及33.1%,苗期番茄叶片PPO活性较健康土壤降低15.8%,POD活性较健康土壤增加24.0%,差异均达显著水平(P0.05)。3)番茄根系更易感染有害菌,根系内病原菌甘蓝假单胞菌数量较健康土壤增加463倍,根区土壤细菌、真菌及放线菌总数分别增加46.3%、94.5%及134.0%。4)食细菌线虫、食真菌线虫及植物寄生性线虫数量分别为健康根区土壤的3.3倍、1.6倍及7.3倍,其中的植物寄生线虫95.6%为根结线虫。综上所述,接入连作番茄根结线虫病株根区病土不仅导致番茄遭受根结线虫侵染,而且会导致土壤线虫总量及植物寄生线虫所占比例大幅增加,并使番茄根系内有害细菌数量显著增加,对番茄生长造成显著抑制作用,同时影响番茄的生理生化特性,受线虫侵染番茄防御性酶活性降低,使其更易被根结线虫及病原菌侵染,番茄根区土壤线虫、微生物及根系内优势细菌的种类与数量及其之间的作用发生改变。     

根际微生物对药材道地性的影响

在植物、土壤与微生物所构成的根际微生态系统中,微生物对于土壤肥力的形成、养分的转化吸收、植物生长发育以及植物病虫害的生物防治具有重要的作用.通过对影响根际微生物种群结构因素分析以及根际微生物影响土壤养分释放和植物生长等功能的初步探讨,以期为药材道地性的研究提供新的思路和方法,指导道地药材的生产和实践.