植物根系分布与根际微生态互作研究现状

本文综述了植物根系与根际相关理论、植物根系分布和根际的研究方法、植物根系分布与根际微生态互作的研究,以期为国内相关研究提供参考.     

林木根系分泌物与根际微生物研究进展

对林木根际微域环境的根系分泌物和根际微生物的研究动态进行了综述，重点介绍了根系分泌物与根际微生物的相互作用、根系分泌物与根际效应、根际微生物与林地土壤质量等方面的研究现状。此外，对当前在林木根际微域环境研究中存在的问题进行了简析与展望，并探讨了未来的发展趋势。     

根际微生态调节对杨树根系活力及土壤有效P转化的效应

以盆栽毛白杨、北京杨为试验材料,采用均匀设计,将外生菌根真菌（美味牛肝菌、褐疣柄牛肝菌）、植物生长调节剂（NAA）和植物抗病诱导剂（水杨酸）以不同配比混合形成根际微生态调节物,并施于苗木根部,研究其对苗木生长、生物量、根系活力、土壤酸性磷酸酶活性及土壤有效P的影响效应。结果表明,根际微生态调节物改善了苗木根际微生态环境,使毛白杨、北京杨盆栽苗的苗高、地径、总干质量均有较大幅度的提高,分别比对照增加16.0%~35.0%,19.4%~38.9%,15.5%~86.4%和12.5%~26.2%,1.6%~20.3%,33.6%~72.7%,幼苗生长更为健壮和迅速;使毛白杨根系活力比对照提高6.71%~33.64%,北京杨根系活力比对照提高1.49%~49.46%,根系活力与苗木的生长、生物量有较大相关性;使毛白杨和北京杨根际土壤酸性磷酸酶活性增强,分别增加20.91%~36.35%和13.39%~54.98%,对根际区域的土壤有效P具有明显的富集效应,富集率分别为7.49%~25.67%和17.85%~53.50%。     

根际微生态调节对杨树根系活力及土壤有效P转化的效应

以盆栽毛白杨、北京杨为试验材料,采用均匀设计,将外生菌根真菌(美味牛肝菌、褐疣柄牛肝菌)、植物生长调节剂(NAA)和植物抗病诱导剂(水杨酸)以不同配比混合形成根际微生态调节物,并施于苗木根部,研究其对苗木生长、生物量、根系活力、土壤酸性磷酸酶活性及土壤有效P的影响效应.结果表明:根际微生态调节物改善了苗木根际微生态环境,使毛白杨、北京杨盆栽苗的苗高、地径、总干质量均有较大幅度的提高,分别比对照增加16.O%～35.O%,19.4%～38.9%,15.5%～86.4%和12.5%～26.2%,1.6%～20.3%,33.6%～72.7%,幼苗生长更为健壮和迅速;使毛白杨根系活力比对照提高6.71%～33.64%,北京杨根系活力比对照提高1.49%～49.46%,根系活力与苗木的生长、生物量有较大相关性;使毛白杨和北京杨根际土壤酸性磷酸酶活性增强,分别增加20.91%～36.35%和13.39%～54.98%,对根际区域的土壤有效P具有明显的富集效应,富集率分别为7.49%～25.67%和17.85%～53.50%.     

香格里拉亚高山两种植被类型主要植物的丛枝菌根研究

以滇西北香格里拉亚高山地区生态严重退化的荒草坡植被类型和基本实现恢复的近原生林地植被类型中主要植物的丛枝菌根真菌(AMF)作为研究对象,对这些植物根系的AMF感染率及其根际土壤中的AMF孢子密度进行了调查研究。结果表明,荒草坡的10种植物和近原生林地的9种植物,均形成典型的丛枝菌根(AM)。荒草坡和近原生林植物根际土壤中的平均孢子密度分别为674±221(SE)个/100g土和290±72个/100g土。单因素方差分析表明,两植被类型的主要植物在根系AMF菌丝感染率以及根际土壤中AMF孢子密度方面的差异都极显著。同种植物在近原生林地具有较高的AMF感染率,而根际土壤中的孢子密度则是在荒草坡为高。相关性分析表明,所调查植物的根系AMF菌丝感染率与根际土壤中的AMF孢子密度间不存在相关性。     

科尔沁沙地3种灌木根际土壤pH值及其养分状况

根际一般是指根土界面数毫米范围内受根系影响的土壤区,它是水分和矿质养分进入根系、参与生物循环的门户,同时也是根系自身活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域(刘建军等,1998; 杨玉盛,1998).根际区具有许多不同于原土体的物理、化学和微生物学特性,如根际土壤微生物量及活性高于非根际区(焦如珍等,1999); 根际养分离子浓度与非根际区不同(曾曙才等,2003); 根际土壤pH值与非根际区不同(马健等,1998).     

提高植物磷高效利用能力方法的研究进展

磷是植物生长所必需的营养元素之一。但大多数土壤具有全磷含量高,有效磷含量较低的特点,难以满足植物生长的需要。而提高植物对土壤中磷素的吸收利用能力是解决土壤有效磷供应不足的有效途径。根系是植物吸收矿质养分的主要器官,其特性决定着植物对土壤磷的吸收和利用效率,因此分析根系及根际分泌物对土壤磷素的响应机制是提高作物磷效率的基础。同时通过外源添加土壤磷活化剂以提高我国磷肥利用率,也是促进植物磷高效利用的有效方法。但目前有关提高植物对磷的高效利用的研究主要集中于外源添加磷活化剂,根系形态结构的变化、根系与根际微生物互作方面,而在土壤系统中各个要素的相互作用关系极为复杂,因此,提出了在未来的研究中也不应局限于单一因素的研究发展,磷高效利用机理及方法还需进一步研究完善。     

根际环境内污染土壤的生物修复研究

指出了根际环境是根系和土壤相互耦合的生态和环境界面,对根际环境在污染修复过程中的研究成为当前土壤学和土壤生态学研究中的一个重要课题。总结了根际环境内根系和根系分泌物对污染土壤中重金属,有机污染物的吸收、降解、固定的生态功能;根际环境内的细菌对污染土壤中重金属,有机污染物的吸附、氧化一还原以及趋化性作用;根际环境内的菌根真菌对污染土壤中重金属,有机污染物的吸收、屏障及螯合作用;根际环境内的土壤动物对污染土壤中重金属,有机污染物的破碎、分解、消化和富集作用,并探讨了应该加深的研究方向。     

微型土壤动物在根际中的相互作用

土壤微生物、植食性昆虫、土壤动物等通过植物形成一个相互联系的有机体,但目前研究多针对单个生物群体,对这些生物体的累积作用和相互作用的认识并不完善,同时微型土壤动物在根际中重要地位往往被忽视。文中结合根际微型土壤动物与植物及微生物相互作用的相关研究,阐述微型土壤动物在植物生长过程中是如何发展和相互作用的。植物与根际微型动物间的相互作用显然不仅局限于微型动物的矿化活动,对植物造成的影响并不单一。相反,植物、共生菌群、土壤动物和土壤营养状况与微动物群间存在复杂的相互作用,微型土壤动物影响植物并受植物的影响。     

臭氧胁迫对树木根系影响研究进展

对流层中高浓度的臭氧是一种严重危害植物的大气污染物,臭氧浓度的升高会对农作物、林木等产生一系列的损害。根系是树木生存的基本要素,臭氧对根结构的根本性改变会最终影响根功能,从而影响树木的整体健康以及对环境胁迫的抗性,通过综述臭氧胁迫对森林树木根系影响的研究进展,可以为我国学者进一步了解臭氧对森林树木根系生态影响提供科学素材。有关大气臭氧浓度升高对森林树木根系生态的影响,目前研究主要包括森林树木根系生长、细根动态和周转、根系呼吸、根系碳水化合物、菌根、根际微生物的响应变化等几个方面。臭氧对树木根系的影响与臭氧浓度、树种、树龄、群落组成及种植条件相关。目前有关臭氧胁迫对树木根系的机制研究还比较缺乏,今后应该加强臭氧胁迫下根系形态构型的原位观察测定和定量分析研究,内源激素响应,胁迫信号感受、转导与其它信号途径的互作关系以及分子生物学机制方面的研究。     

苹果根际土pH值和有效养分的研究

通过对田间和盆栽树细根和土壤的测定表明，苹果根际土与非银际土在有机质含量，过氧化氢酶活性，ｐＨ值和有效养分等方面有明显差异。苹果根际土ｐＨ值受施肥种类的影响结果与禾谷类作物相似，叶片蒸腾速率的增大会引起根际土，ｐＨ值的下降，而根系活力对根际土ｐＨ值无影响，根际土有效养分含量与非根际土有效养分含量有很好的相关性，而非根际土有效养分含量与细根内相应元素含量的相关性比根际土与细根的好。根系的吸收能力影响     

接种平滑白蛋巢菌对蒿柳根系分泌物代谢组的影响

[目的]虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但目前尚不清楚接种白腐真菌对植物根系分泌物的影响,后者与根际PAHs降解菌的生长和PAHs的生物降解密切相关。基于此,我们开展PAHs污染土壤中接种白腐真菌对植物根际土壤代谢组的影响研究。[方法]在温室中设置了PAHs污染土壤的盆栽修复实验,以蒿柳(Salix viminalis L.)作为植物修复树种,基于LC-MS检测,重点比较PAHs污染土壤中接种平滑白蛋巢菌(Crucibulum laeve)对蒿柳根际土壤代谢谱的影响。[结果]分别在正离子模式(POS)和(NEG)模式下鉴定出881和828种代谢物,不同处理之间代谢物的组分及其含量存在显著差异。比较分析了差异代谢物并鉴定出18个潜在根系分泌物组分,接种平滑白蛋巢菌显著减少了蒿柳根际土壤代谢物的组分和含量,其中16种根系分泌物的含量明显降低。[结论]接种白腐真菌促进了植物根系对广谱土壤化合物的吸收能力,推测植物根系对白腐真菌的刺激作用做出应答,引发了植物PAHs提取能力提高,对揭示植物-白腐真菌联合修复的作用机理有重要意义。     

盐胁迫下植物根系特征及其微生物的互作关系

盐胁迫是一种常见的逆境胁迫,对植物的生长发育和土地环境都会产生一定的影响。植物与土壤中的微生物可以形成稳定的微生态系统,其中微生物可以促进植物获取养分,植物分泌物可以为微生物提供养分。结合近年来国内外根系-土壤-微生物之间相互作用的研究现状,为更好地了解并应用微生物,深入探究盐胁迫下植物根系形态特征和根系微生物的变化,有助于提高植物耐盐性,改善盐碱地土壤环境。文中就盐胁迫下植物根的各项形态和生理指标变化,植物不同种类及不同根系生态位对微生物的影响,以及耐盐菌种的筛选鉴定和开发进行总结分析,综述植物抗盐机制以及对土壤微生物的影响,并探讨盐碱环境下共生微生物在盐碱土壤改良及利用中的重要作用,以为盐碱地的开发利用提供参考。     

植物根系生物学研究进展

根系生物学是近十几年来兴起的一门专门研究植物根系的前沿学科,研究领域涉及形态学、生理学、发育生物学、分子生物学、遗传学等多个学科。根系生物学是重要的生态和农业指标,对于保护和利用植物资源、改良植物遗传品质和提高植物生产力具有重要的指导作用。文中从根系构型、根系生长发育与环境、根际、根系解剖结构以及根系遗传改良等方面总结归纳植物根系生物学的研究进展,阐明根系生物学的研究意义,在探讨当前根系生物学研究存在问题的基础上提出今后研究建议。     

棕榈藤生态学研究现状及展望

开展天然林生态保护研究是新时代的要求。文章综述了国内外棕榈藤在区系分布、种群结构及空间分布格局、生态位定量化、中性理论、种间关系及其异质环境适应性响应规律等方面的研究现状,指出根际微生物、根际分泌物与根系形态互作效应、地上生态学与地下生态学互作机理是未来棕榈藤生态学研究的重点方向。     

林木根系与根际微生物的相互作用

根系与土壤微生物在根际中进行的一系列复杂的相互作用近年来越来越受到人们的关注.虽然现有研究已取得较大突破, 但更多地是对农作物的关注.文中总结和分析了林木根系与土壤微生物在根际中进行的一系列相互作用, 分别从根际效应、化感作用、致病作用及菌根4个方面加以阐述, 指出研究中存在的问题并对今后的研究加以展望, 希望有助于从新的角度增进人们对林木根系与微生物间关系的认识.     

凋落物输入对根系分泌物碳输入及土壤氮的影响

以马尾松人工林及林下灌木短柱茶为研究对象,采用根系分泌物原位收集法,分析凋落物处理[对照(保持原状凋落物不变,CK)、去除凋落物(LR)、添加凋落物(LA)]对两树种根系分泌物碳输入速率、根际土壤氮含量和氮转化相关酶活性的影响,并分析其相关关系。结果表明:凋落物输入量变化对马尾松和短柱茶根系分泌物碳输入速率无显著影响。同一凋落物处理下,马尾松和短柱茶根系分泌物碳输入速率无显著差异。凋落物输入量变化不显著影响根际土壤氮含量及马尾松根际土壤脲酶、羟胺还原酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性,短柱茶根际土壤硝酸还原酶活性表现为去除凋落物处理显著大于对照,其余氮转化相关酶活性未表现出显著差异。可能是凋落物处理时间较短,凋落物未完全分解或者是林分年龄较大有关。相关关系结果表明,单位根长根系分泌物碳输入速率与根际土壤全氮(TN)含量呈显著负相关关系,单位根表面积根系分泌物碳输入速率与根际土壤硝态氮含量(NO-3-N)含量呈显著负相关关系。表明根系分泌物碳输入与根际土壤氮素相互影响。     

稀土铈对芥菜生理效应及其土壤酶系统影响研究

通过水培-土培实验,研究了芥菜在Ce的6个浓度梯度下的叶绿素含量、根系活力、抗氧化酶活性和土壤酶活性。结果表明:低浓度Ce处理能促进植物的生长,而当其超过某一浓度时则对植物起抑制作用,并对植物产生毒害,到土壤Ce含量为1500mg/L时,植株生长已受到明显抑制作用;植物的生理效应能很好的反映植株的健康情况,随着土壤Ce含量增加,芥菜中叶绿素含量、根系活力、SOD活性、POD活性、CAT活性总体上均呈现先上升后下降的趋势。当超过某一浓度(1500mg/L)后,Ce对芥菜的毒害作用随Ce浓度增加而增强;土壤酶活性不仅受到根际土壤环境的影响,而且不同种类的酶受到根际土壤影响的效应也不相同。芥菜根际土壤中,土壤脲酶、磷酸酶、纤维素酶、转化酶对Ce均表现为激活效应,而过氧化氢酶则表现为先激活后抑制。本研究旨在为芥菜对铈污染土壤的修复能力提供实验数据,同时进一步为受污区特别是稀土矿区的蔬菜食用安全提供科学依据。     

冀北山区不同植被恢复类型根际土壤细菌群落结构及多样性

【目的】研究冀北山区不同植被恢复类型对根际土壤细菌群落结构特征和多样性影响,探索自然和人工恢复对土壤微生物的作用机制,为该区域植被恢复与管理提供理论依据。【方法】以自然恢复的灌草丛、灌木林、次生林以及人工恢复的人工林根面、根际和非根际土为研究对象,通过Illumina Miseq平台对细菌16S rRNA的V3—V4片段进行高通量测序,分析土壤细菌α、β和功能多样性、群落结构组成以及与环境因子的关系。【结果】1)各恢复类型细菌α多样性差异显著(P0.05),次生林土壤细菌丰度和多样性均高于人工林,灌草丛多样性高,丰度最低;灌木林丰度高,多样性最低。不同根际范围土壤细菌α多样性差异不显著(P0.05),整体表现为根面和根际土高于非根际土。2)次生林和人工林土壤细菌群落结构有一定相似性;次生林与灌草丛、灌木林土壤细菌群落结构差异较大。根际土与非根际土细菌群落结构有一定相似性,根面土与根际、非根际土细菌结构差异较大。3)变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门为优势类群。各样地有机质分解菌群(变形菌门、放线菌门和拟杆菌门)丰度差异显著,灌草丛和次生林显著高于其他样地,根面和根际土显著高于非根际土。固碳和固氮菌群(芽单胞菌门和厚壁菌门)分布较均匀。4)土壤田间持水量、有机质和全磷、植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数是影响土壤细菌群落的主要因素。土壤因子(田间持水量、有机质和全磷)对灌木林和灌草丛非根际土细菌影响极显著,对根面和根际土细菌作用较小;植被因子(植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数)对乔木林(次生林和人工林)不同根际范围土壤细菌群落影响均达到极显著水平。5)新陈代谢功能在KEGG上的编码基因数量最多,是土壤细菌的优势功能。各土样细菌群落KEGG功能基因序列数量和多样性差异显著,说明各植被恢复类型根际土壤中有许多具有各自独特功能的菌种,但土壤和植被不能决定土壤细菌功能多样性。【结论】恢复方式、植被类型和根系对冀北山区土壤细菌群落结构和多样性均有影响,其中恢复方式对土壤细菌多样性作用更明显,植被类型对土壤细菌群落结构影响更显著。距离根系越近,土壤细菌多样性越高,土壤细菌群落结构与非根际土差异越大。此外,环境因子如土壤养分、水分含量及植被分布状况等均与土壤细菌群落结构及多样性有关。     

褐环乳牛肝菌对马尾松幼苗根际土壤微环境的影响

为探索菌根-土壤-植物共生体系原理,以马尾松为供试植物,研究褐环乳牛肝菌Sl12、Sl13对苗木根际和非根际土壤pH值、酶活性和可培养微生物数量的影响。结果表明:(1)褐环乳牛肝菌接种处理会使苗木根际土壤的p H值降低0.13。(2)褐环乳牛肝菌在不同程度上增加根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性,与CK相比,Sl13菌株根际土壤酶活性分别增加47.14%、8.86%、5.91%、22.38%。(3)接种褐环乳牛肝菌能显著增加根际土壤细菌、放线菌、真菌的数量。其中,Sl12菌株能显著增加土壤中可培养真菌数量,提升效果优于Sl13。与CK相比,接种组Sl12菌株根际真菌数量增加63.75%,Sl13菌株增加39.06%。研究表明褐环乳牛肝菌通过改变马尾松苗木的根际土壤微环境,从而促进植物生长发育,提高植物抗逆性。