不同抗性蚕豆品种根系分泌物对枯萎病菌的化感作用及根系分泌物组分分析

蚕豆枯萎病是土传病害,其发生与蚕豆根系分泌物有密切关系。本文以3个枯萎病不同抗性蚕豆品种——‘89-147’(高抗)、‘8363’(中抗)和‘云豆324’(感病)为材料,通过水培试验收集根系分泌物,测定根系分泌物对镰刀菌孢子萌发和菌丝生长的影响,分析对枯萎病表现出不同抗性的蚕豆品种根系分泌物中糖、氨基酸和有机酸的含量,分离鉴定了根系分泌物中氨基酸和有机酸的组分。结果表明,抗病品种的根系分泌物抑制了尖孢镰刀菌的孢子萌发和菌丝生长,在加入5 mL中抗品种根系分泌物时,显著促进尖孢镰刀菌孢子萌发,但对菌丝生长无显著影响;而在加入1 mL感病品种根系分泌物时,就能显著促进尖孢镰刀菌孢子萌发和菌丝生长。不同抗性蚕豆品种根系分泌物中氨基酸总量和总糖含量随抗性的降低而升高,有机酸分泌总量则随蚕豆品种对枯萎病的抗性增加而升高。感病品种和中抗品种中检出15种氨基酸,而高抗品种中检出14种,组氨酸只存在于中抗品种中,脯氨酸仅在感病品种中检出,3个蚕豆品种根系分泌物中均未检出精氨酸。蚕豆根系分泌物中天门冬氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和亮氨酸含量高,可能会促进枯萎病的发生,而蛋氨酸、赖氨酸和丝氨酸含量高可能抑制枯萎病发生。酒石酸仅在抗病品种中存在,根系分泌物中有机酸种类丰富,有助于提高蚕豆对枯萎病的抗性。蚕豆对枯萎病的抗性不同,根分泌物对镰刀菌孢子萌发和菌丝生长的影响也不同,而这种抗病性差异与蚕豆根系分泌物中糖、氨基酸、有机酸的含量和组分密切相关。     

根系分泌物

概述了根系分泌物的产生,收集与分析及其影响因素和根系分泌物组分。阐明了根系分泌物与根际土壤微生物相互关系。     

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。     

连作对花生根系分泌物化感作用的影响

采用连续收集法提取连作5 年、3 年和轮作处理的花生结荚期根系分泌物, 研究其对土壤微生物及花生种子发芽、幼苗生长发育和细胞膜过氧化的化感作用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响。结果表明,花生结荚期根系分泌物对花生根腐镰刀菌36194 菌丝的生长、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量存在促进作用, 对固氮菌14046 的生长, 花生种子胚根的伸长、幼苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜重、叶片叶绿素含量等有抑制作用, 促进和抑制作用均随根系分泌物添加浓度和连作年限的增加呈增强趋势。连作花生结荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能是导致花生连作障碍的原因之一。     

根系分泌物

概述了根系分泌物的产生、收集与分析方法及其影响因素和根系分泌物组分。闸明了根系分泌物与根际土壤微生物的相互关系。     

根系分泌物与重金属的化学行为研究

通过毛细管电泳测定根系分泌物的组成发现,根系在受到重金属铅、镉或铅-镉共同作用下分泌物种类与对照都有不同程度的变化;透析袋平衡透析方法则证实了根系分泌物与重金属之间存在着络合反应,络合能力的大小与重金属本身的性质有关,小麦根系分泌物对铅的络合能力大于镉。溶解试验表明,小麦分泌物对红壤中铅、镉的溶出没有显著的影响。小麦无菌根系分泌物、非无菌分泌物、非无菌过0.45m分泌物均促进红壤对铅、镉的吸附。其中铅吸附量较对照分别增加了12%,16%,21%;镉吸附量较对照分别增加了66%,102%,72%。     

化感水稻苗期不同器官水浸提液及根系分泌物对稗草的化感作用

在自然种植条件下研究了强化感水稻品种“P1312777”不同叶期(3～6叶)、不同器官(根、茎、叶)水浸提液对稗草根长的抑制率,比较了不同极性树脂处理后水稻根系分泌物水溶液的抑制率变化。结果表明:在3～6叶期相同水稻器官比较,均以5叶期浸提液抑制率最高;5叶期水稻不同器官比较,以叶的浸提液抑制率最高;土培至6叶期的水稻根系分泌物水溶液的抑制率为47．06％,经极性树脂ADS-21处理后抑制率增强为64．71％,经非极性树脂ADS-5处理后抑制率减弱为26．47％;水培至6叶期的水稻根系分泌物水溶液的抑制率为38．24％,经ADS- 21处理后抑制率增强为58．82％,经ADS-5处理后抑制率减弱为20．59％。因此水稻“P1312777”根系分泌物中化感物质以非(弱)极性物质为主,极性物质减弱了非(弱)极性物质的化感抑草作用。     

亚麻荠根系分泌物对胡麻和藜种子萌发及幼苗生长的影响

为了探究亚麻荠根系分泌物对胡麻和杂草藜的化感作用,采用水培法观察了亚麻荠根系分泌物对胡麻和藜种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明,亚麻荠根系分泌物对胡麻和藜种子的萌发具有抑制作用,且抑制作用随着处理浓度的增加而增强。亚麻荠根系分泌物对胡麻根长、根鲜重、苗鲜重具有抑制作用,在低处理浓度时对胡麻苗高具有促进作用,在中、高处理浓度时抑制作用较小;对杂草藜幼苗生长具有抑制作用,但抑制作用较小。综合分析,亚麻荠根系分泌物在低处理浓度时对胡麻生长的抑制作用小于对藜的抑制作用,在中、高处理浓度时大于对藜的抑制作用。     

营养胁迫与根系分泌物

根系不仅是活跃的吸收、代谢器官，而且是强大的分泌器官，营养元素是影响根系分泌的外界因素之一，在营养胁迫条件下，根系分泌物的组成、数量均发生变化。本文介绍了铝毒害及磷，铁。锌缺乏时，根系分泌物研究新进展。     

根系分泌物与养分有效性

在植物生长过程中,根系除了溢泌质子和其他无机离子外还不断地向土壤介质释放有机化合物。大体上,这些有机物质约占植株碳同化量的15-25%,高的达到40%。     

添加水稻秸秆对油菜(Brassica napusL.)幼苗生长的影响

近几年,水稻秸秆直接还田对油菜幼苗生长的负效应受到关注。有许多研究在水稻残体或腐解物中检测出了酚酸等被广泛证实具有化感作用的物质,因此在水稻秸秆产生的负效应中,化感抑制作用不容忽视。本研究以酚酸为目标化感物质,以湖北省油菜主栽品种"中双11号"为受体,采用4种采自典型稻油轮作系统中的土壤进行盆栽试验,研究水稻秸秆对油菜幼苗生长的影响。结果表明:(1)整体看来,添加秸秆对油菜幼苗总生物量的主效应在进贤土为正,在汉川土为负,在阳逻和麻城土为无明显影响;(2)功能叶片光合色素含量在全部土壤下的显著降低均出现在播种后33 d之内,与水稻秸秆腐解速率最大值的出现与存在时间上的重叠。秸秆处理对油菜幼苗的负效应在早期强于后期;(3)土壤水溶态酚酸含量为3.3~49.0μg·g-1soil。添加秸秆虽导致土壤中水溶态酚酸浓度增加,但其明显增加主要发生在试验后期,且增量与幼苗生物量化感效应指数呈正相关关系。因此酚酸含量的变化不能解释水稻秸秆的负效应,为揭示秸秆处理的负效应机制,需要转换目标化感物质。     

Effect of Root Zone Temperature on Oilseed Rape (Brassica napus) Response to Boron

Abstract

Oilseed rape (Brassica napus) is sensitive to low boron (B) supply, and its growth response to B may be influenced by soil temperature. To test the relationship between B and temperature, oilseed rape (cv. Hyola 42) seedlings were grown at 10°C (low) root zone temperature (RZT) with B supply from deficient to adequate B levels until growth of low B plants just began to slow down. Half of the pots were then transferred to 20°C (warm) RZT for 11 days before they were moved back to 10°C RZT for the final 4 days. Both plant dry mass and B uptake increased after plants were exposed to warm RZT. However, plant B deficiency was exacerbated by warm RZT in low B plants because of increased relative growth rate and shoot–root ratio without a commensurate increase in B uptake rate. It is concluded that RZT above the critical threshold for chilling injury in oilseed rape can nevertheless affect the incidence of B deficiency by altering shoot–root ratio and hence the balance between shoot B demand and B uptake.     

大豆根分泌物活化难溶性铝磷的研究

在酸性红壤上，土壤有效磷含量低，大部分磷以难溶性磷形式存在，这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。本文系统研究了大豆根分泌物对难溶性铝磷的活化效果，同时运用阴、阳离子交换树脂将根分泌物分成阴离子组分、中性组分和阳离子组分，活化结果表明．阴离子组分对铝磷的活化量显著高于中性组分和阳离子组分。运用分子膜把根分泌物分成大于8K、8～3．5K、3．5～1K和小于1K组分．发现对铝磷活化量最大的组分为小于1K根分泌物组分。另外．小于1K阴离子组分对铝磷的活化量为缺磷13．2mg／pot，供磷可达9．3mg／pot，分别占总根分泌物活化量的71％和57％。运用离子色谱仪对小于1K阴离子组分根分泌物测定表明，供磷和缺磷处理．根系均能分泌少量的柠檬酸和苹果酸，约占铝处理的10％～20％，但处理之间差异不显著。上述研究表明．除有机酸影响难溶性铝磷活化之外，根分泌物中可能还存在其它物质对铝磷活化有促进作用，相关研究正在深入进行之中。     

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。     

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。     

铝对荞麦和金荞麦根系分泌物的影响

以荞麦和金荞麦为实验材料，用砂培方法研究Al胁迫下荞麦和金荞麦根系分泌电解质、糖和氨基酸的变化。结果表明，Al胁迫条件下，电解质外渗率、糖类随Al^3 浓度升高而增加；在低浓度Al^3 作用下，随处理浓度的升高，氨基酸分泌量增加，当处理浓度高于相应浓度时，氨基酸分泌量随浓度升高而减少。Al胁迫使荞麦和金荞麦根系分泌物的种类和浓度发生改变，与其缓解Al毒害相关。     

大豆连作及其根茬腐解物对大豆根系分泌物中异黄酮类物质—黄豆甙元(daidzein)的影响

本试验通过收集正茬、重茬7年、重茬7年并经MB-生物制剂调控和加入根茬腐解物(20g kg-1土)的正茬、重茬、调控的大豆根系分泌物,采用高效液相色谱检测方法,对根系分泌物中的大豆异黄酮—黄豆甙元(daidze in)进行了检测。结果在正茬根系分泌物中没有检测到该物质,在重茬、调控根系分泌物中检测到了该物质,其检测出的量为重茬>调控。在加入根茬腐解物的各处理的根系分泌物中均检测到了大豆异黄酮,其检测出的量为重茬>正茬>调控。加入根茬腐解物的处理与不加根茬腐解物的相应的处理相比,在其根系分泌物中检测到的大豆异黄酮的量均有显著提高。     

Cadmium Impact on Root Exudates of Sorghum and Maize Plants: A Speciation Study

ABSTRACT

The effect of cadmium (Cd) on root exudates of sorghum and maize was investigated in order to get further insight into the mechanisms of plant tolerance to Cd. Plants were grown hydroponically and supplemented with: 0, 0.5, and 5.0 mg Cd L^{? 1}. Hydroponic solutions containing exudates were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). The results showed different exudation patterns by sorghum and maize with cadmium supply. While sorghum enhanced malate exudation over the entire range of applied Cd in the uptake solutions, maize increased mainly citrate. Moreover, malate concentration exuded in sorghum rhizosphere presented higher values than citrate (from maize). With the aid of the HYPERQUAD speciation program, a significant decrease in the bioavailable Cd (free Cd plus Cd chloro-complexes) was found due to the increase of Cd organic complexation in the hydroponic solution. Furthermore, similar metal organic complex concentrations were obtained for both plants, which turned the maize and sorghum overall detoxification process equivalent. Exudation of malate and citrate should contribute to tolerance mechanisms of these plants, reducing deleterious effects of free Cd on root growth. These findings support the idea that the metal-binding capabilities of root exudates may be an important mechanism for stabilizing metals in soil.     

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.