缺磷白羽扇豆根系分泌物收集方法的比较研究_田中民
根际简介
根际简介根际(Rhizosphere)是指受植物根系生长影响，在物理、化学和生物特性上不同于原土体的土壤微域，是植物-土壤-微生物三者相互作用的场所，也是各种养分、水分和有益或有害物质进入根系参与食物链物质循环的门户，是一个特殊的生态系统。
根际的变化是一个动态过程，它不仅存在于垂直根面指向原土体的横向方向上，而且也存在于沿根轴的纵向方向上，并且根际过程在这两个方向上存在着时空变异。
Rhizosphere一词最先由德国科学家Lorenz Hiltner在1904年提出, 用以描述受豆科植物根系影响的土壤微域，在这个微域内微生物的数量远远高于土体（Hiltner，1904 ）。
通过电子显微镜观察证实，作物根与土壤之间有一粘液层，它是由新生根的根冠、根毛、表皮细胞分泌的粘液、根际微生物分泌物、脱落细胞的降解产物等组成的。
此粘液层的厚度可达１０－５０微米，粘液层的外沿最先吸附土壤中的粘粒，以后再伸展到土壤孔隙中与土壤相混合。
粘液与土壤混合层可以扩展到离根表１－４毫米。
粘液层具有亲水性，土壤中的可溶性养分可以溶解于内而被根系吸收。
粘液层中含有大量有机物质，是微生物繁殖生存的天然培养介质。
根际是受活的根系影响的土壤微域，根际范围的大小受土壤类型、植物种类、年龄和其它因子的影响(Curl and Truelove,1986)。
一般认为，根际的范围可达几毫米，对于某些沙漠植物或沙丘植物甚至可达几个厘米。
由于根系的不断生长，根表特性沿根轴方向差异较大，在根的一生中，根际的特性处于不断变化之中。
此外，一些微生物如细菌和真菌可侵入到根的皮层组织,在正常生长的根系中，表皮或皮层的细胞由于各种原因可能遭到损伤、脱落而死亡，因此根际也被定义为沿根轴垂直方向从根的内皮层向外一直延伸到土壤，由微生物构成的连续体(Old and Nicholson,1978)。
根际通常被划分为外根际和内根际两部分，外根际通常指土壤微域，内根际通常指根面以及受微生物侵染的根的表皮和皮层区域。
植物根系分泌物的组成及分析方法研究进展
摘
要 ：根 系分 泌的化 学物质 能够调节根 际 中多种相互作 用 ，植物根部也在 对根 际不
断地做 出回应并且 直接 改变根 际环境。越 来越 多证据表明 ，根 系分泌物是植物根部和土壤微 生物之 间联 系的桥 梁。但是 ，由于根 系分泌物组 分含量低、成分复杂、易被微生物降解等特
点 ，给 根 系分 泌 物 的 深入 研 究 带来 很 大 困难 。 本 文对 根 系分 泌 物 的 组成 和 分 类 、根 系分 泌物
Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：ｆ ｉ ｕ ｂ ｅ ｉ ｂ ｅ ｉ ｌ ｌ ｌ Ｏ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ。
彭黎旭 （ １ ９ ６ １ 一 ）， 男， 博士 ， 研究 员， 主要研 究方向为农业环境保 护。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：
ｐ ｅ ｎ ｇ ｌ ｉ ｘ ｕ ＠ｈ ｏ ｔ ｍａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ。
机酸 、糖类 、酚类 和次生代谢产物 ；另一类是高分子 量化合物 ，如粘液 和蛋 白质 。 研究表明 ，不同种类植物 的根系分泌物组成差异
系分 泌 物 在 调 节 植 物 和微 生 物 之 间 相 互作 用 中 的相 对
重 要 性【 １ － ３ ］ 。
作用 产物的很大一部分 ，有时高达７ ０ ％ ～８ ０ ％的量 被 转移到根部 ，但一般为 １ ２ ％～ ４ ０ ％ｆ ６ １ 。 根系分 泌物 在土壤 结构 形成 、土壤 养分 活化 、 植物养 分 吸收和环境 胁迫 缓解等 方 面都具有 重要 作 用ｆ ７ ＿ ，所以对根系分泌物的研究越来越受到重视 。但
参考。
根 系分泌物是根际沉积过程 中的一部分 ，这也是
植 物 根 系 释放 土 壤 有 机碳 的主 要来 源【 ４ ＿ ５ 】 。它 的数量 和
植物营养学题库
植物营养学题库一、名词解释：1.有益元素：是指为某些植物正常生长发育所必需而非所有植物必需的元素。
2.截获：指根系在土壤中伸展的过程中吸取直接接触到的养分的过程。
3.质流：指植物蒸腾作用和根系吸水造成根表土壤与原土体之间出现明显的水势差，此种压力差导致土壤溶液中的养分随着水流向根表迁移。
4.扩散：由于植物根系对养别离子的吸收，使根外表养别离子浓度下降，根表养分发生亏缺，与附近土体间形成养分浓度梯度，从而使养别离子从高浓度向低浓度方向迁移5.被动吸收：指养别离子顺着电化学势梯度由介质溶液进入细胞内的过程。
6.主动吸收：指养别离子逆着电化学势梯度由介质溶液通过细胞膜进入细胞内的过程。
7.叶部营养〔或根外营养〕：植物通过叶片或非根系部分吸收养分来营养自身的现象称为叶部营养。
这种供给营养的方式称为叶面施肥8.离子间的拮抗作用：是指在溶液中某一离子的存在能抑制另一离子吸收的现象9.离子间的协助作用：是指在溶液中某一离子的存在促进根系对另一些离子的吸收10.短距离运输〔横向运输〕：根外介质中的养分沿根表皮、皮层、内皮层到达中柱〔导管〕的迁移过程叫养分的横向运输。
由于其迁移距离短，又称为短距离运输。
11.长距离运输〔纵向运输〕：养分从根经木质部或韧皮部到达地上部的运输以及养分从地上部经韧皮部向根的运输过程，称为养分的纵向运输。
由于养分迁移距离较长，又称为长距离运输。
12.质外体：是由植物体相邻细胞原生质外围的细胞壁和细胞间隙所组成的连续体。
在质外体中水分和养分可以自由出入。
13.共质体：是植物体相邻细胞通过胞间连丝〔Plasmodesmata)把细胞的原生质相互连接起来的整体。
养别离子可以由一个细胞进入另一个细胞。
14.矿质养分的再利用：植物某一器官或部位中的矿质养分可通过韧皮部运往其它器官或部位，而被再度利用的现象。
15.植物营养临界期：指营养元素过多或过少甚至营养元素间不平衡，对植物生长发育产生明显不良影响的时间。
缺磷白羽扇豆排根与非排根区根尖分泌有机酸的比较_田中民
1999209213收到,1999212227接受。
国家自然科学基金资助项目(37670433,39790100)。
本项工作在农业部植物营养学重点开放实验室完成。
缺磷白羽扇豆排根与非排根区根尖分泌有机酸的比较田中民1 李春俭1 王 晨2 赵紫娟1(1中国农业大学农业部植物营养学重点开放实验室,北京100094;2西北大学生物系,西安710069)摘要:采用根系分泌有机酸原位收集方法及高效液相色谱技术分析了供磷及缺磷后不同时间白羽扇豆(Lupinus albus L.)非排根区根尖和排根分泌有机酸的种类和数量,以及相应的根尖、排根组织,茎木质部、韧皮部汁液中有机酸含量的变化。
结果表明:(1)缺磷能够诱导白羽扇豆根系产生大量排根,根系的有机酸分泌量也明显增加。
(2)无论在供磷或缺磷条件下,排根与非排根区根尖组织中的有机酸种类相同,但排根主要分泌柠檬酸和苹果酸,而非排根区根尖主要分泌苹果酸和乙酸。
(3)缺磷后非排根区根尖分泌苹果酸的量增加,至第17天达到高峰;排根开始分泌柠檬酸的时间相对较晚。
缺磷后排根分泌柠檬酸的量随缺磷时间的延长不断增加。
(4)在缺磷的排根与非排根区根尖组织和茎木质部伤流液中含有大量柠檬酸和苹果酸,但在茎韧皮部汁液中则几乎检测不到这两种有机酸。
上述结果表明,尽管排根和非排根区根尖组织中的有机酸种类相同,但它们向外分泌的有机酸种类不同。
缺磷后排根及非排根区根尖增加向外分泌的有机酸主要在根中合成。
关键词:白羽扇豆,有机酸,缺磷胁迫,排根学科分类号:Q945 在缺磷条件下,白羽扇豆根系能够形成大量的有限生长的侧根,这些侧根密集排列,并长满根毛,从外观上看犹如一个个根簇,被称为排根(G ardner 等1981,Dinkelaker 等1989,G erke 等1994),排根的重量可达根系总鲜重的54%(Johns on 等1994);缺磷还可诱导排根分泌大量的柠檬酸和苹果酸,其分泌量可高达植株干重的11%～23%(Braum 1995)。
根分泌物对活化土壤中难溶性磷的作用_章爱群
第22卷第5期2008年10月水土保持学报Jour nal of Soil and W ater Conserv ationVo l.22No.5Oct.,2008根分泌物对活化土壤中难溶性磷的作用章爱群1,2,贺立源1,*,赵会娥1,门玉英1,郭再华1(1.华中农业大学资源与环境学院,武汉430070;2.孝感学院生命科学与技术学院,孝感432100)摘要: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15d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95d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,60d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。
关键词:根分泌物;难溶性磷;土壤;活化中图分类号:S154.2;S158.3文献标识码:A文章编号:1009-2242(2008)05-0102-04Effects of Root Exudates on Mobilizing Insoluble Phosphate in Soils ZH ANG A-i qun1,2,H E L-i yuan1,*,ZH AO H u-i e1,MEN Yu-ying1,GU O Za-i hua1(1.Co lleg e of Res our ce and Env ir onment Sciences of H uaz hong A gr icultur al Univ er s ity,Wuhan,H ubei430070;2.College of Plant S cience and T echnology of X iaogan Univers ity,X iaog an,H ubei432100)Abstract:Low phosphate availability is one o f the m ajor lim itations to cro p anic acids are a principal component of r oot ex udates and have been hypothesized by many autho rs to be involv ed in the mo b-i lization o f nutrients w ithin the rhizosphere.M obilization of insoluble phosphates by roo t ex udates plays an impo rtant r ole in improving P nutr ition of crops.T he effect of different phosphor us lev el o n dynam ic of avai-l able pho phorus in soils had been studied.At the sam e time,tw o maize inbred lines w ith different tolerance to low-P str ess w ere gro w n for15day s in nutrient solutio n w ith different phosphorus treatment.T he root exu-dates w ere collected and added into the three ty pes of soil w hich had incubated for95day s.T he results show ed that the available phosphorus content quickly incr eased by application of different phsphate,and then constantly decreased by time,and w er e steady after60day;and the available phosphorus from acid soil is significant low er than alkali so il and neutr al soil.The so il available phosphorus content w as ex tr acted by the root ex udates of M02co llected under low phosphorus condition significant pronounced w ith the additio n o f insoluble phosphate to the deionized so il;and A lPO4mobilizatio n by roo t ex udates w as sig nificantly hig her than Ca3(PO4)2.Key words:ro ot exudates;insoluble p;so il;m obilization磷是植物生长发育的必需营养元素,施加磷肥是解决土壤中磷素不足问题的有效途径。
植物根系分泌物对农作物生长发育的影响研究进展
植物根系分泌物对农作物生长发育的影响研究进展努兰·拜都拉恩特马克·布拉提白*（伊犁师范大学生物科学与技术学院，新疆伊宁835000）摘要植物根系分泌物是植物根系在生长和发育过程中产生的一种生物活性物质，具有多种生物学和生态学作用。
植物根系分泌物可以作为一种新型生物肥料，提高土壤肥力和农作物产量，同时降低化肥和农药的使用量，减少对环境的污染，还可以促进土壤微生物的生长和繁殖，维持土壤生态平衡。
本文综述了植物根系分泌物的成分和生物学功能、作用机制，总结了植物根系分泌物对农作物生长发育的影响，并探讨了植物根系分泌物在农业中的应用前景。
未来应进一步探究植物根系分泌物的作用机理和调节作用，开展其在不同作物和土壤类型上的应用研究，注重其产业化推广。
关键词植物根系分泌物；农作物；成分；作用机制；生长发育；应用前景中图分类号S948.1文献标识码A文章编号1007-5739（2024）05-0069-03DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2024.05.018开放科学（资源服务）标识码（OSID）：植物根系分泌物指植物根部分泌出的物质，如有机物、酸、碱、氨、糖、氨基酸和多种酶等。
这些分泌物对植物生长发育、土壤微生物群落、土壤肥力等都具有重要影响。
近年来，随着植物生长机理的深入研究，植物根系分泌物对农作物生长发育的影响引起了广泛重视。
本文阐述了植物根系分泌物的成分、作用机制，总结了植物根系分泌物对农作物生长发育的影响，探讨了植物根系分泌物在农业中的应用前景。
1植物根系分泌物的成分和生物学功能1.1植物根系分泌物的成分植物根系分泌物由多种有机物和无机物组成，成分十分复杂。
按照化学成分分类，可分为以下几类。
一是有机酸类。
有机酸类化合物是植物根系分泌物中最主要的有机物成分。
常见的有机酸有苹果酸、酒石酸、草酸、琥珀酸等，这些有机酸有助于维持良好的微生物多样性，促进有益微生物的繁殖和活动。
分析大豆根系分泌物并检测其化感作用_吴泉
2013． NO． 05
数理与化学研究 μs + a － μs * 100% a % ； μ s + a —加 标 水 样 测 定 值； μs—原 水 式中： P—回 收 率， 样测定值； a—加入标准的质量。 7． 5． 2 通过对纯水加标样品高低浓度进行检测， 回收率 在 101% 。 表 2 准确度数据 P=
一氯苯 浓度 7． 00 63． 0 实测浓度（ μg / L） 1 2 3 4 5 6 7 回收率 % 101 101 SD 0． 15 0． 51
Journal of Henan Science and Technology
河南科技
式中： S—标准偏差； ＲSD—相对标准偏差； x i —某一测量 值； x—组测量平均值； n—测量次数。 表 3 精密度数据
2013． NO． 05
生命科学与农业科学
Journal of Henan Science and Technology
河南科技
分析大豆根系分泌物并检测其化感作用
吴 泉 （ 上饶师范学校， 江西 上饶 334000 ） 摘 要： 本文通过利用 GC － MS 分离， 在大豆幼苗的不同生长周期分别提取其根系分泌物作成分分析并将提取物运用于大豆 种子的萌发试验的方法， 分析研究大豆根系分泌物的鉴定工作， 以及其对大豆种子的萌发试验， 从而揭示大豆根系分泌物对胚根 大豆根系分泌物中有机酸类物质种类最多， 与有机酸有存在较大差异的组 生长的化感抑制作用。结果发现在第 2 周和第 8 周时， 分还有醇类、 酯类等， 它们大体与二氯甲烷提取物种类一样 。大豆胚根生长在第 2 周时受分泌物的化感抑制作用最为明显 。 而 8 周大豆根分泌物的化感抑制作用不显著 。研究得出 2 周大豆根分泌物的化感抑制作用对大豆种子胚根生长非常明显， 其中表现 出最为显著化感抑制作用的是分泌物机酸组分中所含的邻苯二甲酸 。 关键词： 大豆根系； 分泌物； 化感 中图分类号： S633 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 5168 （ 2013 ） 10 － 0213 － 02 根系分泌物是通过根向生长基质中释放的有机物的总 称。化感作用是植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植 物或微生物有利或不利的作用 。 化感物质是生物体内产生的 非营养性物质， 能影响其他植物生长、 健康、 行为或群体关系， 化感物质是化感作用的媒介， 主要是植物的次生代谢物质 。 1 根系分泌物 作为化感物质进行环境释放的一种方式， 根系分泌物是最 为常见的。它的具体定义是， 通过某些植物的根系向其根系周 围环境释放化感物质， 从而达到对植物生长的促进与抑制。 就目前统计数据来看， 一般根系分泌物分为三大类， 总计 两百多种， 第一大类主要是糖、 酶、 蛋白质等有机大分子； 第二 类则是酸、 酚、 酮等有机小分子； 第三类则是生长激素、 抑制激 素、 酮等物质。而植物分泌出的化感物质主要包括甲酸 、 肉桂 。 它们的形式多种多样 酸等酸类以及酚类和黄酮类等， 在对于根系分泌物的研究中发现， 其与周围环境的微生 物也有着密切的关系。根系分泌物中的碳水化合物 、 氨基酸、 维生素等物质是其根系周围微生物的碳源和能源的主要来 数量以及 源。且它们的数量和种类直接影响微生物的功能 、 种类， 并对植物生长发育造成影响 。 根系周围微生物群的种 类、 数量会由于植物不同发育阶段根系分泌物的不同而出现 差异。 2 化感作用 在农业生产中， 对于农作物的间作、 轮作、 重茬种植、 种子 萌发和花粉传播等行为的发生， 植物的化感作用是鼻血要考 化感作用是一种普遍存在的现象， 它会 虑到的。在自然界中， 对植物之间的生物化学作用产生一定的抑制和促进 。 从而对 植物生长造成一定的影响， 同时在人们农业生产中， 它也是影 响作物产量、 质量的重要因素之一。 伴随植物在不同生长发 育阶段的根系分泌物， 如生物碱、 黄酮、 蒽醌、 皂苷、 萜烯、 醚、 醛等， 植物周围的微生物生长环境， 以此造成植物、 动物、 微生 物物种之间出现生长发育的相互抑制和促进作用 。 那么环境 因素对植物的化感作用的影响主要分为以下几种： （ 1 ） 自然光环境对化感作用的影响， 它主要表现在对化感 。 、 物质活性能力的影响 在自然环境光质 光度、 以及自然光的 照射能够调剂化感物的合成， 在长时间的日然光线照射下， 植 物中的酚酸和萜的含量会增加 。 同时植物周围的环境温度会 随之上升， 化感物质的活性会随着温度的升高而增强， 从而加 速了其抑制效应。 （ 2 ） 水分对化感作用的影响， 在出现水分缺失的情况下， 植物机体本身会受到其刺激的影响， 促进植物本身化感物质 的合成与释放。 （ 3 ） 在湿度环境下会增加植物体外化感物质的渗透压， 从 加速化感物质的释放速度， 所以根系环境湿度对化感物质是 有影响的。 3 材料与方法 3． 1 材料。大豆； 试验标准石英砂（ 干燥、 酸碱稳定） ； 霍 格兰营养液和阿农微量元素比例配置的试验营养液； 10 毫升 黑色塑料盆， 有孔塑料泡沫盖板； 试验分析纯。 3． 2 大豆的液培。在 20 － 25℃ 条件下， 将双氧水消毒后 的种子播与硫酸钙浸洗过的石英砂中避光发芽待有子叶露出 时进行露光培养。当根长至 5cm － 7cm 时， 小心取出生长均匀 的幼苗， 用去离子水轻轻洗去石英砂后， 置于 1 /2 强霍格兰 － 9］ （ pH6． 2 ） 中定植。每孔定苗 1 株， 阿农营养液［ 每箱定苗 15 株。采用自动定时小型通气泵连续通气 。 每周更换一次营养 1 周后换成完全营养液。 培养器置于光线良好的室内（ 自 液， 然光照） ， 室温 18℃ － 22℃ 。 3． 3 收集并提取根系分泌物 。 将培养 2 周、 8 周的大豆 幼苗， 移栽至 6L 0． 5mmol / L 的 CaCl2 溶液中， 在上述条件下培 养 4 小时（ 9 ∶ 00 － 13 ∶ 00 ） 。 用 500mlCH2 Cl2 提取根洗液二 再将 CH2 Cl2 提取液过 0． 45um 膜， 减压浓缩至干， 加入过 次， 0． 45um 膜的 CH2 Cl2 2ml， 0． 5ml 作 GC － MS 分析， 余下用于生 物检测。 3． 4 GC － MS 分析提取液。对 2 周提取液进行质谱室测 定。GC 型号为 HP5890 。 毛细管柱： DB － 5 柱 和 Carowax 柱 （ 30m × 0． 25mm） ， 进样口 240℃ ， 柱温 50℃ （ 2min） ， 以 6℃ / min 250℃ （ 15min ） 。 He ， 程序升温至 保持 载气为 流量 1ml / min， 进样量为 1ul。GC － MS 型号是 TＲI02000 色谱质谱仪， 电子轰 击源， 扫描范围 M / Z 30 － 600 AMU， 扫描速度 0． 2s 扫全程， 离 子源温度 200℃ 。计算机检索进行未知物的鉴定 。 对 8 周提 取液进行质谱室测定。 采用 GC6890 / MS5973 测定， 电子轰击 源， 扫描范围 M / Z30 － 600AMU， 扫描速度 0． 2s 扫全程， 离子源 温度 230℃ 。毛细 管 柱： HP － 5MS 柱 （ Crosslinked 5% pH ME Siloxanle， 30m × 0． 25mm × 0． 25um ） ， 进样口温度 250℃ ， 柱温 50℃ （ 2min） ， 以 6℃ / min 程序升温至 250℃ （ 保持 15min ） 。 载 气为 He， 流量 1ml / min， 进样量为 1ul。 应用 NIST98 质谱数据 库， 通过计算机检索进行未知物的鉴定 。 3． 5 提取液的生物检测。 分别将 2 周、 8 周提取液运用 于大豆种子萌发试验。方法： 在直径为 8． 5cm 的培养皿中， 铺 一张定性滤纸， 加入 5． 0ml 提取液（ 每皿含 1 株大豆 1 小时的 根分泌物） ， 对照加入二氯甲烷试剂 5． 0ml， 各处理待溶剂挥发 干后， 加入 H2 O（ 蒸馏水） 5． 0ml， 再将 10 粒经消毒稍膨胀（ 短 时间浸种） 均匀一致的种子放到滤纸上， 盖上盖， 于 25℃ 恒温 培养箱中培养， 每天加入 1． 0ml H2 O， 种子发芽后记录发芽率 （ 下转第 221 页） 及胚根长。重复三次。 213
植物根系分泌物研究方法评述_涂书新
生态环境学报 2010, 19(9): 2493-2500 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：农业部“十一五”农业公益性行业科研专项（200803034）；国家自然科学基金项目（41071309）；国家863项目（2007AA06Z332） 作者简介：涂书新（1962年生），男，教授，博士，主要从事环境污染与修复研究。
E-mail: stu@*通讯作者。
E-mail: wujia2008@ 植物根系分泌物研究方法评述涂书新，吴佳*华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070摘要：根系分泌物是植物与土壤微环境进行物质、能量和信息交流的重要媒介，对根系分泌物数量、种类的研究是植物营养、化感作用、环境修复等研究领域的重要内容。
目前，根系分泌物研究中应用的收集方法主要有溶液培收集、土培收集、基质培收集和连续性根系分泌物收集系统等；分离纯化方法主要有树脂法、衍生化与萃取法、层析法和分子膜与超速离心法；检测方法有生物活性测定方法和仪器分析方法。
文章结合实例综合论述了这些根系分泌物收集、分离纯化以及测定的方法，为研究者找到合适的根系分泌物研究方法提供参考。
关键词：根系分泌物；收集；分离纯化；检测；研究进展中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2010）09-2493-08在植物生长发育过程中，根系不仅是吸收和代谢器官，从生长介质中摄取养分和水分，而且是强大的分泌器官，向生长介质中溢泌或分泌质子、离子和大量的有机物质[1]，即根系分泌物(root exu-dates)。
根系分泌物在土壤结构形成、土壤养分活化、植物养分吸收、环境胁迫缓解等方面都具有重要作用[2-4]，对根系分泌物的研究是植物营养、化感作用、生物污染胁迫、环境污染修复等研究领域的重要内容，受到国内外学者的普遍关注。
但是，由于土壤中微生物对根系分泌物的吸收、利用以及根系分泌物本身组分复杂、含量低，种类和数量随植物类型、根际环境而异[5]等特点，使得根系分泌物难以有效提取。
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第31卷 第4期西北农林科技大学学报(自然科学版)V o l.31N o.4 2003年8月Jour.of N o rthw est Sci2T ech U niv.of A gri.and Fo r.(N at.Sci.Ed.)A ug.2003缺磷白羽扇豆根系分泌物收集方法的比较研究Ξ田中民1,秦芳玲2,王 波1(1西安交通大学生命科学与技术学院,陕西西安710049;2西安石油大学化学化工系,陕西西安710065) [摘 要] 用高效液相色谱法研究了根系分泌物原位收集法和溶液培养收集法在分析缺磷白羽扇豆(L up i2 nus albus L.)幼苗根系分泌有机酸时的优劣性,同时分析了相应根组织、木质部伤流液和韧皮部汁液中有机酸的种类和数量。
结果表明:2种收集方法所获得的有机酸种类和数量并不完全相同。
原位收集法能获得白羽扇豆不同根段分泌有机酸的状况,即排根主要分泌苹果酸、柠檬酸和反丁烯二酸,根尖主要分泌苹果酸、乳酸、反丁烯二酸,且所反映的有机酸分泌状况与相应根组织以及木质部伤流液中有机酸的种类和变化趋势基本一致。
溶液培养收集法可获得白羽扇豆整个根系分泌有机酸的状况,在其根系收集液中含有酒石酸、苹果酸、乳酸、顺丁烯二酸、柠檬酸、反丁烯二酸,但该方法在根系分泌物的收集过程中不可避免地引入了去离子水对根系的胁迫作用,增加了微生物的污染环节。
[关键词] 白羽扇豆;有机酸;原位收集法;溶液培养收集法;高效液相色谱[中图分类号] S643.01 [文献标识码] A[文章编号] 167129387(2003)0420154205 由于根际是一个复杂的微生态环境,根系分泌物种类繁多,数量差异大,既有简单的被动泄漏又有主动的分泌过程,再加上根系微生物和土壤溶液的作用影响,所以给根系分泌物的研究带来了极大困难。
对根系分泌物的研究已有100多年的历史,微量有机物质的提取、分离和鉴定技术已取得了较大的进展,但要获得植物根系分泌物的真实情况依然十分困难。
M a等[1]和Shen[2]用收集根洗液的方法分析根系分泌物,该法能反映整个根系的分泌状况,但不能反映根系具体部位的分泌特征,所获得的分泌物成分复杂,不便于比较研究。
T ang[3]应用吸附树脂膜的方法研究根系分泌物中的化感物质,但此方法不适于从土培试验中提取根系分泌物,也不适于根系分泌物的定位分析。
本试验以白羽扇豆为材料,在液体培养条件下分别采用溶液培养收集法和滤纸片原位收集法获取白羽扇豆根系分泌物,同时收集其相应根组织及茎伤流液,通过用高效液相色谱法分析根系分泌物、相应根组织及茎伤流液中有机酸的种类和数量,以确定白羽扇豆根系分泌有机酸的真实状况,并对2种收集方法在根系分泌物研究中的优劣性予以比较。
1 材料与方法1.1 材料培养 挑选大小一致的白羽扇豆(L up inus a lbus L.cv.Am iga,Suedw estdeu tsche Saatzuch t,R astat, Ger m any)种子,在体积分数10%H2O2中浸泡30 m in进行表面消毒,而后用清水洗净,置于用饱和CaSO4溶液浸泡过的纱布上催芽。
待种子露白后,播入用CaSO4溶液浸泡过的石英砂中。
等到两片子叶完全展开后,移入通气的营养液中。
幼苗分缺磷处理和供磷对照2组。
在缺磷处理的第17天进行根系分泌物的收集。
幼苗在人工培养室中生长,营养液pH为6.2,每3d更换1次,生长期间维持温度18～26℃,光照时间为14h d,光照强度为18000～21000lx。
营养液组成参见文献[4]。
1.2 白羽扇豆根系分泌物的收集及根组织中有机酸的提取1.2.1 原位收集法 在白羽扇豆缺磷培养的第17天,分别用滤纸片原位收集法收集根尖和排根组织分泌的有机酸,同时切取相应的根尖(1c m)和排根组织(0.5c m)各0.1g在液氮中保存。
根尖和根组织样品在测定前加1mL50mL L磷酸溶液匀浆, 12000r m in离心10m in,取上清液,稀释10倍后分析有机酸的种类和数量。
原位收集法[5]具体操作程序:准备直径为5mm 的层析滤纸片若干,用甲醇清洗3次,再用重蒸水清洗3次,在无菌条件下晾干备用。
收集时从缺磷处理Ξ[收稿日期] 2003201207[作者简介] 田中民(1967-),男,陕西合阳人,讲师,博士,主要从事植物生理生化研究。
和供磷对照中各挑选5株生长一致的幼苗,先将植物根系在去离子水中清洗数次,以除去表面的营养液,然后将根系平放于铺有湿滤纸的瓷盘中,在每个植株上选取生长相近的5个二级侧根的根尖和排根为收集部位,在有机酸收集部位(根尖、排根组织)的下方垫上2c m×2c m的塑料胶片,然后再在收集部位根组织的上下方各放1个预先处理好的层析滤纸片。
其余根段用营养液浸湿的滤纸片覆盖。
最后用黑塑料布将整个根系罩住,在光照下收集2h。
收集完后,将每个植株不同部位的滤纸片放入2.5mL Ependo rf管中,每10个滤纸片加300ΛL重蒸水放入液氮中保存。
测定前将其溶解,12000r m in离心10m in,取上清液用以H PL C分析。
1.2.2 溶液培养收集法 白羽扇豆在缺磷条件下培养到第17天时,用收集根洗液的方法收集根系分泌物。
以盆为单位(5株 盆),首先将植株根系在去离子水中漂洗数次,然后将植株放入盛有500mL 蒸馏水(加少量的微生物抑制剂)的小盆中,所选器皿和500mL蒸馏水可以使水能够浸没整个根系,植株在光照下收集2h。
收集完后,将收集液在旋转蒸发仪上浓缩至干。
浓缩温度30℃。
然后用10mL 蒸馏水分3次冲洗,每冲洗1次,用超声波振荡使其充分溶解,从而得到浓缩的根系分泌物收集液。
浓缩液在12000r m in冷冻离心10m in,取上清液用以分析有机酸的种类和数量。
1.3 白羽扇豆木质部和韧皮部汁液的收集白羽扇豆在缺磷条件下培养到第17天时,收集木质部伤流液及韧皮部汁液。
木质部伤流液的收集采用薛应龙[6]的方法,在早晨8:00～10:00收集2 h。
韧皮部汁液收集采用K ing等[7]的方法。
木质部伤流液和韧皮部汁液在H PL C测定前均稀释10倍。
1.4 有机酸的H PL C分析有机酸分离条件见文献[8]。
有机酸标准样品的配制:分别称取草酸5.0m g,苹果酸10.0m g,乳酸0.01mL,乙酸0.02mL,柠檬酸10.0m g,丁二酸20.0m g,反丁烯二酸1.0m g,顺丁烯二酸1.0m g,用pH2.25的H3PO42KH2PO4缓冲溶液溶解于100 mL的容量瓶中。
取各自的母液进行混合,反丁烯二酸和顺丁烯二酸稀释100倍,其余各酸均稀释10倍作为有机酸标准溶液。
在每次样品测定前,均用此溶液作标准曲线。
每测定10个样品加测1次标准样品。
对于不易确定的有机酸吸收峰,用以上单个标准样品做内标法鉴定,或用改变流动相pH值和流速的方法进一步确认。
2 结果与分析2.1 溶液培养收集法收集的白羽扇豆根系分泌有机酸的种类和数量用溶液培养收集法收集白羽扇豆根系分泌有机酸的结果表明:白羽扇豆根系分泌的有机酸主要为酒石酸、苹果酸、乳酸、顺丁烯二酸、柠檬酸和反丁烯二酸。
缺磷处理白羽扇豆的根系除分泌以上几种有机酸外,还分泌丁二酸。
从分泌量来看,缺磷处理白羽扇豆根系分泌物中乳酸和柠檬酸的量均高于供磷对照(图1)。
图1 溶液培养收集法收集的白羽扇豆全根系分泌有机酸的种类和数量A.有机酸标准样品;B.缺磷培养;C.供磷培养;1.草酸;2.酒石酸;3.苹果酸;4.乳酸;5.乙酸;6.顺丁烯二酸;7.柠檬酸;8.丁二酸;9.反丁烯二酸F ig.1 T he k inds and quantities of o rganicacids exuded from the w ho le roo t system afterthe w h ite lup ine had been stressed by pho spho rusdeficiency fo r17daysA.T he standard samp le;B.T he samp le w ithout Psupp lied;C.T he samp le w ith P supp lied1.O xalic acid;2.T artaric acid;3.M alic acid;4.L actic acid;5.A cetic acid;6.M aleic acid;7.C itric acid;8.Succinic acid;9.Fum aric acid551第4期田中民等:缺磷白羽扇豆根系分泌物收集方法的比较研究2.2 原位收集法收集的白羽扇豆根尖和排根分泌有机酸的种类和数量用原位收集法分别收集白羽扇豆根尖和排根区分泌的有机酸,其分析结果(图2)表明:缺磷处理白羽扇豆的排根主要分泌柠檬酸、苹果酸和反丁烯二酸,且柠檬酸和反丁烯二酸的分泌量明显高于对应供磷植株排根的分泌量。
缺磷处理白羽扇豆的根尖主要分泌苹果酸、乳酸、反丁烯二酸,且分泌量均明显高于对应供磷植株根尖相应有机酸的分泌量。
图2 原位收集法收集的白羽扇豆根尖和排根分泌有机酸的种类和数量A .缺磷排根;B .供磷排根;C .缺磷根尖;D .供磷根尖3.苹果酸;4.乳酸;7.柠檬酸;9.反丁烯二酸F ig .2 T he k inds and quantities of o rganic acids exuded from the roo t ti p s and the segm ents of p ro teo id roo ts after the w h ite lup ine had been stressed by pho spho rus deficiency fo r 17daysA.T he p ro teo id roo ts w ithout P supp lied;B .T he p ro teo id roo ts w ith P supp lied ;C .T he roo t ti p s w ithout P supp lied ;D .T he roo t ti p s w ith P supp lied 3.M alic acid ;4.L actic acid ;7.C itric acid ;9.Fum aricacid图3 白羽扇豆培养17d 时根系不同组织中有机酸的种类和数量A .缺磷排根;B .供磷排根;C .缺磷根尖;D .供磷根尖3.苹果酸;4.乳酸;7.柠檬酸;9.反丁烯二酸F ig .3 T he k inds and quantities of o rganic acidsin the roo t system of the w h ite lup ine in deficient pho spho rus culture fo r 17daysA .T he p ro teo id roo ts w ithout P supp lied ;B .T he p ro teo id roo ts w ith P supp lied ;C .T he roo t ti p s w ithout P supp lied ;D .T he roo t ti p s w ith P supp lied 3.M alic acid ;4.L actic acid ;7.C itric acid ;9.Fum aric acid2.3 白羽扇豆根尖和排根组织中有机酸的种类和数量对白羽扇豆根组织中有机酸的分析结果(图3)表明,排根组织中的有机酸主要为乳酸、苹果酸、柠檬酸和反丁烯二酸,且缺磷处理的白羽扇豆排根组织中苹果酸和柠檬酸的含量均高于供磷处理。