根系分泌物-1

根系分泌物

一、根系分泌物的定义
根系分泌物是在一定的生长条件下,活的且未被扰动的根系释放到根际环境中的一些无机离子和有机物质的总称，在植物主动适应和抵御不良环境中具有重要作用。
根据1979年Warembourg和Rovira 的定义, 对根系分泌物比较全面的概括和分类，可将其概括为以下4类物质:
1) 分泌物,即细胞在代谢过程中释放出来的物质；
2) 渗出物,即细胞中主动扩散出来的一类低分子量的化合物；
3) 裂解物质, 即成熟根段表皮细胞的分解产物、脱落的根冠细胞、根毛和细胞碎片等；4) 粘胶质,包括根冠细胞、未形成次生壁的表皮细胞和根毛分泌的粘胶状物质。
由于根系分泌作用迅速，主要在根尖进行，受多种环境因素的影响，且其种类多、含量差异大。

二、根系分泌物的分类
目前，许多的研究资料均来自无菌培养的植株,因此许多学者把根系分泌物中的有机物质划分为:低分子有机化合物、高分子粘胶物质、细胞或组织脱落物质溶解产物，其中，低分子有机化合物包括:低分子量的糖类、有机酸、氨基酸和酚类化合物；高分子粘胶物质包括:多糖、酚类化合物、多聚半乳糖醛酸等。另外,质子和无机离子(如H+、NH4+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-、HPO42-等) 也是根系分泌物之一,这些离子对根际土壤p H 值及氧化还原电位有一定的调节作用。
根据分泌特性与功能分类：一般根系分泌物和特定根系分泌物。
根据分子质量分类：高分子质量根系分泌物和低分子质量根系分泌物。

三、根系分泌物的作用
根系分泌物是植物生理活动的产物，它们在植物养分活化与吸收过程中具有重要作用。
1、根系分泌物可促进土壤胶体表面吸附养分的解吸，增加难溶性养分的溶解，从而改善根际环境；
2、土壤养分的供应水平也影响植物根系的分泌作用，根际土壤养分含量影响植物体内养分的亏缺状态，从而影响植物体内初生代谢与次生代谢反应。
根系分泌物与土壤养分相互影响，从而影响根际土壤物理、化学与生物学性质。

四、根系分泌物研究方法
由于根系分泌物在养分活化、改善根际环境方面具有重要作用，人么对根系分泌物的研究表现出极大的兴趣，并试图从定型、定量两方面进行研究，相继产生了一系列根系分泌物的研究方法和定量评价体系，但土壤条件，原位收集根系分泌物的研究还值得进一步探讨。
由于根系分泌物本身的复杂性，给研究带来很大的困难，对研究方法提出了更高的要求，研究方法的科学性直接影响研究结果的准确性。
研究方法的几个原

则：（1）根据试验目的确定收集方法（整体或局部定位）；（2）收集过程不要破坏根的生长、尽量维持跟的自然生理状态；（3）抑制微生物的分解作用；（4）样品收集后，尽快分析或冰冻保存(<48h)。


★ 根系分泌物收集方法
（一）溶液培养收集法（根据溶液中的成分划分，注意植株通气状况对根系分泌物的影响）
1、蒸馏水收集法
（1）目的：
（2）对象：植株幼苗（经胁迫处理）；
（3）步骤：
①先用无菌蒸馏水清洗幼苗根部，再用滤纸吸干根表面水分；
②把根放入蒸馏水中收集数小时后，移走植株，然后利用培养蒸馏水来收集的根系分泌物；
③经过过滤（0.45μm微孔滤膜）除去杂质后，直接浓缩（旋转蒸发仪）或冰箱保存，然后分析。【称取5.00g样品，置于具塞玻璃瓶中，以1:10的比例加入正己烷，30℃超声波浸提振荡1h，过0.45μm微孔滤膜到100ml的三角瓶中，用真空旋转蒸发仪35℃浓缩到2ml左右，用于GC-MS测定。】
(4)优缺点
　优点：操作简单容易，且根系分泌物组成成分简单，易于分析；
　缺点：能否真实反映植株在土壤中的分泌情况还需进一步研究。

例子：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/min冷冻离心10min, 取上清液用以分析有机酸的种类和数量。
该文献证明，该法应该被淘汰。

2、简单Ca/B溶液收集（配制溶液？微生物抑制剂？）
（1）目的：
（2）对象：植株幼苗（经胁迫处理）；
（3）步骤：
①先用无菌蒸馏水清洗幼苗根部；
②把根放入Ca/B溶液（预先加入微生物抑制剂）中处理数小时后，移走植株，收集其营养液，即收集根系分泌物；
③经过过滤（0.45μm微孔滤膜）除去杂质后，直接浓缩（旋转蒸发仪）或冰箱保存，然后分析。
【称取5.00g样品，置于具塞玻璃瓶中，以1:10的比例加入正己烷，30℃超声波浸提振荡1h，过0.45μm微孔滤膜到100ml的三角瓶中，用真空旋转蒸发仪35℃浓缩到2ml左右，用于GC-MS测定。】
(4)优缺点
　优点：简单方便，易于进一步分析、测定；
　缺点：存在处理期间养分缺乏，不能真实反映田间条件下植物分泌等不足之处。
　
3、特定溶液收集（配制溶液？什么溶

液？）
（1）目的：
（2）对象：植株幼苗（常用种子萌发后的幼苗进行，待两片子叶完全展开后,移入通气的营养液中，营养液的pH 为6. 2 ,每3 d 更换一次。条件设置人工培养室中培养）；
（3）步骤：
①先用无菌蒸馏水清洗幼苗根部；
②营养液配制：单位mol/ L，K2SO4 7.5×10- 4,MgSO4 6.5×10- 4,KCl1.0×10- 4,Ca(NO3)22.0×10- 3,KH2PO42.5×10- 4, EDTA2Fe(Ⅱ)1.0×10- 5,MnSO41.0×10- 6 ,HBO3 1.0×10- 5,CuSO41.0 ×10- 7, ZnSO41.0×10- 6 ,(NH4) 6Mo7O24 5×10- 5。缺磷处理的营养液中不加KH2PO4,用2.5×10- 4mol/ L 的KCl 代替。
③把根放入特定溶液（缺乏或过量特定元素如缺磷、缺锌、铝毒等的完全营养液）收集中处理数小时后，移走植株，收集其营养液，即收集根系分泌物；
经过过滤（0.45μm微孔滤膜）除去杂质后，直接浓缩（旋转蒸发仪）或冰箱保存，然后分析。
(4)优缺点
　优点：得到的根系分泌物成分多，种类复杂；
　缺点：很难对特定位置的分泌物进行分离鉴定，而且营养液中部分养分离子还会与根系分泌物的某些成分发生化学反应。

（二）土培收集法
为了更能反映植物田间条件下真实的分泌情况，采用土培收集法，但是比营养液培养收集更麻烦。
1、根际土法
（1）目的：
（2）对象：成年植株或者幼苗；
（3）步骤：
①植株种植于土壤中，生长一段时间后（多久？）；
②获取植株根际土壤，土壤自然风干，粉碎至20目；
③将其各自与无菌水按一定比例混合，振荡或离心，过滤，所得滤液为根系分泌物；
经过过滤（0.45μm微孔滤膜）除去杂质后，直接浓缩（旋转蒸发仪）或冰箱保存，然后分析。
(4)优缺点
　优点：由于土壤存在机械阻力，根系分泌物作用比较旺盛，因而土培条件下单位植株干重产生根系分泌物多于溶液培养收集的；
　缺点：或许有较大误差。
　
修正方法：获取植株根和根际土壤，蒸馏水洗净的根自然风干和土壤自然风干，粉碎至20目；
采用根系中的和土壤中的共同的物质来确定根系分泌物或许更准确！

或将生长一段时间后的植株根系，用蒸馏水淋洗，所得根系淋洗物即为根系分泌物。
或将阴、阳离子膜和层析滤纸置于根系表面，定期取回，用有机溶剂如甲醇、酒精浸洗，所得溶液即为所收集到的根系分泌物

2、滤纸原位收集（田中民的两篇文献还需精读）
（1）目的：
（2）对象：不适合大型植物根系（即幼苗）；
（3）步骤：
①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。
②收集时从处理和对照中各挑选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

表面的营养液等物质,然后将根系平放于铺有湿滤纸的瓷盘中；
③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2cm×2cm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2 h。
④收集完后, 将每个植株不同部位的滤纸片放入2.5mLEpendo rf管中, 每10个滤纸片加300uL重蒸水放入液氮中保存。
⑤测定前将其溶解,12000r/min离心10min, 取上清液用以HPLC(高效液相色谱法)分析。

(4)优缺点
　优点：
　缺点：

3、土壤溶液取样器收集（不太适合根系分泌物的测定，适合土壤无机离子的测定）
（1）目的：
（2）对象：
（3）步骤：
①Rhizon SMS 的结构及规格 标准Rhizon SMS 主要由一支长10厘米、直径2.5毫米的多孔聚酯管,一支长12厘米、直径2.7毫米的PVC 管和与该PVC管相接的螺旋型外凸式连接器(Luer - Lock)三部分组成。见其结构示意图。多孔聚酯管及PVC 管内用一根直径0.8毫米、长16厘米的不锈钢丝加固,一直通到多孔聚酯管的底部。聚酯管平均孔径0.1微米。每一标准Rhizon SMS配有一个蓝色的盖帽,可封闭连接器接口,以免小动物钻入取样管内而引起堵塞。在取样时,可将一注射器插入连接器抽取溶液样品。Rhizon SMS的最大耐压为2巴(0.2兆帕) 。在压力梯度1巴时10毫升注射器的抽液量为1毫升/分,最小吸样体积为0.5毫升。
②优势：①轻便,体积小,直径仅2. 5 毫米; ②最小吸样体积小,只有0. 5毫升; ③管壁与溶质无离子交换现象;和④价格相对较低。Rhizon SMS 特别适合于土培或水培根际溶液的原位提取。取样器所取样品已经过多孔聚酯管过滤,清亮透明,可直接用于分析。现代分析方法只需1 毫升试样,甚至更少。在湿土中用一个10 毫升的注射器能取得7 毫升溶液,足够多种分析之用。（吴龙华等1999）
③细菌不能透过多孔材料,因此,取得的溶液被认为是经过消毒的。但是,细菌和蓝绿藻可能会通过取样器的连接口进入溶液。样品中硝酸根还原和氨氧化是不太可能的,不过由于没有加入添加剂,这些过程不可能完全被抑制。用来测定硝酸根和铵离子的样品,可以在取样后立即用2摩尔的氯化钾以1:1的比例稀释,在4℃下低温保存。从还原性土壤所取的溶液可能会褪色。由于扩散作用,真空管中常有氧的存在,还原性土壤中所采样品用于测定铁、锰和磷酸根时,必须先进行酸化(pH<2),在作化学测定前无需再过滤。测试前进行的酸化对那些能与铁、锰和磷酸根共沉淀的元素的测定也是非常重要的。
与其它固体材料一

样,微孔管透气性很小,而溶液相中的氧具有扩散性,利用真空器或注射器时土壤中气体通过微孔管进入取样器的腔中。取完样的真空管内水、气达到平衡,因此所测定的pH 是可信的。
取样器是由有机物质制成的。虽然微孔管不含任何已知的可浸提物质,但PVC 管含有30%的增塑剂和少量的稳定剂,痕量的有机质溶入样品是有可能的。试样中可分解有机物质将影响自动分析系统中NH+4-N的测定。
④Rhizon SMS 的安装注意事项、用Rhizon SMS 连同真空管( 或注射器) 取样、Rhizon SMS 适合范围，该法取样，重复数要大，尽可能不要损伤根系。
(4)优缺点
　优点：具轻、小、简易实用等优势。
　缺点：根际土壤溶液取样器（Rhizon SMS）能原位直接抽提土壤溶液，但是其PVC 管含有30%的增塑剂和少量的稳定剂，痕量的样品能进入样品。加之，所取的溶液常含有大量的土壤有机质，因此也会对样品造成较大的污染和干扰。土壤是一个非常复杂的多相体系，土壤溶液化学的影响因素还没有弄清，再加之土壤中存在时空变异，这给采集具有代表性的土壤溶液增加了许多困难，从而就难以收集到能代表真正根分泌物的溶液

（三）基质培收集
与土培收集有相似性，常用的基质有：石英砂、琼脂、蛭石、玻璃珠和人造营养土等。石英砂和玻璃珠不含植物生长所需的有效成分，惰性较强，不易于根系分泌物各组分进行化学反应，常用于研究。
1、石英砂/玻璃珠培
（1）目的：
（2）对象：幼苗多用，成年树木有原位新方法
（3）步骤：
①植株根系在石英砂/玻璃珠中培养一段时间，也可进行胁迫处理。
②利用蒸馏水或稀释的有机溶剂将生长在石英砂/玻璃珠的植株根系浸泡，借助减压抽滤，收集其根系分泌物。
③
④
⑤

(4)优缺点
　优点：
　缺点：

利用蛭石或人造营养土栽培植物效果良好，然而借助此法来收集根系分泌物并不多见，这主要是这类基质易附着于根系表面，难于洗脱。

2、琼脂培收集
（1）目的：
（2）对象：幼苗
（3）步骤：
①将植株幼苗置于琼脂介质中，胁迫处理一段时间后，收集根系周围以及附着在根系上的琼脂，加热溶解，过滤，收集其过滤液即为根系分泌物。
②进一步分离可根据实验目的不同而进行。琼脂培收集根系分泌物时，应注意防止微生物污染。Hoffland用琼脂栽培葡萄，收集了磷胁迫条件下不同部位的有机酸分泌物，具体做法是把葡萄根相互分开，埋植于预先混有营养液（包括供磷或缺磷）、厚2～3cm 的琼脂中，在被收集的根尖和根基部位用直径1.2cm 塑料环分隔开（环中间无琼脂）。
③通过这一试验发现，供

磷条件下，葡萄根尖的柠檬酸、苹果酸分泌量显著高于根系基部，而对应部位在缺磷条件下，两种酸的分泌量要比供磷条件的低。
④
⑤

(4)优缺点
　优点：
　缺点：

（四）循环水收集法
（1）目的：
（2）对象：幼苗；
其工作原理是苗木定植后，向容器中加入适量培养液，培养液向下渗流的过程中将根系分泌物向下淋洗，小型空气压缩机能够长时间不间断工作，其吹出的气流通过乳胶管（导气管）到达下水口时，在此产生负压，可使培养液通过乳胶管（导气管和回流管）将自栽培容器中下流的培养液回收到栽培容器，形成又一次下渗淋洗，循环回路形成。
（3）步骤：
①
②
③
④
⑤

(4)优缺点
　优点：
　缺点：







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