遮荫是苗木培育的关键措施,它可以通过影响根系向土壤释放分泌物的量改变土壤碳氮酶活性,进而影响土壤碳氮循环过程.然而,有关遮荫对土壤碳氮酶活性的影响及其与苗木生长之间的关系如何,研究较为缺乏.以杉木1年生幼苗"洋061"为研究对象,设置五个不同遮荫处理:不遮荫(CK)光强1157.82 μmol m-2 s-1、30％遮荫(T1)光强856.31 μmol m-2 s-1、55％遮荫(T2)光强 542.68 μmol m-2 s-1、70％遮荫(T3)光强 382.08 μmol m-2 s-1、85％遮荫(T4)光强 219.56 μmol m-2 s-1,比较不同遮荫处理对杉木幼苗生长、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量和土壤碳氮代谢酶活性的影响.结果表明:(1)杉木苗高、不同器官生物量、根冠比和苗木质量指数均随光强减弱呈先升后降的趋势,除苗高和根冠比分别在T3和T1时最大,其余指标均在T2时最大,而地径则随光强的减弱逐渐变小;(2)土壤SOC含量对遮荫响应存在差异,T3处理下SOC含量显著低于CK,而在T4时显著高于CK,遮荫不同程度降低土壤TN含量,但不同处理间不存在显著差异;(3)土壤碳氮代谢酶对不同遮荫处理的响应存在一定的差异.与CK相比,不同遮荫处理显著改变土壤酶活性,其中土壤纤维素酶(S-CL)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤酸性转化酶(S-AI)、土壤木质素过氧化物酶(S-LiP)活性在T4处理时最高;土壤过氧化氢酶(S-CAT)、土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(S-NAG)、土壤几丁质酶(S-C)则在T3达到最大值;土壤多酚氧化酶(S-PPO)活性在T1处理下最大;T2遮荫强度时,土壤淀粉酶(S-AL)、土壤亚硝酸转化酶(S-NiR)活性最高;但遮荫还不同程度的降低了土壤脲酶(S-UE)、土壤硝酸转化酶(S-NR)活性.冗余分析发现,土壤酶活性对SOC、TN的解释度高达76.61％,表明S-LiP、S-AL、S-AI、S-PPO、S-CL与SOC具有较强的正相关关系,S-UE、S-NR对TN影响较大.综上所述,30％-55％遮荫即光照强度为542.68-856.31 μmol m-2 s-1是较适宜杉木幼苗生长的光照条件,这与该处理下提高土壤碳氮酶活性进而改善碳氮养分循环密切相关.

为了探究喀斯特地区植物根系分泌物酶活性对根际土酶活性和养分的影响,我们测定了灌草丛、灌木林、灌乔林和乔木林4个植被恢复阶段群落水平根系分泌物和根际土的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)的活性与土壤碳氮磷的含量,并分析了它们之间的关系.结果表明:(1)根际土以及根系分泌物的4种酶活性在植被恢复后期显著高于植被恢复前期;乔木林的根系分泌物酶活性C∶P和N∶P比值显著高于其他植被恢复阶段,而根际土酶活性这2个比值则正好相反.(2)相关分析显示,根系分泌物酶活性与对应的土壤酶活性呈显著正相关;相对于根系分泌物酶活性,土壤酶活性与相关养分的相关系数值更高.另外,根际土以及根系分泌物βG、NAG和LAP酶活性与根际土有机碳(SOC)和全氮(TN)呈显著正相关,根际土以及根系分泌物ACP酶活性与根际土速效磷(AP)呈显著正相关.上述结果表明,植被恢复对根系分泌物酶和土壤酶活性的提高具有正向的作用,根系分泌物酶是土壤酶的有利补充,在碳氮磷养分循环过程中起到积极的促进作用.综上所述,调控根系分泌物分泌及其酶活性可能为喀斯特生态系统的植被恢复提供新的视角.

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度.青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是气候变化的敏感区和脆弱区.全球气候变化使土壤酶活性受到强烈的影响,这些影响可能使土壤的质量发生改变,进而对青藏高原高寒草地植被生产力产生一定影响.土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,其格局、功能和转换过程已被广泛的研究,但高寒草地生态系统土壤酶活性的海拔地带性特征还需深入探讨.因此,以青藏高原高寒草地为研究对象,将土壤酶活性海拔梯度研究从站点尺度拓展到样带尺度,分析了与土壤碳循环密切相关的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与土壤氮循环密切相关的土壤N-乙酰-β氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤亮氨酸肌肽酶(LAP)以及与土壤磷循环密切相关的土壤碱性磷酸酶(ALP)的海拔地带性,进一步明晰其主要驱动因子.结果表明:(1)ALP和βG活性在海拔梯度上,展现出显著分异,在约为3546 m和3364 m出现拐点,且低海拔显著高于高海拔(P＜0.01).而NAG和LAP的活性与海拔无显著关系.(2)高低海拔模式下,ALP活性均与年平均降水量显著相关(P＜0.01),而不受年平均温度的影响.高海拔模式下,βG活性受降水的影响;低海拔模式下,气候影响不明显.综合而言,海拔变化引起的温度和降水变化会直接或间接地影响土壤酶活性,其中降水是影响青藏高原高寒草地土壤酶活性的关键因子之一,这种适应性的改变使土壤酶能够在不同的环境条件下适应并发挥其功能,从而影响着土壤生态系统的物质循环和能量转化过程.研究结果可以评估不同海拔地带土壤的养分转化、有机质分解和循环等生态系统功能,为生态系统管理和保护提供科学依据,对理解高寒草地生物地球化学循环过程和机制具有重要意义.

植物可以通过凋落物和根系分泌物改变土壤微生物生物量及碳氮磷转化胞外酶活性,进而影响土壤碳氮磷循环过程.然而,针对土壤磷有效性如何影响植物与土壤微生物之间的关系依然不清楚.本研究在不同磷添加水平下(0、1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m-2·a-1),分析杉木种植对土壤微生物生物量和碳氮磷转化胞外酶活性的影响.结果表明:杉木种植显著改变了土壤微生物生物量与碳氮磷转化胞外酶活性,而且影响程度受磷添加水平的调控.在不添加磷处理下,种植杉木显著降低了土壤养分有效性,并引起土壤酸化,导致磷限制加剧,抑制土壤微生物生物量.磷添加逐渐减缓磷限制,随着磷添加水平的升高(1.95、3.9、7.8、15.6 g P·m-2·a-1)土壤酸性磷酸酶活性比对照分别降低30.0％、30.5％、35.3％和47.1％.在3个磷添加水平处理下(1.95、3.9、7.8gP·m-2·a-1),杉木对土壤微生物生长的抑制作用得到缓解.在高水平磷添加处理下(15.6gP·m-2·a-1),由于磷添加引起的氮养分限制,杉木种植对土壤微生物再次呈抑制作用.杉木种植和土壤磷有效性共同调控土壤微生物生物量与胞外酶活性,改变磷限制.

为探究抗、感品种棉花根系分泌物对尖孢镰刀菌生长及基因表达的影响,以棉花感病品种新海 14 号(XH-14)和抗病品种新海 41 号(XH-41)为材料,将棉花根系分泌物与尖孢镰刀菌(F327)共培养,观察尖孢镰刀菌的生长;取培养 0、6、12、24 和 48 h样本,进行RNA-seq.结果表明,与XH-41 根系分泌物处理的菌落相比,XH-14 根系分泌物处理的菌落生长速率快、孢子萌发率高、产孢量显著增加.GO(gene ontology)分析发现,XH-14 根系分泌物处理的差异表达基因(differentialy expressed genes,DEGs)主要富集在氨基酸转运、脂肪酸生物合成过程、膜的组成部分、离子通道活性;XH-41 根系分泌物处理的DEGs主要富集在跨膜转运、三羧酸循环、膜的组成部分、ATP酶活性.KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)分析发现,XH-14根系分泌物处理的DEGs主要富集在TCA循环、类胡萝卜素生物合成、谷胱甘肽代谢、核黄素代谢等代谢通路;XH-41 根系分泌物处理的主要DEGs富集在碳代谢、其他聚糖降解、脂肪酸代谢、ABC运输工具等代谢通路.综合分析结果,获得 24 个与细胞壁降解酶相关的基因,其中感病品种棉花根系分泌物处理 6 h下"水解酶活性、水解O-糖基化合物"基因富集数目最多.研究结果为筛选棉花枯萎病菌潜在的关键致病基因奠定基础,为棉花枯萎病的防控提供理论依据.

根系分泌物介导的根际过程具有重要的生态学效应,但目前有关植物尤其是濒危珍稀植物根系分泌物及其介导的土壤生物地球化学循环过程的原位季节动态研究甚少.本文以阿坝州茂县大沟流域30年生的国家二级濒危保护植物连香树人工林为研究对象,于2014年4、7、9和12月利用原位收集装置对连香树根系分泌物进行原位收集;并同步分析了根际土壤微生物特性的变化.结果表明:(1)根系分泌物C和N分泌速率均呈现明显的季节动态变化,其中,夏季最高,冬季最低.(2)根际土壤微生物碳、氮及土壤酶活性显著高于非根际,表现出正的根际效应;根际效应也与根系分泌物输入表现出类似的季节动态规律,即夏季(7月)最高,而冬季(12月)最低.(3)进一步相关分析表明:根系分泌物分泌速率与土壤微生物碳、氮及土壤酶活性根际效应值呈线性正相关,表明根系分泌物输入是驱动根际微生物活性的重要因子,揭示连香树根系碳输入对根际土壤过程和功能的季节响应.未来研究应加强根系分泌物输入与土壤生物地球化学循环过程的偶联效应与机制研究.

阐明水稻绿色性状形成的生理基础对于指导绿色超级稻品种的选育及其栽培均有重要意义.该文以“抗旱性强、水分高效、营养高效”等绿色性状为重点,从叶片生理性状、内源激素水平、根系形态生理、群体冠层特征等方面概述了水稻绿色性状形成的生理机制.叶片蒸腾效率和碳、氮代谢相关酶活性较高,激素之间平衡特别是脱落酸与乙烯比值及精胺或亚精胺与腐胺比值高,根量大、根系扎得深、根系活性强,根尖细胞中的线粒体、高尔基体等数目多,根系分泌物中苹果酸和琥珀酸浓度较高,群体冠层质量好尤其是粒叶比、糖花比和收获指数高是高产优质、抗旱性强、水分和养分高效利用等绿色性状形成的重要生理基础.今后需要深入研究各绿色性状形成的生理生化机制及其相互关系,各绿色性状协调形成的生理基础、环境适应性和栽培调控的作用及其调控原理.

为了研究柏木与香椿混交时柏木根系分泌物对土壤养分和酶活性的影响,试验采用盆栽法进行,将土培法收集的柏木根系分泌物按月施加到香椿苗盆栽土壤中,设4个处理:G1、G2、G3和G4,分别为1株、2株、4株和8株柏木根际土提取液,同时设置空白处理CK.处理1年后测定种植香椿的土壤(简称:香椿土壤)养分含量和酶活性.结果 表明:柏木根系分泌物对香椿土壤全N、全P、全K含量影响不显著(P＞0.05);但显著增加了土壤碱解N、有效P和速效K含量(P＜0.05),且随施加浓度的增加,碱解N含量、有效P和速效K含量也增加,而G3与G4处理差异不显著(P＞0.05);添加根系分泌物后,香椿土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性增强,且随根系分泌物施加浓度的增加,土壤酶活性递增;相关分析显示,4种酶的活性与土壤碱解N、有效P和速效K及土壤pH值均呈极显著相关(P＜0.01),但与全N、全P、全K不相关(P＞0.05);4种酶相互之间存在极显著正相关(P＜0.01);不同施加浓度的柏木根系分泌物均能提高碱解N、有效P、速效K含量,增强土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,从而直接或间接影响土壤养分的有效性.综合分析得出,以4株柏木根系分泌物的促进效果较好,柏木与香椿的混交比例为4∶1能较好地改善土壤环境.

氮沉降对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响,尤其是加剧了植物生长的磷限制,从而使得氮沉降背景下植物磷含量变化备受关注.该文综述了氮添加对森林植物磷含量的影响,认为氮添加通过促进土壤磷酸酶活性进而提高土壤有效磷含量,有利于植物的磷吸收并增加植物磷含量.同时,森林植物磷含量对氮添加的响应还受物种、生活型以及施氮时间长短等因素的影响.基于森林植物磷含量对氮添加响应的差异性,该文进一步探讨氮富集背景下森林植物磷含量变化的可能机制:1)外源氮输入通过改变土壤中有效磷含量从而对植物磷的来源产生影响;2)通过影响植物的根系分泌物、菌根共生和根系形态结构等进而影响植物的磷吸收能力;3)通过影响植物的磷养分再分配、磷养分重吸收对植物磷利用效率产生影响.综上所述,外源氮输入使植物磷含量发生改变,首要原因是土壤有效磷含量的改变,其次是植物磷吸收能力和磷利用效率的改变起调控作用.

全球气候变化下频发的干旱灾害已成为一个世界范围内的重大气候问题.根际环境是植物适应极端环境的有效方式之一,探讨干旱胁迫下根际环境改变及其与植物抗逆性和生产力的关系,已逐渐成为包括植物营养学、植物生理学、土壤学、微生物学等多学科的研究热点.本文在介绍干旱的严重性及根际环境的重要性的基础上,根据近年来国内外关于干旱对植物根际环境影响的研究成果,重点阐述干旱胁迫对植物根系分泌物的组成和含量、根际土壤碳氮磷养分状况、根际土壤酶活性及根际微生物数量和种群结构的影响,结果表明干旱胁迫不仅会提高植物根系分泌物的数量,改变其组成,而且会改变根际土壤酶活性及土壤微生物群落结构多样性与功能,同时也会改变土壤养分的循环与可利用性,从而影响植物生长,且这些改变会因植物种类、植物所处发育阶段、干旱胁迫强度与时间等的不同而异;但这些研究仅从现象上对其变化趋势进行了探究,目前对其相关机理性的研究仍非常缺乏、不够系统深入.未来应结合一些现代的新技术和方法,从根际化学信号及微生物组学的细微尺度上,加强干旱胁迫及其与其他环境胁迫耦合下植物根际环境变化与机理的系统深入研究,对丰富和推进植物对干旱逆境的适应与响应机理性的认识具有重要意义.