作物根际研究展望

一、作物根际研究现状

1.1 根际微生态及其基本属性

根际是指植物根系与土壤之间的微界面，其范围通常只有几个μm到几个mm。根际环境深受根系及其所关联的微生物活动的影响，因此其物理化学和生物学性质等与非根际土壤存在很大的差异。植物、土壤、微生物及其环境因子通过能流、物流和信息流的相互作用、相互制约而形成了一个具有高度组织性的复杂整体―根际微生态系统。根际微生态系统的基本属性包括：（1）特异性；（2）由植物、土壤、微生物及其环境条件等多种成分组成，并且具有整体的功能性；（3）系统内部各成分间具有内在的相关性；（4）有序性和层次性；（5）空间区域性；（6）动态性。特异性体现在植物的主导方面，具有生命活力的植物通过系统的生理代谢作用产生了根际相应，同时也决定了根际生态系统的特点。另外，根际微生物多样性也受土壤类型的影响，不同土壤的物理化学特性（如土壤结构、养分和有机质含量、pH等）决定了不同土壤类型间的微生物群落的差异。根际微生态系统的概念表明其研究对象从超微观的分子基因水平一直跨越到个体、群体甚至生态系统水平，因而具有明显的层次性。由于植物和微生物不断与其生长的环境进行物质和能量的交换，任何环境条件的改变都直接或间接影响植物和微生物的生长，因而整个根际微生态系统处于不断变化之中，具有根际动态性。

1.2 根际微生物多态性与养分有效性

土壤微生物对土壤肥力的形成，土壤生态系统的新陈代谢和植物营养起到重要的作用。土壤微生物参与多种反应过程如矿化-同化、氧化-还原等，是植物养分转化、有机碳代谢的驱动力，是土壤活性大小的标志。土壤有机质通过微生物一系列氧化分解过程而不断地矿质化，为微生物本身和作物提供有效的N、P、K、S等各种养分，提高作物产量，同时矿质化过程中的产物也通过微生物的同化作用将有效养分转化为有机态保存下来，同化作用也改善了土壤的理化性状。

微生物在植物根际分布密集、活性强，并与养分循环、植株生长和根系健康密切相关。植物根系之所以对土壤微生物群落有着显著的影响是因为根际环境非常有利于微生物的生存，根际土壤微生物比非根际的土壤微生物在数量和类型上都要多。根系分泌物不仅为根际微生物提供所需的能源，而且不同根系分泌物直接影响着根际微生物的数量和种群结构。研究表明，根际微生物的分布与沿根的可溶性碳的分布距离有关，微生物生物量的积累依赖于根系分泌物的释放。而且，根分泌物的多样性是根际微生物区系建立的先决条件，在一定程度上主宰着根际微生物生态演替和种群格局的变化。分泌物越多，微生物生长越旺盛；而根系分泌物的种类则决定了根际微生物的种类，这就是不同植物、不同基因型根际发育着不同种类微生物的原因。另外，根系分泌物及脱落的细胞、组织等进入到根系周围的土壤中，容易被微生物降解，对土壤有机质的转化有着重要的作用。研究表明，土壤有机质总输入的30～40%来自根分泌物及死亡的根。

根际土壤微生物结构对根际微生态系统中养分有效性产生重要影响。根际微生物降解有机质，产生各种有机酸，有利于难溶物质的转化，改善根际营养条件，提供易被植物吸收的矿质元素，聚集在根际的微生物菌群产生多种生长调节物质，促进植物生长发育。大豆根面区细菌和真菌的数量最高，随着远离根面区，两者的数量呈下降趋势，而且在种群上受到不同氮肥种类影响。在微生物参与下的玉米根际C/N平衡对玉米根际土壤供N能力有重要作用，但根际环境对N的形态转化产生的影响很复杂。根系对P素的活化与土壤种类、根系分泌有机酸的种类及根际微生物群落机构与功能都有着密切的关系。

二、作物根际研究展望

未来作物根际的研究还需开展以下几方面的研究：

1.作物根际微生态环境与作物根系构型及吸收功能关系的研究。主要从根际pH值、微生物群落及有效营养元素等几方面的动态变化状况，探讨对根系的构型作用及机能变化的影响，尤其在根系与氮、磷的吸收利用率方面做深入研究。

2.开展作物根系的分子遗传学研究。筛选养分高效利用基因型，探讨根系吸收养分的分子遗传机制，探索和标记作物发根基因进行遗传转化，辅助育种，加快育种进程。