论文导读:：越橘的根系没有根毛。低分子有机物是根系分泌物的主要成分。简单糖类、有机酸、氨基酸等[2-3]。其中简单糖类占根系分泌物总量50～70％。
论文关键词：越橘，根系分泌物，氨基酸，单糖
在植物生长过程中，根系不仅从环境中摄取养分和水分，同时也向生长介质中分泌质子、无机离子和大量的有机物，这些物质和根组织脱落物一起统称为根系分泌物（root exudates，RE）[1]。低分子有机物是根系分泌物的主要成分，例如，简单糖类、有机酸、氨基酸等[2-3]。其中简单糖类占根系分泌物总量50～70％，有机酸占20～30％，氨基酸占10～20％[4]。研究表明，根系通过分泌物改变根际物理、化学或生物学性质来提高土壤养分的生物有效性，促进植物对养分的吸收和利用农业论文，在克服和缓解养分胁迫中具有十分重要的意义[5]。根系分泌物中的碳水化合物和氨基酸为根际微生物提供有效的碳源和氮源，且直接影响着菌根和根际微生物的数量和种群结构[4,6]。
众所周知，越橘的根系没有根毛，是依靠菌根吸收土壤中的养分和水分[7]。有研究表明，植物的生长周期是影响根系分泌的一个重要因素。在不同的生长时期，植物根系分泌物的种类和数量都有所变化。本文以生产中广泛栽培的北高丛越橘品种北陆（Northland）为试材，在生长季进行定期采样，通过测定越橘根系分泌物中氨基酸和糖分的组成及含量，研究越橘根系分泌物氨基酸和糖分的组成特点和年周期变化规律，为深入研究越橘根系功能及根系-根际互作机理奠定基础，也为果园的土壤管理提供理论依据免费论文。
1材料与方法
1.1 材料
试验在吉林农业大学小浆果基地进行，以三年生北高丛（V. corymbosum L.）越橘品种北陆（Northland）盆栽植株为试材。
1.2 试材准备
本试验采用土培法收集根系分泌物。用400目滤网（长×宽=30cm×20cm）做成根袋，底部扎紧。选取健壮、生长势基本一致的植株，将根系带土坨套上根袋，栽植于装有营养土的塑料桶中（桶口直径30cm，桶底直径20cm，桶高22cm），常规管理。试验以10株为一小区，设三次重复。于栽植后的第二年取样测定根系分泌物中的各类成分，共分6个采样时期，即Ⅰ期（5月10日）；Ⅱ期（6月10日）；Ⅲ期（7月15日）；Ⅳ期（8月5日）；Ⅴ期（9月20日）；Ⅵ期（10月20日）。
1.3 根系分泌物的分离鉴定
从塑料桶中取出根袋，将根袋中的土壤迅速装入自封袋内农业论文，放入冰桶中带回试验室。将取回的土壤用3倍体积去离子水淋洗，收集土壤淋洗的水溶液作为粗提液。
1.3.1越橘根系分泌物中氨基酸的分离鉴定
将收集得到的土壤水溶液于50℃条件下孵育24h，3800r/min离心12min，取上清液，抽滤后真空减压浓缩（50转/min 65℃）至50ml，-4℃条件贮存。采用日立L-8800氨基酸自动分析仪测定氨基酸的种类及含量。检测条件：色谱柱为2622Sc（PF）；检测波长为470nm；茚三酮显色；流量为0.35ml/min；柱体温度为57℃；反应温度为130℃；流速为0.05～0.99 ml/min；检测限为3pmol；进样量为60μl。数据采用NPS软件进行方差分析。
1.3.2越橘根系分泌物中单糖的分离鉴定
将收集得到的土壤水溶液，参照1.3.1的方法浓缩至100ml后，加无水乙醇至醇浓度为80%，4℃低温沉降过夜，5000r/min离心10min，除去上清液，依次用无水乙醇、丙酮各洗涤2次，50℃恒温干燥至恒重，得褐色多糖粗样。取20mg多糖粗样，加入浓度为1mol/L硫酸溶液20ml，于100℃水解4～6h，得到的样品水解液用2mol/L氢氧化钠中和至pH 7.0，并以超纯水定容到5.0ml，3800r/min离心5min，取上清液待用。
利用Agilent1100 Series高效液相色谱仪分离鉴定样品中糖份的种类，并以峰面积外标法对样品中的单糖组分进行定量分析。检测条件：色谱柱为PhenomenexC18(250mm×4.6 mm，5μm)；流动相为溶剂A（15%(v/v)乙腈+ 20 mmol/L乙酸铵水溶液）和溶剂B（40% (v/v)乙腈+20 mmol/L乙酸铵水溶液）；梯度模式：时间梯度为0 min～25 min农业论文，相应浓度梯度为0%～50%溶剂B。检测波长为250 nm；流速为1.2 ml/min，进样量为20μl，柱温为室温，数据采用NPS软件进行方差分析。
根据1.3.2的方法，得到7种单糖组分的标准曲线，结果见表1免费论文。
表1 单糖的标准曲线
|
单糖
Chromatogram
|
线性方程
Regression equation
|
r值
r
|
|
甘露糖 Mannose
|
Y= 0.8643X-0.0204
|
0.995
|
|
鼠李糖 Rhamnose
|
Y= 1.4023X-0.0413
|
0.997
|
|
葡萄糖 Glucose
|
Y= 1.1348X+0.0093
|
0.998
|
|
半乳糖 Galactose
|
Y=0.5503X+0.0298
|
0.998
|
|
核 糖 Ribose
|
Y=0.6950X-0.1580
|
0.997
|
|
阿拉伯糖 Arabinose
|
Y=0.6012X-0.0178
|
0.993
|
|
果 糖 Fructose
|
Y=0.127X-0.1157
|
0.995
|
. Calibration curves of the monosaccharides
table12 结果与分析
2.1越橘根系分泌物中氨基酸种类和含量的变化
在年生长周期中，越橘根系分泌物中氨基酸总量先升高后下降，最高峰出现在第Ⅱ期
（6月10日）。在根系分泌物中共检测到15种氨基酸，在不同生长期各类氨基酸含量差异显著。根据各种氨基酸含量的变化特点大致可分为四类，第一类为天冬氨酸和谷氨酸，其含量先下降后升高，最低点分别出现在第Ⅲ期（7月15日）和第Ⅳ期（8月5日），其中谷氨酸含量在各时期一直处于较高水平；第二类为精氨酸和赖氨酸，呈升高-下降-升高的变化特点，两次高峰分布出现在第Ⅲ期（7月15日）和第Ⅵ期（10月20日）；第三类为苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、丙氨酸和组氨酸，其含量先升高后下降，在第Ⅱ期（6月10日）达到高峰，随后含量迅速下降；第四类为甘氨酸等6种氨基酸，这6中氨基酸含量在年生长周期中变化较平缓，特别是蛋氨酸，其含量一直处于较低水平，与同时期其他氨基酸含量达到极显著差异（表2）。
表2各时期越橘根系分泌物中氨基酸含量变化(mg/g)
Tab. 2 Change of amino acid content in blueberry rootsecretion in different period (mg/g)
|
|
Ⅰ期
5月10日
|
Ⅱ期
6月10日
|
Ⅲ期
7月15日
|
Ⅳ期
8月5日
|
Ⅴ期
9月20日
|
Ⅵ期
10月20日
|
|
天冬氨酸 Asp
|
0. 19B
|
0. 13DFE
|
0. 09G
|
0. 11E
|
0. 18B
|
0. 20C
|
|
苏氨酸 Thr
|
0. 11CD
|
0. 27A
|
0. 21BC
|
0. 17C
|
0. 09C
|
0. 03G
|
|
丝氨酸 Ser
|
0.09CD
|
0.17BCD
|
0.12EFG
|
0.11E
|
0.15BC
|
0.07EFG
|
|
谷氨酸 Glu
|
0.32A
|
0.31A
|
0.24B
|
0.18C
|
0.27A
|
0.35AB
|
|
甘氨酸 Gly
|
0.12C
|
0.14CDE
|
0.11FG
|
0.19C
|
0.16BC
|
0.11DE
|
|
丙氨酸 Ala
|
0.12C
|
0.17BCD
|
0.15DEF
|
0.14D
|
0.11C
|
0.08EF
|
|
缬氨酸 Val
|
0.12C
|
0.20BC
|
0.17CD
|
0.14D
|
0.12BC
|
0.06FG
|
|
蛋氨酸 Met
|
0.02E
|
0.05G
|
----H
|
0.08F
|
0.10C
|
0.07EFG
|
|
异亮氨酸 Ile
|
0.06DE
|
0.08EFG
|
0.14DEF
|
0.12DE
|
0.09C
|
0.03G
|
|
亮氨酸 Leu
|
0.11CD
|
0.14CDE
|
0.18CD
|
0.13DE
|
0.10C
|
0.05FG
|
|
酪氨酸 Tyr
|
0.17B
|
0.21B
|
0.16DE
|
0.13DE
|
0.09C
|
0.04FG
|
|
苯丙氨酸 Phe
|
0.09CD
|
0.18BCD
|
0.15DEF
|
0.13DE
|
0.16BC
|
0.13D
|
|
赖氨酸 Lys
|
0.09CD
|
0.28A
|
0.31A
|
0.27A
|
0.25A
|
0.32B
|
|
组氨酸 His
|
0.02E
|
0.19BCD
|
0.14DEF
|
0.11E
|
0.09C
|
0.03G
|
|
精氨酸 Arg
|
0.06DE
|
0.27A
|
0.31A
|
0.24B
|
0.29A
|
0.38A
|
|
总 量
|
1.69
|
2.79
|
2.48
|
2.25
|
2.23
|
1.95
|
注： A,B,C,D表示在0.05水平上 Duncan 新复极差检测结果。“-”表示未检测到该种氨基酸。
Note： A,B,C,D indicatethe results of Duncan test at 0.05 level. "-"No related amino acid was detected.
2.2越橘根系分泌物中单糖种类和含量的变化
在年生长周期中农业论文，越橘根系分泌物中总糖含量呈升高-下降-升高的变化趋势。2次高峰分别出现在第Ⅱ期（6月10日）和第Ⅵ期（10月20日）。在根系分泌物中共检测出甘露糖、鼠李糖、葡萄糖等7种单糖。
根据7种单糖的变化特点可分为四类，第一类为甘露糖、核糖和果糖，呈现升高-下降-升高的变化特点。但3种单糖出现最低点的时期不同，甘露糖的最低点出现在第Ⅲ期，核糖的最低点第Ⅳ期，而果糖在第Ⅳ期则没有检测到。第二类为半乳糖和阿拉伯糖，呈现下降-升高交替出现的变化特点，但二者的变化时期略有不同。第三类为鼠李糖，表现为升高-下降交替出现的变化特点。第四类为葡萄糖，在第Ⅱ期略有下降后持续升高。在所检测到的7种单糖中，核糖变化幅度最大，为0.64倍～9.13倍；葡萄糖变化幅度最小，为0.05倍～1.15倍。
.
表3 各时期越橘根系分泌物中单糖含量变化(mg/ml)
Table 3 Change of monosaccharides content inblueberry root secretion in different period (mg/ml)
|
|
Ⅰ期
5月10日
|
Ⅱ期
6月10日
|
Ⅲ期
7月15日
|
Ⅳ期
8月5日
|
Ⅴ期
9月20日
|
Ⅵ期
10月20日
|
|
甘露糖 Mannose
|
0.31F
|
1.08E
|
0.35F
|
0.76D
|
0.98F
|
1.81E
|
|
鼠李糖 Rhamnose
|
0.38DE
|
1.55D
|
0. 78D
|
1.68C
|
1.05E
|
2.03D
|
|
葡萄糖 Glucose
|
0.34EF
|
0.32G
|
0.65E
|
0.68E
|
1.46C
|
2.24C
|
|
半乳糖 Galactose
|
3.01A
|
2.18B
|
1.40C
|
2.42A
|
1.63B
|
4.13B
|
|
核 糖 Ribose
|
0.55C
|
5.57A
|
2.01B
|
0.34F
|
2.26A
|
4.81A
|
|
阿拉伯糖 Arabinose
|
2.61B
|
0.47F
|
2.63A
|
2.16B
|
0.81G
|
1.27G
|
|
果 糖 Fructose
|
0.42D
|
1.71C
|
0.25G
|
―G
|
1.18D
|
1.74F
|
|
总 量
|
7.68
|
12.88
|
8.05
|
8.13
|
9.37
|
18.03
|
注： A,B,C,D表示在0.05水平上 Duncan 新复极差检测结果。“-”表示未检测到该种氨基酸。
Note： A,B,C,D indicatethe results of Duncan test at 0.05 level. "-"No related amino acid was detected.
3 讨论
土壤中低分子有机物含量受到多种因素的影响，例如，土壤温度、土壤含水量、土壤有机质含量，尤其是土壤微生物种类、数量及其活性。Berthrong and Finzi[8]报道，土壤氨基酸含量与蛋白水解酶活性和表层土壤有机质含量相关免费论文。Lipson等[9]认为，土壤氨基酸含量的变化主要受到土壤微生物产生和消耗正负作用的共同影响。一方面土壤微生物通过蛋白酶水解增加土壤氨基酸含量，另一方面土壤微生物将氨基酸等有效氮固定在体内减少土壤氨基酸含量，因此土壤氨基酸含量在一定程度上反映了土壤微生物活性和植物对氮的利用水平。在生长季，北陆根系土壤中氨基酸总量呈先升高后下降的变化特点，最高峰出现在第Ⅱ期农业论文，推测在生长季前期土壤中蛋白酶水解反应占优势，在后期有效氮固定占优势，在氨基酸含量最高的第Ⅱ期根系对土壤中有效氮的利用水平较低。所检测到的15种氨基酸在各时期的变化趋势各异，说明根系各类氨基酸代谢和分泌对环境因子的响应特点不同。
土壤呼吸受到多种生物和非生物因素的影响，例如，温度、含水量[10]，还受到土壤有机质含量[11]、土壤微生物活性和植物根系生长等[12]的影响。而能影响到植物生长和微生物代谢的因素都可能间接影响到土壤呼吸变化，如，能源的供给。土壤中的简单糖类作为有效碳源能影响土壤微生物的生长代谢，从而引起土壤呼吸的变化。也有研究表明，根系分泌物中单糖的种类和含量与根系的适应性密切相关[13-14]。北陆根系分泌物中单糖总量的变化在一定程度上反映了土壤呼吸水平的变化趋势。各类单糖的变化幅度反映出其代谢相关途径受土壤环境因子的影响程度。本试验中，核糖含量变化幅度最大，表明其代谢途径对环境因子的变化最敏感；葡萄糖含量变化幅度最小则说明其代谢受外界影响较小。
参考文献References:
[1]Marschner H., Romheld V., Zhang F.S. et al. Mobilization of mineral nutrients in therhizosphere: by root exudates Transactions 14th Interna [J]. Congress of SoilSci Vol, 1990: 158-163.
[2]Farrar J, Hawes M, Jones D and Lindow S. How roots control the flux of carbonto the rhizosphere [J]. Ecology, 2003,84:827-833.
[3]Jones D L, Hodge A and Kuzyakov Y. Plant and mycorrhizal regulation of rhizodeposition[J].New Phytologist, 2004,163:459-480.
[4]Kuzyakov Y, Hill P W and Jones D L. Root exudate components change litterdecomposition in a simulated rhizosphere depending on temperature. Plant andSoil,2007,290:293-305.
[5]Yao Sheng-rui, Shu Huai-rui. Sturdy on the effect of organicmaterials on mineral nutrients and enzymes of in the rhizosphere of appleseedlings [J]. AcatPedologica Sinica.1999, 36(3): 419-431. (in Chinese)
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