028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

日期: 2022-02-18
标签:

原名:Root exudation of mature beech forests across a nutrient availability gradient: the role of root morphology and fungal activity

译名:成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

期刊:New Phytologist

IF10.15

发表时间:2020.01

第一作者Ina C. Meier

摘要:

根系分泌物是一种重要的植物功能,对森林生态系统中土壤有机质动态和植物-土壤反馈具有强烈的影响。然而,成熟森林根系分泌物的主要生态驱动因素尚不确定。

在两个生长季节内,原位收集生长于不同基岩类型的六个成熟欧洲山毛榉(Fagus sylvatica L.)林分的根系分泌物,并分析根系分泌物输入速率与根形态特征、土壤化学特征以及养分有效性之间的关系。

结果表明,根系形态特征是驱动根系分泌物输入速率在养分有效性梯度上变化的主要因子。具体来说,SRL增加两倍,根系分泌物输入速率增加约5倍。同时,根系分泌物输入速率与土壤pHN有效性显著负相关。pH和养分含量较高的地点相比,在pH和养分含量较低的地点,真菌活性下降,根系分泌物输入速率约高3倍。除此之外,根系分泌物输入速率与参与分解低生物有效性碳和氮的胞外酶活性负相关。

综上,在偏酸性且N有效性较低的土壤中,真菌活性降低,森林根系分泌物输入速率增加,更多的光合固定碳以根系分泌物形式输入到土壤中参与碳循环。

研究背景

根系分泌物输入是决定根际功能和植物-土壤关系的关键过程,最高可占植物总光合固定碳的1/3。根系分泌物中的不稳定碳组分可作为根际微生物易获取的重要能量物质来源。

土壤微生物能够将土壤有机质(SOM)转化为生物可利用形式。然而,大部分微生物群落都受到能量限制并表现出功能不活跃性,其胞外酶产生也受到养分经济调控。因此,微生物产生的水解酶(将纤维素和几丁质解聚成生物可利用形式)与生物群落内部和整个生物群落中的底物有效性(SOM或总C含量)和pH值密切相关。相比之下,氮(N)有效性对水解活性的影响仍不确定不同的研究表明,N限制可能抑制、不影响或促进水解酶活性,取决于真菌的相对数量。这些不同的结果可能反映了微生物产生酶的过程受到生物可利用碳限制,而根系分泌物被认为是一种微生物可利用碳的来源。

养分限制会影响植物细根的生长和活力。大量研究表明养分限制条件下会诱导差异化的植物根系响应,比如比根长(SRL)增大、直径减小,或者根生物量增加和根寿命延长。然而,根系性状的响应是否对根系分泌物输入数量产生影响还知之甚少。此前的研究主要关注根系分泌物输入引起的一系列根际过程,但控制根系分泌物输入速率的主要因素尚未阐明。

根系分泌物输入数量与质量主要受到根系结构、环境条件以及有益微生物和病原微生物的影响。由于根系分泌物碳最终来源于光合作用,因此光合有效辐射、大气CO2浓度、土壤N有效性以及土壤水分等因素均能对其数量和质量产生影响。尽管已知多种因素会影响根系分泌物输入过程,但很难预测不同因素产生的净效应,尤其是在天然森林中。

本研究中,我们调查了两个生长季节内欧洲山毛榉成熟林的细根形态特征和细根分泌物,试图揭示山毛榉根系分泌物在土壤化学特征和养分有效性差异较大的环境梯度下的适应性反应。我们假设,偏酸性的森林土壤中易获取有机质较少,从而降低微生物活性和氮供给,同时山毛榉根系比根长增加,这两种结果将会导致根系分泌物输入速率高于土壤。·

主要结果:

1. 基岩类型对根系分泌物的影响

不同基岩类型的根系分泌物平均输入速率为29±7 µg C g-1 h-1,其中loessbasalt类型的输入速率最低,glacial deposits类型的输入速率最高(图1a)。对根系分泌物年输入通量而言,sandglacial deposit类型的年输入通量最高,loessbasalt类型的年输入通量最低(图1b)。总体来讲,年平均气温每增加1℃,根系分泌物年输入通量增加6 g C m-2 yr-1(图2e)。

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

1 a)根系分泌物输入速率;(b)根系分泌物年输入通量

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

1 六种不同基岩类型欧洲山毛榉林表层土壤腐殖质形态、有机层深度、土壤类型、pH值、养分有效性和胞外酶活性


2. 根系分泌物输入速率与根系形态特征的关系

与根系分泌物输入速率的趋势一致,根系SRLloessbasalt类型土壤中最低(13–17 m g-1),glacial deposit类型中最高(23±2 m g-1)(图3)。SRL对根系分泌物输入速率具有正效应,随着SRL12 m g-1增加至24 m g-1,根系分泌物输入速率由87增至397 mg C g-1 h-1p < 0.001; 2a)。

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

2 根系分泌物输入速率与(a)SRL;(bpH;(c)(半)纤维素酶活性;(d)NAG酶活性;(e)年平均温度;(f)土壤C:N的相关性分析

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

3 六种不同基岩类型的欧洲山毛榉林表层土根系比根长(SRL)


3. 土壤养分有效性与根系分泌物的关系

矿质层(0 - 10 cm)土壤pH在不同地点之间差异不大,但glacial depositpH最低(3.4),与sand, sandstone, basaltlimestone之间具有显著差异(3.7 - 4.0;表2)。随着pH的增加,根系分泌物输入速率呈现下降的趋势(图2b)。土壤CN增加1.6倍,根系分泌物年输入通量增加2.6倍(图2f)。

4. 生物因素对根系分泌物的影响

Basalt以及limestone土壤类型的微生物量最高(182 - 218 µg Cmic g-1;  4a),而sand sandstone土壤类型的微生物量最低(22 - 36 µg Cmic g-1;  4a)。半纤维素酶和NAG酶活性与根系分泌物输入速率显著负相关(p = 0.001 0.01; 2c, d)。

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

4 六种不同基岩类型的欧洲山毛榉林表层土的(a)微生物量;(b)单位微生物量的NAG酶活性


5. 多元回归分析比较内在、生物以及非生物因素对根系分泌物的影响

多元回归分析显示,土壤pH最能解释根系分泌物输入速率的变化(p < 0.001; 4),两者具有显著的负相关关系。SRL与根系分泌物输入速率具有正相关关系(p < 0.001),NAG活性与根系分泌物输入速率具有显著的负相关关系(p = 0.02)。

对根系分泌物年输入通量而言,根系内在因素(SRL)的影响更为重要(p < 0.001),其次是年平均温度(p = 0.02),但土壤养分有效性对年输入通量没有显著影响。

成熟欧洲山毛榉根系分泌物沿养分有效性梯度的变化:根系形态特征和真菌活性的影响

4 SRLMATpHNAG对根系分泌物输入速率和年输入通量影响效应的多元回归分析


结论:

本研究表明,成熟山毛榉根系分泌物输入速率与SRL和土壤酸度显著正相关,与真菌数量和活性显著负相关。pH较低的土壤中,更多植物C以根系分泌物的形式输入至根际土壤中。此前研究表明酸性酸性土壤中植物根系菌根定殖率下降,若该结果适用于本研究,则可做出假设:酸性土壤中,菌根真菌对植物光合碳的库强作用下降,导致更多的碳根系分泌物的形式输入到根际土壤中。该假设仍需要在未来的研究中加以验证。


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 11
    CUE / 18O-H2O示踪法微生物碳利用效率是指微生物分配给生长的碳量占吸收总碳量的比率,它反映了微生物合成代谢和分解代谢之间的平衡。影响土壤CUE的因素是多方面的,包括非生物因素(如pH、温度、水分和土壤质地等)和生物因素(如微生物群落结构、微生物多样性和生物量等)。这些因素通过复杂的相互作用影响CUE,从而影响土壤碳循环和生态系统功能。实验流程计算公式NUE / 15N同位素稀释法微生物氮利用效率是指微生物将获得的有机氮分配到生物量形成过程中的效率,相对于超过氮素矿化释放的微生物需氮量。土壤微生物NUE 受多重因素耦合调控,可划分为非生物因素(温度、水分、pH、土壤质地、养分化学计量比等)与生物因素(微生物群落结构、多样性、生物量及代谢途径等)。各因素通过交互作用调控微生物氮代谢过程,改变NUE水平,进而影响土壤氮循环效率与生态系统氮素平衡。实验流程计算公式CAE / 13C-葡萄糖标记法在 ¹³C‑葡萄糖添加培养实验下,外源底物碳经过微生物转化后,保留在土壤体系内的碳占总输入底物碳的比例;用来表征土壤微生物碳泵框架下,微生物将活性底物转化、留存为微生物源碳的综合转化积累效率。实验流程计算公式
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 11
    对于科研检测而言,数据的准确性取决于全流程质控体系的严密性。今天我们将从收样、制备、实验室管理到数据审核,依次说明各环节的质量控制措施。样品接收与核对样品到达实验室后,接收人员依据委托单逐项核对样品编号、数量、包装形式、保存条件及检测项目。样品状态需进行影像记录,任何信息不一致或状态异常,均暂停接收并联系送样方确认。同时,实验室对样品接收环境实施监控。收样区配备温湿度记录仪,数据可追溯;根据指标需求储存到对应温度的冰箱或冷库,需要低温保存的样品立即转入 4℃专用冰箱 、-20℃冷冻库、-40℃冷冻库,并记录入库时间与位置。样品制备样品核对无误后,进入制备间。制备间实行分区管理,不同样品类型使用独立操作台,避免交叉污染。质控样品的添加是制备环节的关键步骤。质控室根据当批次样品数量,按计划比例插入密码样,并生成《质控样品对照表》移交数据审核环节。密码样编号与客户样品编号混合编排,实验操作人员无法识别。实验室内部质量保障实验室管理规则 检测过程中有标准方法按标准方法执行,无标准方法则按通用准则执行。1.实验室质控管理规则:a.每次检测建立标准曲线,且校准曲线的线性相关系数应不小于0.999b.按5%比例添加中间校核点,校核点偏差小于10%c.每批样品必须添加至少两个标准空白,两个样本空白;5%的平行;每批样品必须要有质控2.样品组添加的密码样3.质控室对相关人员进行盲样考核、仪器比对、人员比对等4.定期参加国家级或省级能力验证/评估公司人员培训 培训机制:实验室实行常态化培训与考核制度,理论讲授与实操演练并重,确保技术人员既掌握操作技能,也理解方法原理与质控逻辑。培训内容:覆盖标准方法理解、仪器原理与操作、日常维护、常见故障排除、质量控制规范、数据记录及安全要求等,形成系统的岗位能力培养体系。上岗要求:新进人员须完成全部培训模块,并通过理论与实操双重考核后方可...
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 09
    测定方法取新鲜样品,加入液氮,研磨成粉状,密封,置于-80℃冰箱保存。称0.2g样品于离心管,加适量同位素内标,2mL乙腈水溶液,4℃冰水浴超声30min。离心,取上清液。重复提取一次,合并上清液。依次用甲醇、水、乙腈水溶液活化固相萃取柱,上样,用乙腈水溶液洗脱,收集全部流出液。浓缩,用50%甲醇水溶液复溶,过0.22μm滤膜,待测。部分激素(吲哚-3-乙酸甲酯、茉莉酸甲酯、12-氧代植二烯酸)使用甲酸乙腈溶液提取,方法同上。收集上清液,加适量无水硫酸镁和C18,振荡,离心,取适量上清液浓缩近干,用50%甲醇水溶液复溶,过0.22μm滤膜,待测。标准曲线绘制分别取适量标准标准溶液及内标溶液,用50%甲醇水溶液定容至1mL,配制成目标物质量浓度为:1.0ng/mL、2.0ng/mL、5.0ng/mL、10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL,内标浓度为100ng/mL系列标准溶液。仪器条件100μg/L标准样品多反应监测(SRM)质量色谱图附:结果表示:目标物含量以ng/g表示
  • 点击次数: 0
    2026 - 09 - 09
    在双碳目标的大背景下,大气碳减排、植被固碳的研究已日趋成熟,而土壤作为陆地生态系统中最大的碳库,其固碳增汇潜力巨大,是实现碳中和、缓解温室效应的重要路径之一。具体可以从以下几个方面分析:01碳固存存量基础指标此类指标为土壤碳固存核心本底参数,直接量化土壤整体储碳体量,是碳汇核算与固碳能力评估的基础必测指标。其中土壤有机碳(SOC)和土壤无机碳(SIC)分别表征土壤有机与无机碳库的总储量,碳酸钙当量作为SIC的细分指标,可用于评估特定区域(尤其是石灰性土壤)无机碳的富集程度。上述指标整体用于区域土壤碳库存量统计及同类型土壤/气候区内不同生态系统固碳本底的横向对比。02碳库稳定性组分指标此类指标用于细化土壤碳库活性与稳定性结构,是评价土壤固碳质量、固碳长效性的核心体系。其中可溶性有机碳、活性有机碳代表土壤短期高周转活性碳库;颗粒有机碳、难降解有机碳属于中稳定碳组分,反映中期固碳积累能力;矿物结合有机碳代表经微生物转化形成的长期稳定碳库,苯多羧酸作为惰性芳香族组分的生物标志物,两者共同用于指示土壤中长期稳定固碳的贡献,是判断土壤长效碳汇能力的重要依据。03碳固存生物功能指标此类指标聚焦微生物介导的土壤碳固存微观过程,是解析固碳机制、量化固碳效率的关键指标。微生物量碳反映土壤微生物碳库规模,磷脂脂肪酸表征微生物群落结构组成;碳循环酶活性调控有机碳分解与转化速率,反应微生物的代谢功能状态;氨基糖作为微生物坏死物的特异性生物标志,结合稳定同位素分析可用于追踪微生物源碳在土壤中的积累与周转动态;微生物碳利用效率CUE直接表征土壤碳同化固碳与呼吸损耗的平衡关系,是评价土壤净固碳能力的核心功能参数。04碳固存驱动理化指标此类指标属于土壤碳固存关键环境驱动因子,不直接表征固碳存量,但决定土壤碳固存潜力与稳定性。土壤pH通过调控CO2分压与碳酸盐溶解平衡,影响无机碳的沉淀与释放,钙镁盐基离子影响...
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务