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根系分泌物及其对植物根际土壤微生态环境的影响
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根和根际的植物营养研究
一根际的定义
根际是受植物根系生长的影响，在物理化学和生物学特性上不同于原土体的特殊土壤微区，是植物、土壤、微生物及其环境条件相互作用的场所，也是各种养分、水分、有益和有害物质及生物作用于根系或进入根系参与食物链物质循环的门户，是一个特殊的生态系统。根际的范围通常是指距离根表4㎜的土壤微区，但因植物种类和土壤的性质不同，根际范围变异很大。根际的变化是一个动态过程；它不仅存在于垂直根面指向土体的横向方向上，也存在于沿根轴的纵向方向上，并且根际动态过程在这两个方向上存在着时空变异。
自年德国微生物学家提出&根际&的概念以来，随着研究手段的不断改进和人们认识的逐步深入，其内涵和外延已经得到了极大的丰富和发展。根际是植物、土壤和微生物及其环境相互作用的中心，是植物和土壤环境之间物质和能量交换员剧烈的区域，是各种养分和有害物质从无机环境进人生命系统参与食物链物质循环的必经通道和瓶颈。环境胁迫下的根际动态是植物对环境刺激内应的集中表现，植物根系释放的分泌物强烈地改变了根际的生物学和化学过程，不仅可以活化土镶养分、提高土壤养分资源的利用效率，而且还可以钝化根际中的有毒物质，使植物免遭毒害，减少对食物链的污染。由此可见，研究根际动态过程具有重要的理论和实践意义。正因为如此；有关根际动态的研究一直是国内外环境生物学、植物学、植物生理学、土壤学、微生物学、生态学、遗传学和分子生物学等学科联合研究的重要内容，也是国际研究的前沿领域。
为了纪念提出&根际&概念周年以及对根际研究的巨大贡献，年月在德国的慕尼黑召开了&&根际研究国际学术研讨会，大会认为经过近一个世纪的研究与实践，根际的研究已经深入到植物&土壤&微生物相互作用研究的各个领域，特别是在根际生态调控、根际管理、根际对话、根分泌物作用机制、根系分子生物学、微生物与病原菌的相互作用、根际研究方法等方面取得了重要进展。尽管如此，人类对根际相互作用过程的认识和理解仍然相当有限和不完整，未来根际研究的一个重要挑战是充分利用现代研究技术包括模拟模型和分子生物学技术，深入揭示根际过程及其相互作用的实质，利用根际动态过程的理论和知识定向管理、操纵和调控根际相互作用的过程，从而提高植物的营养状况、改善农产品品质、提高植物系统的健康水平和保护生态系统的生物多样性，通过根际生物的修复控制和减少环境污染，恢复脆弱生态系统的健康，实现农业和自然生态系统的可持续发展。因此，有关根际的研究正在受到国际多领域科学家越来越多的关注。
二根际环境的研究概况
植物的根际环境主要涉及根际的物理、化学和生物环境，实际上三者并没有严格的区分，而是相互更加、共同作用，从而主宰根际动态过程的强度和方向。根际的物理环境指根际的微观结构、根际养分分布；根际的化学环境包括根际土壤的酸碱状况、氧化还原状况、根际养分的有效性；根际的生物环境主要指根际微生物特点及根分泌物的作用等。
一根际的物理环境人们通过电子显微镜观察证实，作物根与土壤之间有一粘液层，它是由根冠表皮细胞分泌的粘液、根际微生物分泌物、脱落细胞的降解产物等组成的。此粘液层的厚度可达&m，粘液层的外沿最先吸附土壤中的粘粒，以后再伸展到土壤孔隙中与土壤相混合。粘液与土壤混合层可以扩展到离根表4㎜。粘液层具有亲水性，土壤中的可溶性养分可以溶解于其内而被根系吸收。粘液层中含有大量有机物质，是微生物繁殖生存的天然培养介质。
根冠分泌的粘胶与根表的土壤或砂粒粘结在一起形成了特殊的根壳结构；由于根壳的存在，使根际结构产生了较大差异，根毛在很小的程度上对根壳的形成起作用，这些根壳通常被细菌和真菌定植。对于玉米而言，根在生长过程中皮层和表皮的脱落细胞会保持着较高的活性。根冠分泌的粘液、根壳结构和脱落的具有活性的根缘细胞对于植物的根系生长和植物生存具有重要的生态意义。
根际土壤中的养分分布是不均匀的。由于植物的吸收速率和土壤中各种养分移动性的大小不同，养分在根际出现亏缺或累积。以质流方式向根运输的养分，调节土壤的水分状况和养分浓度可以改变根际养分的亏缺或累积状况。对根际养分变化的研究表明，植物根系的吸水性能与土壤养分、水分和温度等环境条件有着密切的关系，同时又影响近根微区土壤中养分的迁移性和有效性。根际微区内养分的变化可以认为同时受到吸收和供应两方面的制约。因此，对根系的生长发育和养分吸收产生影响的各种因素，如根系的生理年龄；根密度；土镶水分、质地、缓冲能力和温度条件等都会明显地影响根际土壤中养分的亏缺范围养分供应的强度和容量，迁移机理，植物的蒸腾强度等，并对养分的补给产生影响。如当土壤溶液中离子浓度和蒸腾强度较大时，养分的供应以质流为主，根际微区内有可能出现养分果积；反之，养分的迁移机制可能以扩散为主，容易在根际微区出现养分亏缺。
（二）根际的化学环境土壤中植物所需的许多养分的有效性都受土壤的酸碱度和氧化还原状况的影响。而根际土壤的和环境与非根际土有很大区别。植物根系分泌质子是根际土壤酸化的直接原因。年马斯纳，、年刘芷宇等的研究表明，根际的酸碱性主要是由根系吸收阴阳离子不平衡所致，例如：当植物以&为主要氯源时，由于阳离子的吸收占优势，力维持植物体内电荷平衡，根系溢泌出的多于&或&，致使根际土壤呈酸性。反之，当植物以&&为主要氯源时，根际土壤呈碱性。另外，根系呼吸以及根和根际微生物分泌物、植物种类、施肥等对根际土壤酸碱性也有重要影响。根际的状况与非根际土也不同。对旱作来说，由于根际微生物活动的结果，根际土的低于非根际土，这也能提高某些养分的有效性。由于水稻存在叶片向根的输氧组织，因而水田根际土状况与旱田相反。另外，当植物，，供应不足时，根际也有下降的趋势。人们还发现，凡是耐瘠薄的作物品种，都有酸化根际的现象，这对作物在养分逆境条件下吸收，，，等难溶态养分是大有益处的。
根际值根际土壤值与非根际土壤值差异很大。根际加值的改变主要是由与植物根系养分吸收相偶联的质子和有机酸的分泌作用引起。不同的氮竞形态&，断&影陶根系明阳离子吸收的比值，因此，对植物根际微区值影响很大。但是；这种变化的情况因不同植物种类、根的不同部位的根际微区差异而异，这是因为不同根系或根部位酸或碱的释放速率不同，例如：禾谷类大多数作物，吸收阴离子大于阳离子，根际为碱性环境蘸科植物，吸收阴、阳离子的比值几乎相等；根际呈中性；而养麦类和豆科植物，吸收阳离子大于阴离子，形成酸性的根际环境。因此，安排作物的耕作和混播时也需要考虑与根际值变化的关系。除了氮源对根际微区值产生影响，缺磷和缺铁也会诱发某些双子叶植物根系分泌质子。阴阳离子平衡的科学依据是无净电荷越过根土边界。根际的值变化产生许多后果，如影响对酿碱敏感元素的可镕性及植物的养分吸收，影响植物根系的生长，还可能通过对根际生物的影响间接影响植物营养状况，如利用根际酸化作用抑制小麦全蚀病病原菌，防止根病，促进根系的健康生长。
阴阳离子吸收不平衡是造成根际值改变的主要原因（，，），而引起阴阳离子吸收不平衡的因素很多，包括氮肥的不同形态，豆科植物的共生固氮作用，植物的营养状况以及植物种类和品种的差异等。在施用铵态氮肥、根系吸收的氯素以铵态氯为主时，核物为了维持细胞正常生长的值和电荷平衡，根系分泌出质子，使根际以值下降；相反，在施用硝态氮肥、根系吸收硝态氮时，植物体内硝态氮还原过程中需要消耗质子，为了维持电荷平衡，根必须分组出&或&，因而使根际值升高。一些豆科植物通过根瘤进行固氮作用，将空气中的还原为刚好供植物吸收，从而导致根系分泌出质子，降低根际值；缺磷引起油菜，，和养麦，对阳离子的吸收量大于阴离子，于是，根际值降低。缺锌抑制硝态氯的吸收，从而造成阳离子的吸收量大于阴离子，根际值也降低张福锁，）。
影响根际值变化的另一主要因素是植物基因型间的差异。生长在有效养分较低的土壤上的某些植物，由于长期的生态适应过程使其逐步进化形成些主动机制来改变根际环境，例如白羽扇豆在缺磷的石灰性土壤上，能形成大量的排根，并主动向根外分泌柠檬酸使根际环境酸化，柠檬酸又能整合土壤中的钙、铁、铝等，，，从而提高磷的有效性。这种植物自身引起的根际环境的改变对农业生产有极其重要的意义。例如在缺磷的麦田，混种白羽扁豆可以减轻甚至消除小麦的缺磷症状and& Waschkies，。缺铁也能诱导根系分泌质子。一些耐低铁的非禾本科单子叶植物和双子叶植物，在铁胁迫条件下，主动分泌某些还原性物质，根系在释放电子的同时也分泌质子以酸化根际环境。
根际值的改变，对环境中养分的有效性影响很大。这些影响既有有利的一面，也有不利的一面。在石灰性土壤上施用硝态氮肥由于降低了根际值，提高了，，，，，，，等元素的生物有效性，不仅使植物对这些元素的吸收量增加，而且提高了植物对病虫害的抵御能力；而在酸性土壤上施用硝态氮肥，使根际值上升，也可以提高磷的有效性，减轻土壤酸度对根系的毒害作用。豆科植物在固氮过程中酸化了根际，进而提高了难溶性磷的利用效率，而缺磷的羽扇豆、油菜和养麦根际的酸化作用不仅提高了磷的有效性，而且明显增加了，，，的溶解度。施用铵态氮可以明显抑制全蚀病的漫延，但同时也抑制了菌根真菌的活性，降低了侵染率。根际酸度的增加可能导致代换根细胞中的部分，引起原生质膜透性的增加，导致生物膜的完整性受到损伤，造成养分离子外渗或有害元素进入根细胞。在酸性土壤中施用铵态氮肥造成根际浓度增加，可能会抑制植物对某些阳离子如的吸收，而在石灰性土壤中施用硝态氮肥造成植物根际&的增加则会抑制某些阴离子的吸收。在酸性土壤上根际值降低导致大量质子被动渗入细胞内，改变了细胞内值的稳定性，这些只有和羧基结合才能使值趋于稳定，过就需要大量的羧酸。当植物代谢受阻使羧酸的供应不足时，根细胞就会丧失对值的调节能力。
根际值也会影响根系的形态形成和生长速率，例如在酸性土壤上根际酸化作用可能会引起根尖和次生根变黑的受损症状，使根的伸长速率和根毛生长受到抑制，甚至造成整个根细胞死亡。但是，如果在生长介质中加入钙盐症状就可消除，所以，有的研究者认为这是由于代换了根细胞膜上的所致。根引起的根际值变化在从根基部到根尖的根际中不均匀分布。缺磷羽扇豆的根际酸化作用主要分布在根尖和排根区，缺铁引起的质子分泌作用主要发生在根尖，而阴阳离子吸收不平衡则会引起整个根系表面的酸化作用。根据的研究结果（and& Marschner，，缺铁诱导每克新鲜根尖分泌的质子量为m，而施用&却只能分泌m。这一分泌量足以引起根际值较大幅度的改变，提高根际土壤铁的溶解度，从而增加植物的吸铁量。在温度和湿度比较适宜、通气状况良好的酸性森林土壤中，土壤的硝化作用占主导地位，当土体值下降时，植物根尖部位根际值反而表现出上升的现象，从而减轻了质子和铝对根系的毒害作用，同时也提高了土壤养分的生物有效性。
根际氧化还原电位由于土壤是一个高度不均一体系，所以，即使在通气良好的土壤中，也可能有一些嫌气的微区，其中的氧化还原电位明显低于其他土壤区域。在根际，这种微区出现的几率最多。虽然有关这些微区在植物营养方面的作用还不清楚，但根际微生物和根系呼吸作用消耗较多的氧气，可能会造成根际氧化还原电位下降；结果使一些变价营养元素如和得以活化，甚至造成毒害如现象。同时，反硝化作用也有所增加。在双子叶和非禾本科单子叶植物的根际，由于缺铁导致根系的还原能力增加，位于皮层细胞原生质膜上的还原酶受到低值的强烈诱导，使铁的还原能力显著增加。这些植物对缺铁的适应性反应，如质子的分泌和还原配活性的增加主要表现在根尖部位。
根际酸化作用不仅增加了的溶解度和移动性，同时也有利于它的还原和被吸收。另外，这种适应性反应也增加了根际铜和锰的还原，提高了缺铁植物体内这两种元素的含量。在铁和锰有效性较低的石灰性土壤上，上述植物缺铁的适应性反应对防止植物缺锰和提高锰的生物有效性具有重要的意义。在有效铁含量较低，而易还原锰含量较高的石灰性土壤上由于缺铁植物适应机理的效应，也可能会发生锰中毒的现象。
适于在嫌气环境中生长的植物种类如水稻，由于根经过通气组织从地上部向根输送，并由根释放到根际，可使根际氧化还原电位升高，这一方面可降低根际，的有害浓度，另一方面在氧化层会形成铁、锰氧化物沉淀。这些沉淀物能吸持养分离子如，也有可能根据沉淀作用的强弱促进或抑制离子的吸收和运输。水稻根的氧化能力与根表铁氧化物的沉淀量成正比。在营养缺乏时，特别是在缺镁、缺钾和缺磷时，根系分泌低分子有机物的数量和根际微生物的活性都显著增加，并因对的消耗量剧增，而可能引起水稻根际铁的毒害作用。
（三）根际的生物环境根际的生物环境主要指根系生长状况和根际的微生物。根释放分泌物是根系最重要的特性之一。根分泌物为微生物提供了能源和碳源，是根际效应得以维持。此外，根分泌物还可以通过改善根际养分环境提高养分的生物有效性。
二根际的研究方法
根际研究的进展依赖于研究方法和研究技术的不断进步与创新。根际研究方法汲取了植物学微生物学、植物生物化学、分析化学、一起分析以及分子生物学研究方法的精华，并在实践中不断改进和完善，形成了一整套的根际研究方法。近年来随着技术条件的改进，乳电子显微镜、同位素示踪、电子探针、有机物分离鉴定技术、微电极法、冰冻切片法、放射性自显影法、原位显色技术在根际微区研究上的应用，以及根际养分动态的数学模拟等，使这一领域的研究内容逐步深入，范围也逐步扩大。
（一）根际结构的显微研究方法
徒手切片普通显微镜观察法
（）取样将根系从土壤中仔细地挖出，把根与附着在上面的土壤一起放在塑料袋中带回实验室，地上部可以剪掉或者保留。在取样的过程中要防止根的过分干燥，如果天气热，塑料袋要放在装有冰块的容器里。
（）切片较粗的根系可以直接在手中切片；小的根系要放在石蜡的沟槽里，或放在用胡萝卜根制成的垫片上。切片的过程中，要保持样品的湿润。为保持刀片的锋利，需要经常更换刀片。
（）染色在染色以前，首先要认真的观察材料，通常会发现材料的一些重要细节，如果不用染色即可获得很好的观察效果，可以省去染色步骤，这样可以可以看到材料组分本身的颜色，如果效果不好，就需要进行染色。
．超微切片&电子显微镜观察法用电子显微镜可以观察根&土界面上更细微的变化，具体方法请参阅其他有关电子显微镜使用和切片准备的专业书籍，这里不再详述。
二根际模拟研究方法与根际土壤样品的采集
．抖土法根土界面的区分和根际土境样品的采集难度是相当大的。在根际研究上研究者通常采取剥落与根系粘着程度不同的根面土、根际土和非根际土进行化学分析的方法。根面土为距根面2㎜，紧密粘附于根面的土壤；根际土是距根面㎜，松散粘附于根面的土壤；距根㎜以上，手工很容易抖落下来的土壤，即为非根际土，可作为原土体的土壤。事实上，植物生长影响的根际范围依赖于植物和土壤的种类，因此，上述根际范围的划分也因植物和土壤种类的不同而异。
抖土法的操作要点：植物生长到一定的时期后，从土壤中小心取出，置于一块干净的塑料布上，用手轻轻抖动，除去容易抖落下来的土壤，这部分即为土体土壤。然后将带土的根移至另一块干净的塑料布上抖动多次，分离出松散附着于根表面的土壤，这部分可作为距根4㎜的根际土。仍然粘附于根表的即为紧密附着的根面土，距根㎜，一般不易从根表面分离出来，可采用一定体积的去离子水浸泡的方法把附于根表的土壤洗脱下来，测定溶液中特定组分的含量，然后换算为单位根际土重量所含组分的浓度。所采集的距根表不同距离的土壤样品可用于不同的研究目的。
采用抖土法能够研究根际微域内存在的有效养分富集成亏缺状况。抖土法简单易行，不需要特殊的工具，适用于田间或盆裁试验根际土的取样，能够反映自然条件下根际的真实情况。这种方法最早由提出，用来测定根际土的值和，和矿质元素的浓度and& Singh，。该方法的主要缺点是取样的精度较低，试验方法较为粗放，并且因为距离根铀最近、粘着最紧的根面土剥离十分困难，在浸提中一般是连同根系一起浸提，有可能造成根系中的离子在浸提中外溢，使所得结果产生误差。而且，这种试验方法在粘质土壤中很难应用，因为手工抖落不同程度粘附于根表的粘性土壤技术上很难达到要求。因此，这种方法只能是定性和半定量地测定根际的动态变化；然而对于根际效应影响范围较大的、生长在沙性土壤上的植物，抖土法的应用效果比较好。
根际环境的模拟培育和根际土壤的切片技术植物根的呼吸、吸收和分泌等活动引起根际值、、、水分与土壤养分等环境条件的变化，这些根际过程又影响看根际土壤中养分的迁移和有效性。根际微区养分的富集或亏缺是客观存在的，反映了根土养分供求间的关系和环境条件的影响。因此，研究根际动态必须采用高精度的根际取样方法。根际土壤精确取样的难度在于根际微域范围狭窄，细根和根毛与土壤很难分离。为了解决这些问题，科学家采用特殊装置培养植物，将根与土壤完全分开，创造模拟根际，从而很方便地切取距根表不同距离的根际土壤。根际土壤的切片可以采取常规鲜样切片或冰冻切片方法，主要取决于研究的目的。
根际环境的模拟培育方法主要有集束根土块接触法、根袋法、根垫法、根箱模拟方法等。
集束根&土块接触法集束根土块接触法由及其合作者于世纪年代末建立。这是一种根际微环境的模拟研究手段，其基本原理是利用一种允许养分和水分自由通过而植物根系不能穿过的隔膜使根系和土壤之间分离开来，分别逐层切取土壤薄片进行分析，借此了解距根表面不同距离处土壤的物理化学性状。
该法首先要进行集束平面根的培育，一般地可采用有机玻璃的漏斗形框架4㎝&㎝&㎝，在漏斗口上放入尼龙网，密集地播种颗露白的种子禾谷类植物，如水稻，连同漏斗框架放人溶液中培育图&。根系通过漏斗颈向下生长，个月后形成定形的集束平面根。
其次，要进行土块的制备。将供试土样磨碎后过目筛。称取一定量土样装入规格本㎝&㎝&的长方形有机玻璃盒内。盒的两头开口，以便连接根系和外界。将制备好的两块土块在某一根段处对称地紧贴于平面根两侧根&土界面为2㎝&㎝，中间隔一层能让养分和水分自由通过，而根系无法穿透的隔膜可用尼龙网或孔径为m的混合纤维素脂膜。然后放入盆钵中，装进石英砂或土壤，在温室内培育。
当植株在盆钵中生长一段时间后一般少于天，取出有机玻璃盒和土块，随即置于液氮中速冻。将土块在切片机上切成1㎜厚的薄片供化学切试。如带结合同位素方法进行研究，如N示踪法，则需按试验要求先准备好标记土、制备土块，再按前述步骤操作，最后测定N的丰度。
三室根箱系统改进的集束平面根法&根箱系统分为三室，中室种植物，将萌芽的种子直接种人土壤中。两个侧室装测试土壤，室与室之间用目的尼龙网隔开，用纤维绳给中室植株供水，通过调节水面高度来调节供水强度，使纤维绳的吸水速率与植物蒸脚和土壤蒸发速率相一致。该装置用纤维绳连续供水减轻了水流对土壤结构的破坏和养分迁移的干扰，同时直接播种又避免了对植物根系的损伤。取样时将三室小心分开，揭去尼龙网，从侧室切取距根面不同距离的薄层土样。
根袋法用m孔径的尼龙网缝制成根袋，内装过筛并混有肥料的土壤，将萌芽的种子播入根袋土中，再将根袋放人一个中号盆钵中，盆钵中的土壤与根袋中的土壤完全相同。当植物生长到一定阶段后，取根袋中的土为根际上，距根袋5㎜以外的土壤为非根际土，将土壤样品晾干，供分析之用。分析前应将土壤中的根捡出，可先用绸子摩察有机玻璃棒，使之带电后，从干土上轻轻扫过，吸去细根。
该方法人为因素影响较大，易受根污染。
根垫法为了解决根对根际土样的污染问题，可以利用隔膜将报与根际土上下隔开，这就是根垫法。根垫法由和创立，试验装置由上下面层塑料筒组成，上层种植物，中间是尼龙网孔径小于m，下层为根际土。为了使土壤容易取出，将塑料筒沿纵轴切开一条切口。将塑料筒放置在陶瓷多孔板上，陶瓷板经一条塑料管与营养液或去离子水相连，用来为系统补充水分。植株密度应足够大，完全覆盖尼龙网底面。收获后，将带有尼龙网的下部容器故于液氯中冰冻，再用切片机切成薄片，以供测定。
该装置存在一定的缺陷：由于土壤体积较小，缺乏缓冲性，当蒸腾作用强烈时，植物易萎蔫。
和采用改进的根垫法培养装置。研究了控制条件下植物的根际动态。利用该装置可准确获取距根表不同距离的根际土。首先植物在装置的管子中预培养天。管子的底部用细尼龙筛网封住，防止土壤污染根系。通过两个黑色膜包裹的吸水纤维绳供应营养液，当根垫形成时大约生长天，移去纽尼龙筛网，将预培养形成的根垫转移到测试土柱上装置，新的土柱的上湖m的尼龙筛网封住，以防止根系进人士住，根垫在㎝的土层中快速生长，在m的尼龙筛网上形成新的根垫。为了保证&定郎土壤含水量，土柱被放置在含水的沙层上，沙层通过吸水纤维绳与供水装置相连。采集根际土壤时，将土柱从根垫下取出，在液氯中冷冻，用切片机切取距根表不同距离的根际土样品。
根箱模拟根际方法利用根箱模拟方法不仅可以直接观察和记录根系的生长参数，而且还可以通过直观的显色反应研究根际生物学和化学过程的变化，如根分泌物的释放、和的变化等。根箱模拟方法可以严格控制试验的处理，模拟自然土壤中根系的生长情况，因而能比较真实地反映根际的动态过程。根箱模拟装置的种类较多，除了采集根际土的三室根箱装置，这里重点介绍用来观察根系生长、进行根际测定或显色过程的根箱模拟方法；植物种植在装有土壤的根箱中，根箱的大小依植物的大小来确定，为了使根系沿透明有机玻璃板生长，根箱的厚度应控制在2㎝的范围，并且使根箱的有机玻璃板面朝下，根箱与水平方向成&夹角，根系由于重力的作用将沿着透明有机玻璃板的板面生长。在植物生长过程中，应用不透明的黑纸遮住透明有机玻璃板，保证根系在黑暗中生长。观察根系时，取下黑纸，用透明胶片和彩色记录笔描绘出根系的生长轨迹，通过扫描软件计算根系的生长速率和总长度。如果需要对根际的值、或其他反应进行显色，首先制备琼脂板，然后打开根箱前面的透明有机玻璃板，使根系暴露在外为了保证根系不失水，可用微型喷雾器在根表喷洒少量的雾滴，把预先推备好的含有指示剂或其他染料的琼脂板轻轻地平铺在根系的表面，用塑料布覆盖整个装置以保持水分，减少水分蒸发对显色反应的影响，培养一定的时间后，琼脂板在根系生理反应的作用下就会显色，可以直观观察根际动态的变化（如根际值、变化），也可以对颜色进行数字化处理和分析，定量描述根际过程或根分泌物释放的速率。
（三）菌根际研究方法
．根箱培养系统
（）三室根箱培养系统中国农业大学的李晓林教授（，，）在研究菌根际的作用范围时，设计了三室根箱培养系统。植物种植在中室中，受菌根侵染的根系在中室中大量生长，根系不能穿过中室两侧的尼龙网膜孔径m，而菌丝可以穿过尼龙网膜进入外室生长。李晓林采用这种方法证明了丛枝菌根真菌菌丝可穿过根际区，生长到根外㎝远的区域，将根系自身吸收土壤磷的范围增大了倍，这是菌根促进植物吸收和利用土壤磷的重要机理。
五室根箱培养系统为了准确研究菌丝际养分的动态，在三室根上，建立了五室根箱培养系统，，，与集束平面根法一样，通过五室根箱培养系统创造出集束菌丝平面，测定距菌丝平面不同距离的养分消长情况，以探讨菌丝际养分的动态。与三室根箱培养系统类似，受菌根侵染的根系在中室中大量生长，菌丝可以穿过尼龙网膜进入外室生长，形成菌丝室，而根系不能穿过中室两侧的尼龙网膜孔径m。在菌丝室与员外层的土壤室之间隔有一层更细的网膜，菌丝不能通过，这样在m网膜的表面形成了菌丝集束面；可以用这样的方法精细研究菌根际养分的动态。
2．玻璃珠培养方法研究菌丝最大的困难是难以获得大量的纯净菌丝，中国农业大学李晓林的菌根研究小组建立了以玻璃珠为介质的真菌培养方法，克服了以往难以获得足量干净苗根真菌材料的技术障碍，使菌丝的化学成分定量研究成为可能，，。试验的装置，受菌根侵染的植物根系生长在盛有土壤的外室中，根系不能穿过两侧的尼龙网孔径m，而菌丝可以穿过尼龙网进入缓冲室&河沙室，随着菌丝的继续生长，菌丝进入盛有玻璃珠的中室，并大量生长，植物培养一定时间之后，收获玻璃珠室中的纯净菌丝，记录菌丝的重量，并分析菌丝的化学成分。玻璃珠培养方法为菌丝的生物学研究特别是菌丝解剖、分子生物学和吸收养分的生理机制等基础研究提供了重要的菌丝采样技术，这种方法已被国际上广泛采用。
四根际原位研究&显色方法根际非破坏性原位研究技术正在得到广泛应用，最典型的例子是根际的原位显色技术。利用这种技术能够准确并直观地确定根分泌物释放的部位或根际反应的部位。目前，多种显色技术已经在根际化学变化的检测中得到了应用。显色试验技术一般包括湿色剂和载体两大部分，显色剂是指、指示剂或酶反应底物，载体常为琼脂板、聚丙烯酰胺膜、滤纸或层析纸。把含有显色剂的载体平板或膜放在液培或土培植物的根系表面，这种方法是定性或半定量的测定技术，在某些情况下，也可以完全定量评价根际化学过程的变化。
根际的原位显色&&&
根际三价铁的还原基本原理是（红菲罗啉）可以与形成红色复合物。将Fe(Ⅲm和（m）溶于/L的琼脂溶液中（，al，），将含有和的琼脂板放在根系的表面，或者把植物的根系浸入此溶液中，培养一段时间后，的还原会导致红色复合物的形成，显色过程为至数小时。
根际锰的还原基本原理是把加入/L琼脂溶液中，形成溶液，在0℃下培养2h，诱导MnO2的形成，然后将琼脂片放在根系表面，的还原会导致棕色的琼脂片褪色，显色时间一般为一天至数天。
根分泌物络合铝的原位显色基本原理是与形成红色复合物。将含有的琼脂片放在跟表面上，根分泌物中的有机络合物与竞争导致琼脂的褪色。
根际酸性磷酸酶的显色基本原理是酸性磷酸酶可以水解底物phosphate，形成的产物与染色试剂Red& TR（2-amino-5-chloro-toluene-1，）反应形成红色的复合物。
根际磷活化的显色基本原理是用含有磷酸钙的琼脂溶液作为植物生长的介质，植物活化和吸收磷酸钙以后，磷酸钙吸收区变为透明的区域，指示出植物根系活化和吸收的部位。
（五）示踪技术在根际中的应用放射性自显影法是一种光化学过程。用作示踪的放射性核素所产生的射线使乳胶感光形成潜影，经显影、定影处理，就可将已形成潜影的银离子迅速还原为黑色的银颗粒，而溶去未形成潜影的银离子，出现图像。
放射性自显影法具有的最大特点，主要是能定位放射性示踪剂在样品中的准确分布，生动、直观，比起基于电离和闪烁作用的放射性探测只能测定整个样品进入探测器灵敏区的总放射性有很大的优越性。随着核子乳胶、组织制片及观察技术的发展，该项技术逐渐从宏观自显影，发展到能精确定位微观区域中的放射性物质的存在与分布。放射性自显影的探测效率较高，可累积地记录人射的放射性，在植物生长过程中可以反复地&自象&，借此观察养分随时间的变化过程。此外，这种方法操作方便，设备简单，研究资料便于长久保存。它的局限性是：定量上误差较大，只能作相对定量，只能得到一个总量的概念，对养分的状况无法区分；测定速度低，在微弱的放射性条件下需要很长的曝光时间等。这使该技术在应用上受到一定的限制。
一般微观放射性自显影方法根际微区属于微观研究范畴，这里简单介绍微观放射性自显影方法。
微观自显影方法的特点是需要把试验材料制成切片，感光材料是专用的核子乳胶，获得的放射性自显影在光学显微镜或电镜下进行显微观察，即能显示出放射性示踪剂在微域范围内的分布。此法具有较高的分辨力，其操作程序一般是：用放射性示踪剂标记试验材料，制备切片，施行乳胶，干燥，曝光，化学加工（显影、定影、水洗，显微观察等。
这种微观自显影一般适用于生物体，试验样品制成组织切片、细跑涂片或薄切片，要求较高。乳胶层也要很薄，所以一般多用液体核子乳胶、较薄的乳胶干板或温底乳胶。在根际研究中可以借助平面根培养法进行微观自显影。平面根培养法是研究根际养分耗竭，根系吸收特性的手段。这种方法需要特制的，形似竖立的扁平的培养盒箱培养植株；这种培养盆一般用有机玻璃板制成，其大小根据试验的需要确定，如有效体积为㎝&㎝&㎝可装土左右。在内培养室外再加上外室，分为内外两层，外室作为防护层。外室除一面是有机玻璃板㎜制成的观察面外，其他各面均采用聚氯乙烯硬质塑料板，用塑料粘胶贴合在一起。内室的直径比外室的直径略小；有机玻璃板的顶端带有提环，便于内室与外室密合而又能方便地插入和抽出。把用放射性示踪物标记过土壤充填到内室中，栽种上作物，即可以在一定生育期做纵向或宏观的放射性自显影，还可以对根际区的根系和土壤进行联合冰冻切片，对根际标记养分的耗竭状况进行微观自显影观察。
微观自显影的几个基本方法是接触法、湿贴法、湿贴&接触法、液体乳胶法等。其中以接触法最为简便，即将乳胶干板或光胶片的乳胶面面对切片，紧密接触，曝光后，进行化学处理，获得自显影片。它的缺点是分辨率低，不能作高倍镜观察。液体乳胶法是目前应用较为广泛，效果较好的方法&用滴加涂布法或浸膜法将液体乳胶直接加在载玻片的组织切片上，使之均匀铺开，晾干后连同标本一起进行曝光、显影、定影等，即可获得自显影片。
薄层标记的自显影法在国内目前还没有低能放射性核素生产的情况下，改善自显影技术的一个途径是采用&薄层法&制备标本，以提高自显影的分辨率和清晰度。&薄层法&的具体做法是：根据作物根系的大小，试验时间的长短，制作与前述平面根培养法类似的培养箱，扁平直立。用于苗期生长规格可为㎝&㎝&㎝或㎝&&㎝，没有外室，盒的正面为能移动的有机玻璃板，其余各面可用不透明塑料板制作，狭窄底面每隔设一进水孔。
标记土的制备方法是，分别称取通过目的土壤或(大、小生长盒，按：的土水比调成泥浆。按照试验目的和要求加入示踪物质。浸泡，充分搅拌平衡，烘干，磨细，过目筛，作薄层涂片用。
育苗时在大、小生长盒底层垫上滤纸，分别加入通过目的含有与标记土相同肥料的干土或，压实，使容重在／左右。加入％干土重的水分，平衡后用玻璃板压平土面。
作簿层涂片时，在底土平面上均匀加入％干土量的水分可用注射器加入，或用滤纸浸润，稍平衡后，用软性底纹笔将标记土均匀涂布于其上厚度㎜。
做放射性自显影时，在暗室条件下将光片放置于标本的有机玻璃板尼龙薄膜上，曝光，并经过化学处理，取得&自象&。
（六根际的微电极研究方法即把特制的微电极插入土壤的各个部位，以测定这些部位的、、电导和养分等的方法。土壤本身具有不均一性，生长在土壤中的植物，在受土壤影响的同时，其生长也引起土壤性质的一系列变化，尤其是近根土壤与土体间的化学性质的差异。由于微区的研究要求测定范围小，分辨率高，也要求有一定的精确性，尤其是养分状况要求保持原位，因此，根际测定的精度在很大程度上取决于测定技术。早在年，就有人利用微电极研究土壤微区的状况。接着有许多报道是在根际微区的氧化还原状况方面的微电极应用。近年来，微电极在土壤性质、植物营养及土壤&植物相互关系的研究中得到了越来越广泛的利用。例如，于天仁等用其研究土壤的氧化还原电位、值、铵态氮等的微域变化规律，许曼丽等用锥形微钾玻璃电极测定根区土壤钾素状况等。此外，还有对植物细脑膜电位的测定报道。
微电极一般指敏感尖端直径以微米计的微型电化学传感器。直径＜m者为超微电极，最小的微电极尖端直径仅为m。微电极法在原理上与通常的大电极法并没有差异，只是由于电极很小，所以在电极制造和测定技术方面存在着一些特殊问题，如有些操作应在放大镜下进行等。这种方法的优点是：它可以原位地连续测定根际微区的养分环境状况；减少由取样、提取等分析步骤带来的误差；微电极法分析仪器结构简单；操作方便，易实现自动化；测定的是离子活度的函数而不是浓度，能代表扩散层中的离子数量以及对植物直接有效的离子数量，更能说明问题；由于微电极的敏感尖端可以做得很细微，可以直接插入活体甚至细胞内检测等。因此，在根&土界面这样的微域研究中微电极应用是很有发展前途的。当然，微电极在原位测定上还存在不少问题，特别是应用到土壤这样一个复杂的体系，干扰因素较多；更容易在测定时出现这样那样的问题，因而在所测定的结果的解释上需要很慎重。
由于篇幅有娘，这里仅就常用的微铂电极、微甘汞电极、微钾玻璃电极和微锑玻璃电极做简单介绍。
微铂电极微铂电被属于金屑基电极中的零类电极，即惰性金属电极。这类电极包括金屈惰性金属电极或碳电极：；它们浸在含有能发生氧化还原反应的氧化态和还原态物质的均匀溶液中，即构成氧化还原电极。
微铂电极在制作技术上的关键问题，是获得微小的尖端和优良的绝缘。绝缘方法有两种：绝缘物覆盖法和玻璃封合法。
微甘汞电极微甘汞电极是配合微铂电极或微银&氯化银电极作为参比电极用的。微甘汞电极是电化学测量中最常用的参比电极，是一种对氯离子响应的第二类电极，由汞、氮化亚汞甘汞和氯化钾溶液组成，可表示为。
微甘汞电极的上部是专门定制的一支小甘汞电极芯，即将少量由汞、甘汞和少量氯化钾溶液共同研磨成的灰色糊状物置于纯汞表面，其上再加入饱和氯化钾溶液而成。下端是有机玻璃制成的针管盐桥，管身部分的内径约为㎜，外径约为㎝，顶端尖细，内充以含饱和氯化钾％的琼脂。针管加工和装配要求精细，是制作的关键。
微钾玻璃电极土壤中离子活度的研究进展，是与其测定技术的改进有密切联系的。近年来，离子选择性电极迅速地发展和广泛地应用于土壤研究中。离子选择性电极是一种可以用电位法有选择地测定溶液中某一特定离子活度的指示电极，其中具有特殊地位的是玻璃电极。玻璃电极的功能及许多其他重要性能，包括电阻、化学稳定性、软点、热膨胀系数、加工性能以及是否易于反玻璃化等，取决于制造玻璃电极敏感膜的玻璃组成。
制作微钾玻璃电极：首先要选择某种钾敏感玻璃的组成和配方，按比例称取一定数量的分析纯试剂，研细混匀，然后置铂坩埚中加热成熔融玻璃。在制作直径小于l㎜的微钾锥形电极时，可在直径为㎜的玻璃管一端粘接一小块烧熔的钾敏感玻璃，然后，在火焰上拉成锥形薄膜。制作中需要避免敏感料与支杆料混熔，造成电极的功能不良或完全丧失。
微锑玻璃电极在研究中，微锑电极可以沿根系原位测定变化以及氮素和钾营养对根际变化的影响。
制作微锑电极：加热锑粉到熔点℃。这个过程会受到氧的干扰，因此，应在氮气的条件下进行或者加热两次。锑粉熔化后，让探针冷却这个过程受氧的影响不大。用真空泵将锑粉吸入玻璃毛细管内径为㎜中。然后，把毛细管切成2㎝的小段。把锑的小段从毛细管中取出。在℃时，用电焊锡将一根金属丝与锑段焊接起来。最后，用巴斯德吸液管固定金属丝与锑段的焊接。
七电子探针法自世纪年代发展起来的电子探针显微分析技术，是利用电子束和物质作用产生特征射线来进行分析的，是一种新型的电子显微分析技术。世纪年代以来，其应用范围逐步扩展到土壤&植物研究领域。在土壤&根系界面研究方面，它不仅能提供微区表面形貌的显微特征，而且能同步显现出养分分布状况。电子探针法测定的灵敏度很高，其分辨率以纳米计算，元素的绝对检出限量为-18，不破坏样品，用于淮确的定位测定极为理想。电子探针法可以同时测定从硼到铀的所有元素，分析面较广，有利于研究元素的相互关系。因此，较之放射性自显影和微电极技术，应用上局限于少数养分元素、区分的界限较粗以及受环境的影响较大等因素，具有特殊的优越性。电子探针法除了可以分析某一点的成分外，还可以分析某元素的线分布和面分布，是研究养分的吸收和转运机制的有效技术手段。早在年代初就有人报道，应用P示踪和电子探针技术相结合的方法研究对根表面磷淀积的影响，提出了对根表面磷溶解的促进作用。用此方法可研究水稻土&根界面上的元素分布，鉴别出根毛上粘附着的大量颗粒分泌物；观察到不同年龄的根表面存在的磷形态的不同及植物组织和细胞内部的元素超微分布情况；根据硅在成熟根的内皮层聚集的现象，证实了&内根际&存在；提出了区分根&粘液&土壤界面的参考指标等等。
但是，电子探针法也并非完全符合理想，其本身还处在不断的发展和完善之中。在土壤和植物研究的应用中还存在一些有待解决的问题，例如：植物根系含水量较高，以及根与土壤性质上的差异造成样品制备上的特殊困难，导致误差的产生；在土壤定量的标准样品问题上，单纯的标准晶体只能作为参比，所测得的结果在换算成具体含量时仅仅是相对值；对元素、和等的分析，目前还不能检测；检出极限量尚不够低，得到的结果只能用于定性或半定量等。因此，需要进一步改进样品制备技术和测试技术，使其应用范围更为广泛。
电子和物质的相互作用当高速电子束轰击试样表面的微小区域时，其入射电子在试样内部穿透和散射，和物质发生相互作用，作用的结果能够产生二次电子、特征射线。二次电子是电子束逐出核外电子产生的，能量比较低，一般在以下，激发区域来自样品表面范围内。在电子束能量一定的情况下，二次电子的激发效率和样品元素的电离电位有关，同时，也与电子束和样品表面的夹角有关。
试样内原子的内层电子被轰击出原子系统后，外层电子跃迁到内层空位，同时释放出特征射线。这种射线的能量等于两个能级能量之差，因而具有元素特征。不同元素所产生的特征射线能量或波长不同，根据产生的特征射线的能量或波长和强度，可以进行元素成分分析。
高能电子束轰击试样后，还产生背散射电子、俄歇电子、阴极荧光和样品吸收电流等许多信号，可以分别反映出试样的某些物理化学性质。
2 电子探针分析仪电子探针通常和扫描电镜合为一个仪器。这种仪器的主要组成部分包括电子枪、电子透镜、样品室、信号检测系统、显示系统以及真空系统。要作用是将打到样品表面的电子束缩小，并且可以使之在m范围内变化。电子透镜包括会聚镜和物镜。近电子枪的是会聚镜，其主要用途是调节打到样品上的入射电子束的强度；近样品的是物镜，主要用来调节打在样品上的束斑的大小。电子束的强度变化可以影响图像的亮度和反差，束斑的大小则影响图像的分辨率。样品室内有样品台放置样品，样品可以在不同方向运动。射线光谱仪装在样品室内。信号检测系统对电子束在样品上激发出来的信号主要是对二次电子和射线进行检测。通过显示系统，最终得到表征样品形貌和化学成分的电子图像以及射线能谱。仪器的真空系统保证电子枪、电子透镜和样品都处于真空中。
&3．二次电子的检测被激发后向各个方向发射的二次电子，由于受收集极正电场的作用被拉向收集极。经加速极加速后使闪烁体发光，变电信号为光信号，再经光导管和光电倍增管变成电信号输出。
二次电子的发射量主要取决于样品表面的起伏状况。当电子束在样品表面扫描时，由于样品表面起伏状况不同，电子束与样品夹角不同，因此所产生的二次电子信号也不同，从而引起显示屏幕电子图像的反差，据此可以了解试样表面凹凸不平的状况，进行样品表面形貌的观察。
．特征射线检测电子探针分析中，样品中的不同元素受具有一定能量的电子束激发发射出特征射线，通过检测特征射线波长或能量即可确定样品中所含元素，检测特征射线强度即可确定元素含量。通常测定特征射线波谱的方法叫做波长色散法，测定特征射线能谱的方法叫能量色散法。波长色散法是利用分光晶体对不同波长的射线的衍射作用，将不同波长的射线分开并检测的一种分折特征射线的方法。该法的优点是波长分辨率高，缺点是射线利用率低，不适于在低束流和弱射线的情况下使用，因而不能在观察二次电子象时同时进行元素分析。能量色散法是利用射线能量不同进行分析，检测特征射线的方法。这种检测法可以得到射线能谱，即射线能量和强度关系分布图。通过射线能谱，可以进行定性和定量分析。与波长色散法比较，能量色散法分析速度快，检测效率高，在几秒或几十秒内就可显示出某点全部元素的存在状况，并可以在观察电子图像的同时进行成分分析。
定量分析方法有标准试祥法、比较标准试样法和非标准试样法。标准试样法利用标准样品绘制标准曲线，是最精确的方法，但该法要求标准样品与待测样品主成分相同，对于每种试样都要配制一套相应的标准样品，工作量很大。非标准试样法就是利用计算机对影响特征射线强度的各种因素进行校正，以求得元素含量的定量分析方法。
由于入射电子束可以在样品上扫描，因此，根据不同目的可采用不同的分析方法，包括点分析、线分析和面分析。此外，利用电子探针对样品成分做定量分析时，电子束的加速电压必须大于激发特征射线的临界激发电压，但不宜过高，因为电子束流的增加会在提高特征射线激发量的同时，增加样品损伤以及导致样品的分辨率下降。一般的电子束流调节至&范围内。
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