无论是参天大树,还是零星小草,都有强大的根系。根在植物生长中发挥着最基础、最重要的功能,它能够吸收水分、养分和固定植物。但是说到根系分泌物,很多人可能都会感到陌生。那么,根系分泌物到底是什么呢?
湿滑黏手的根
可能有些植物爱好者会有这样的经验,给兰花植物或者君子兰分盆的时候,摸到它的根系表面湿滑黏手,这就是对根系分泌物最直观的体验。根系分泌物是植物生长过程中,活的且未被扰动的根系通过其不同部位主动或被动释放到根际土壤中的混合物的总称。
根系分泌物成分众多,数量各异,种类达200种以上,主要包含离子、氧气、水、酶、黏液等一系列初级代谢产物(如糖、氨基酸等)和次级代谢产物。那么根系分泌物的存在,对植物本身以及对生态系统有什么作用呢?
根系分泌物作为植物地下部分与土壤进行物质能量交换和信息传递的重要载体物质,是保持根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素,是根际物质循环的重要组成部分。
植物向土壤释放根系分泌物来主动调控根际环境,从而使根际成为陆地生态系统中动态最强、最有活力的界面之一。根系分泌物作为植物、土壤和微生物三者间的桥梁,在植物主动适应和被动防御外界环境变化中,具有六大方面作用:
(1)调控土壤生物地球化学循环关键过程(如养分循环);
(2)改变土壤结构形成(如土壤团聚体);
(3)释放防御性物质参与化学干扰(化感作用);
(4)环境污染物修复(如缓解或者消除金属毒害和污染);
(5)释放化学信号物质建立植物—微生物、微生物—微生物之间的对话与交流;
(6)选择塑造根际微生物群落组成、活性与分布。
所以,根系分泌物简直是植物界的“神仙水”。
小身体有大能量
看似不起眼的根系分泌物是植物应对环境条件的一种重要自我调节手段,在全球变化过程中起着重要的作用。随着全球气候变化,植物根系—土壤—微生物互相作用的过程及其生态反馈效应的重要性日益凸显,即以根系生命活动为核心的根际生态过程与土壤生物地球化学循环过程的耦合研究愈发重要。
那么问题来了,气候变暖怎么与根系分泌物产生交集呢?科研人员发现,在没有外源施肥情况下,增温导致亚高山森林植物根系分泌物输入增加,并伴随着土壤氮素循环加快及其养分有效性增加。我们可以这样解读:在土壤肥料不足的情况下,植物通过增加根系分泌物来增加根系碳源输入,以提高土壤微生物活性和养分有效性,从而满足增温状况下植物生长所需养分。这些发现很好地阐释了气候变暖条件下森林生态系统植物生长和生产力持续增长的养分维持机制。
地下交流的“红娘”
根际微生物要在土壤里生存与繁殖,也需要根系参与。于是根系分泌物让两个小伙伴愉快地牵上了手。
作为“红娘”,根系分泌物有两件事情需要做:一是为微生物生长繁殖提供营养源,根系所释放的有机化合物可促进根际微生物生长;二是信号传导与交流。根系可释放一系列次生代谢物质,通过直接(产生毒素、化感物质)或者间接(改变土壤化学、微生物特征和营养吸收、营养级联关系)等方式,与土壤其他生物形成复杂且强烈的地下化学通信与交流(种间作用、化感效应、病虫害抗性、根系识别、病原菌抑制、根瘤菌、根际促生菌、菌根真菌共生关联),在很大程度上调控了植物与有机生命体的相互关系,并对生态系统结构和功能(如物种共存、群落演替等)产生重要的影响。
从根系分泌物角度出发来研究植物信号传导过程及其生态重要性,势必对进一步解密植物根系间地下通信交流与信号识别机理、植物进化与生态适应等方面提供新的研究视野。研究植物间调控地下相互作用从而反馈地上的重要机制,同时也能够为人工混交林的经营和管理提供相应的科学依据。