高效率曝气系统与绳状滤材于生物膜式反应器的应用

1.根际的概念、特点和影响范围2.植物的根际环境3.根际研究方法根际的概念根际是指受植物根系生长的影响，在物理、化学和生物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最剧烈的区域，是各种养分和有害物质从无机环境进入生命系统参与食物链循环的必经通道。2004年9月，为纪念Hiltner提出根际概念100周年以及Hiltner对根际研究的巨大贡献，根际研究国际学术研讨会在德国慕尼黑召开。总结了经过一个世纪的发展，根际研究在各个领域取得的重要进展，如根际生态调控、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和根际研究方法等。展望未来的根际研究，一方面致力于理论研究，充分利用现代研究技术包括模拟模型和分子生物学技术，解释根际过程及其相互作用的实质；另一方面，在应用层面上，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。根际的范围范畴空间范畴：相互作用涉及的范围广在根/土界面上根与土壤在物理、化学和生物方面相互作用，并且根在这个相互作用中处于主动的地位，根分泌物从物理、化学和土壤微生物、植物营养、生理和病理等等各个方面影响着土壤的性质。如化感作用。因此，在根际这一微小区域内存在着各学科、各领域的相互的、交叉的作用。空间通常是指距离根表1-4cm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方向的横向方向上，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。根际研究的特点

埋在地下，肉眼难以观察。

区域微小，取样困难。

成分复杂，土壤结构不均质，取样难以保持原位。

时空变异性大，要求技术手段高。根际研究技术分类按试验材料分：1.模拟材料2.自然材料按测定地点分：1.Insitu2.Invitro按分析手段分：1.物理方法

2.化学方法

3.生物学方法各种方法并没有严格的界定，相互融合,相互补充植物根际的研究方法一.根际微环境的模拟培育

1.根袋法

2.根垫法

3.集束根-土块接触法

4.根箱法二.根际原位测定

1.原位显色法测定pH，Eh

2.

根分泌物络合铝三.根际研究技术的发展前景一.根际微环境的模拟培育目的:?1.根袋法d=3.4cmh=12cmD=12cmH=14cm幼苗生长到一定时期，取袋中土为根际土，离根袋25mm以外的土为非根际土植物

土壤尼龙网纱盆钵2.根垫法2.1KuchenbuchandJungk法陶制多孔板，使保持水分尼龙网纱下的整个土壤表面为根土界面，切片采集根际土壤缺点：蒸腾强度高时，植物易出现凋萎现象KuchenbuchandJungk2.2改进根垫法植株生长在筛网上的石英砂中六个相同的盒组成一个盒组，增加了土样量取样：取出各个小盒，用人工方法其内土壤按1mm间距逐层推出，用刀片切取土样,为根际土壤盒组土壤框筛网外盒3.集束根-土块接触法3.1刘芷宇等，1981年优点：能较严格区分距根面不同距离的微区土壤缺点：1.容易对根产生机械损伤而改变其吸收特性2.土块水分含量难恒定而影响根际养分分布3.2三室盆栽系统——改进的集束平面根法调节瓶中水的高度，使纤维绳的吸水速度应和植物蒸腾和土壤蒸发速度相一致减轻了水流对土壤结构的破坏和养分迁移的干扰筛网纤维绳水4.根箱法4.1在种植作物的一面形成平面根，一定时间后取宽室土壤纵向切片取样植物土壤有机玻璃盒固定螺丝尼龙网纱4.2改进根箱法Wyssetal。1993年装置分三室，中间为接种室，两侧为测试植物室。并且测试植物室又分为5个小室。在接种室和测试室之间分别加一层尼龙膜和PTFE膜，加尼龙膜的菌根菌不能通过，而分泌物可通过，加PTFE膜的菌和分泌物均不能通过根分泌物菌根菌PTFE膜接种室尼龙膜大田中如何采集根际土壤样品?根际非破坏性原位研究技术正在得到广泛的应用，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。多种显色技术已经在根际化学变化的检测中得到了应用。1.原位显色法显色试验技术一般包括显色剂和载体两大部分，显色剂是指pH、Eh指示剂或酶反应底物，载体通常为琼脂板、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，该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。1.1根际pH的原位显色

在100ml蒸馏水中加入0.75g琼脂粉，加热溶解，配成7.5g/L的琼脂溶液。

加入2mlpH指示剂——溴甲酚紫贮存液，使溴甲酚紫的最终浓度为0.06g/L，搅拌均匀。

用稀NaOH或稀HCl精确调pH值至6.0，使琼脂呈暗红色，将此琼脂液放置在40C热水浴或40C恒温箱中待用。取自制的清洗干净的有机玻璃盒，平放在实验台上。将不同处理的幼苗从营养液中取出，用蒸馏水冲洗根系并用清洁吸水纸将根系上的水分吸干，将幼苗仔细铺展在有机玻璃盒中，植株地上部置于盒外，并用胶带纸固定好植株。

将调好pH值的指示剂-琼脂混合液缓缓倒入铺有根系的有机玻璃盒中。随着温度的降低，琼脂溶液慢慢凝固为琼脂板。显色时间为15min至2h，显色后观察根系附近琼脂颜色的变化，黄色区域显示出根际的酸化和根分泌质子的部位。此外，也可以预先做成琼脂板，平铺在根系上，显色观察。Römheld1986200kgN/haEffectofNformontherhizospherepHofbarleyNO3-NH4+H+uptake(orOH-release)duringNO3-assimilationH+releaseduringNH4+assimilationRömheld1986RhizospherepHofdifferentplantspeciessuppliedwith200kgNO3-N/haSorghumandchickpea鹰嘴豆BarleyLentils小扁豆Cowpea豇豆NotallspeciesincreasepH缺铁对根际Eh的影响缺铁对根际pH的影响双子叶植物对缺铁的反应pH的变化Fe(III)的还原1.2.根际Eh原位显色根的还原作用使根际Mn变为低价（无色）原理：KMnO4通过氧化滤纸的纤维素，形成棕色的MnO2，MnO2被还原后显无色。显色剂：KMnO450C下培养2h，诱导MnO2的形成，然后将琼脂片放在根系表面，MnO2的还原会导致棕色的琼脂片褪色。载体：琼脂或者滤纸水稻根表铁锰氧化物胶膜的形成氧化区水稻根水稻根际氧化带示意图1.3根分泌物络合铝的原位显色含有Al-金黄色素三甲酸的琼脂片放在根表面，根分泌物中的有机的络合物与Al-金黄色素三甲酸竞争Al3+

导致琼脂的褪色红色复合物的载体可用聚丙烯酰胺凝胶，琼脂或者琼脂糖显色剂：Al(NO3)3，金黄色素三甲酸和抗坏血酸研究技术与科技进步息息相关，近30年来，电子显微镜、电子探针、放射自显影和x-射线-CT扫描等等技术用于根际研究，这方面的研究有了很大