高效率曝氣系統(tǒng)與繩狀濾材于生物膜式反應(yīng)器的應(yīng)用

1.根際的概念、特點和影響范圍2.植物的根際環(huán)境3.根際研究方法根際的概念根際是指受植物根系生長的影響，在物理、化學和生物特性上不同于原土體的特殊土壤微區(qū)。是植物、土壤、微生物及其環(huán)境條件相互作用的場所，也是各種養(yǎng)分、水分、有益和有害物質(zhì)及生物作用于根系或進入根系參與食物鏈物質(zhì)循環(huán)的門戶，是一個特殊的生態(tài)系統(tǒng)。根際是植物、土壤和微生物及其環(huán)境相互作用的中心，是植物和土壤環(huán)境之間物質(zhì)和能量交換最劇烈的區(qū)域，是各種養(yǎng)分和有害物質(zhì)從無機環(huán)境進入生命系統(tǒng)參與食物鏈循環(huán)的必經(jīng)通道。2004年9月，為紀念Hiltner提出根際概念100周年以及Hiltner對根際研究的巨大貢獻，根際研究國際學術(shù)研討會在德國慕尼黑召開?？偨Y(jié)了經(jīng)過一個世紀的發(fā)展，根際研究在各個領(lǐng)域取得的重要進展，如根際生態(tài)調(diào)控、根際管理、根際對話、根分泌物作用機制、根系分子生物學、微生物與病原菌的相互作用和根際研究方法等。展望未來的根際研究，一方面致力于理論研究，充分利用現(xiàn)代研究技術(shù)包括模擬模型和分子生物學技術(shù)，解釋根際過程及其相互作用的實質(zhì)；另一方面，在應(yīng)用層面上，利用根際動態(tài)過程的理論和知識定向管理、操縱和調(diào)控根際相互作用的過程，從而提高植物的營養(yǎng)狀況、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高植物系統(tǒng)的健康水平和保護生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。根際的范圍范疇空間范疇：相互作用涉及的范圍廣在根/土界面上根與土壤在物理、化學和生物方面相互作用，并且根在這個相互作用中處于主動的地位，根分泌物從物理、化學和土壤微生物、植物營養(yǎng)、生理和病理等等各個方面影響著土壤的性質(zhì)。如化感作用。因此，在根際這一微小區(qū)域內(nèi)存在著各學科、各領(lǐng)域的相互的、交叉的作用。空間通常是指距離根表1-4cm的土壤微區(qū)。但因植物種類和土壤的性質(zhì)不同，根際范圍變異很大。根際的變化是一個動態(tài)過程，它不僅存在于垂直根面指向土體方向的橫向方向上，也存在于沿根軸的縱向方向上，并且根際動態(tài)過程在這兩個方向上存在著時空變異。根際研究的特點

埋在地下，肉眼難以觀察。

區(qū)域微小，取樣困難。

成分復雜，土壤結(jié)構(gòu)不均質(zhì)，取樣難以保持原位。

時空變異性大，要求技術(shù)手段高。根際研究技術(shù)分類按試驗材料分：1.模擬材料2.自然材料按測定地點分：1.Insitu2.Invitro按分析手段分：1.物理方法

2.化學方法

3.生物學方法各種方法并沒有嚴格的界定，相互融合,相互補充植物根際的研究方法一.根際微環(huán)境的模擬培育

1.根袋法

2.根墊法

3.集束根-土塊接觸法

4.根箱法二.根際原位測定

1.原位顯色法測定pH，Eh

2.

根分泌物絡(luò)合鋁三.根際研究技術(shù)的發(fā)展前景一.根際微環(huán)境的模擬培育目的:?1.根袋法d=3.4cmh=12cmD=12cmH=14cm幼苗生長到一定時期，取袋中土為根際土，離根袋25mm以外的土為非根際土植物

土壤尼龍網(wǎng)紗盆缽2.根墊法2.1KuchenbuchandJungk法陶制多孔板，使保持水分尼龍網(wǎng)紗下的整個土壤表面為根土界面，切片采集根際土壤缺點：蒸騰強度高時，植物易出現(xiàn)凋萎現(xiàn)象KuchenbuchandJungk2.2改進根墊法植株生長在篩網(wǎng)上的石英砂中六個相同的盒組成一個盒組，增加了土樣量取樣：取出各個小盒，用人工方法其內(nèi)土壤按1mm間距逐層推出，用刀片切取土樣,為根際土壤盒組土壤框篩網(wǎng)外盒3.集束根-土塊接觸法3.1劉芷宇等，1981年優(yōu)點：能較嚴格區(qū)分距根面不同距離的微區(qū)土壤缺點：1.容易對根產(chǎn)生機械損傷而改變其吸收特性2.土塊水分含量難恒定而影響根際養(yǎng)分分布3.2三室盆栽系統(tǒng)——改進的集束平面根法調(diào)節(jié)瓶中水的高度，使纖維繩的吸水速度應(yīng)和植物蒸騰和土壤蒸發(fā)速度相一致減輕了水流對土壤結(jié)構(gòu)的破壞和養(yǎng)分遷移的干擾篩網(wǎng)纖維繩水4.根箱法4.1在種植作物的一面形成平面根，一定時間后取寬室土壤縱向切片取樣植物土壤有機玻璃盒固定螺絲尼龍網(wǎng)紗4.2改進根箱法Wyssetal。1993年裝置分三室，中間為接種室，兩側(cè)為測試植物室。并且測試植物室又分為5個小室。在接種室和測試室之間分別加一層尼龍膜和PTFE膜，加尼龍膜的菌根菌不能通過，而分泌物可通過，加PTFE膜的菌和分泌物均不能通過根分泌物菌根菌PTFE膜接種室尼龍膜大田中如何采集根際土壤樣品?根際非破壞性原位研究技術(shù)正在得到廣泛的應(yīng)用，最典型的例子是根際的原位顯色技術(shù)。利用這種技術(shù)能夠準確并直觀地確定根分泌物釋放的部位或根際反應(yīng)的部位。多種顯色技術(shù)已經(jīng)在根際化學變化的檢測中得到了應(yīng)用。1.原位顯色法顯色試驗技術(shù)一般包括顯色劑和載體兩大部分，顯色劑是指pH、Eh指示劑或酶反應(yīng)底物，載體通常為瓊脂板、聚丙烯酰胺膜、濾紙或?qū)游黾垺０押酗@色劑的載體平板或膜放在液培或土培植物的根系表面，該方法是定性或半定量的測定技術(shù)，在某些情況下，也可以完全定量評價根際化學過程的變化。1.1根際pH的原位顯色

在100ml蒸餾水中加入0.75g瓊脂粉，加熱溶解，配成7.5g/L的瓊脂溶液。

加入2mlpH指示劑——溴甲酚紫貯存液，使溴甲酚紫的最終濃度為0.06g/L，攪拌均勻。

用稀NaOH或稀HCl精確調(diào)pH值至6.0，使瓊脂呈暗紅色，將此瓊脂液放置在40C熱水浴或40C恒溫箱中待用。取自制的清洗干凈的有機玻璃盒，平放在實驗臺上。將不同處理的幼苗從營養(yǎng)液中取出，用蒸餾水沖洗根系并用清潔吸水紙將根系上的水分吸干，將幼苗仔細鋪展在有機玻璃盒中，植株地上部置于盒外，并用膠帶紙固定好植株。

將調(diào)好pH值的指示劑-瓊脂混合液緩緩倒入鋪有根系的有機玻璃盒中。隨著溫度的降低，瓊脂溶液慢慢凝固為瓊脂板。顯色時間為15min至2h，顯色后觀察根系附近瓊脂顏色的變化，黃色區(qū)域顯示出根際的酸化和根分泌質(zhì)子的部位。此外，也可以預(yù)先做成瓊脂板，平鋪在根系上，顯色觀察。R?mheld1986200kgN/haEffectofNformontherhizospherepHofbarleyNO3-NH4+H+uptake(orOH-release)duringNO3-assimilationH+releaseduringNH4+assimilationR?mheld1986RhizospherepHofdifferentplantspeciessuppliedwith200kgNO3-N/haSorghumandchickpea鷹嘴豆BarleyLentils小扁豆Cowpea豇豆NotallspeciesincreasepH缺鐵對根際Eh的影響缺鐵對根際pH的影響雙子葉植物對缺鐵的反應(yīng)pH的變化Fe(III)的還原1.2.根際Eh原位顯色根的還原作用使根際Mn變?yōu)榈蛢r（無色）原理：KMnO4通過氧化濾紙的纖維素，形成棕色的MnO2，MnO2被還原后顯無色。顯色劑：KMnO450C下培養(yǎng)2h，誘導MnO2的形成，然后將瓊脂片放在根系表面，MnO2的還原會導致棕色的瓊脂片褪色。載體：瓊脂或者濾紙水稻根表鐵錳氧化物膠膜的形成氧化區(qū)水稻根水稻根際氧化帶示意圖1.3根分泌物絡(luò)合鋁的原位顯色含有Al-金黃色素三甲酸的瓊脂片放在根表面，根分泌物中的有機的絡(luò)合物與Al-金黃色素三甲酸競爭Al3+

導致瓊脂的褪色紅色復合物的載體可用聚丙烯酰胺凝膠，瓊脂或者瓊脂糖顯色劑：Al(NO3)3，金黃色素三甲酸和抗壞血酸研究技術(shù)與科技進步息息相關(guān)，近30年來，電子顯微鏡、電子探針、放射自顯影和x-射線-CT掃描等等技術(shù)用于根際研究，這方面的研究有了很大