根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展

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1、徐卫红等：根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展189根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展徐卫红1，2，黄河1，王爱华2，熊治廷1，王正银21.武汉大学资源环境学院，湖北武汉430059；2西南大学资源环境学院，四川重庆400716摘要：植物通过调节根分泌物的组成来改变根际状态以适应外界环境。在重金属胁迫下，植物根系分泌物种类和量会发生显著变化。根系分泌物可通过溶解、螯合、还原等作用活化土壤重金属，提高重金属的植物有效性，或固定和钝化重金属，降低重金属的移动性。文章就根系分泌物对土壤重金属形态、有效性及

2、其在重金属吸附解吸中的作用，根系分泌物活化土壤重金属的影响因素等国内外研究进展作了综述，并对该领域今后的研究方向进行了探讨。关键词：根系分泌物;重金属;活化机理中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）01-0184-06徐卫红等：根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展189根际环境是在植物根系的吸收和分泌两个动态过程作用下形成的在物理、化学和生物学性质方面不同于原土体的、复杂的、动态的微型生态系统。由于根际环境特别是重金属胁迫下的根际环境与原土体存在着显著的差异，而根际环

3、境中的pH值、Eh值、根分泌物和根际微生物将直接影响到重金属的固定和活化状态，从而影响到重金属在土壤—植物中的迁移转化行为。土壤中的重金属先要经过活化后才能被植物吸收利用，因此根系分泌物等根际特征在土壤生物有效性方面有重要作用。近年来，虽然植物根系分泌物已成为研究热点，由于检测手段、研究方法和技术条件等的限制，人们对根系分泌物对土壤重金属的活化方面研究报道虽多，但取得的有价值的成果较少。而该领域的研究具有重要的理论价值和实践意义。本文就根系分泌物对土壤重金属的活化机理作一综述。1根系分泌物种类和组成植物根系分泌物

4、是植物在生长过程中，根系向生长介质分泌质子和大量有机物质的总称[1]。它们是根——土界面的润滑剂，微生物的能源物质，能改善根际环境，是植物适应营养胁迫的关键物质。广义的根系分泌物包括4种类型[2]：(1)渗出物，即细胞中主动扩散出来的一类低分子量的化合物；(2)分泌物，即细胞在代谢过程中被动释放出来的物质；(3)粘胶质，包括根冠细胞、未形成次生壁的表皮细胞和根毛分泌的粘胶状物质；(4)裂解物质，即成熟根段表皮细胞的分解产物、脱落的根冠细胞、根毛和细胞碎片等。狭义的根系分泌物仅包括通过溢泌作用进入土壤的可溶性有机物

5、[3]。据估计，根系分泌的有机化合物一般在200种以上[4]，按分子量大小可分为低分子和高分子分泌物。低分子分泌物主要有有机酸、糖类、酚类和各种氨基酸，高分子分泌物主要包括粘胶和外酶，其中粘胶有多糖和多糖醛酸[5]。一般情况下，根系向环境释放的有机碳量占植物固定总碳量的1％~40％，其中有4％~7％通过分泌作用进入土壤[6－7]。2根系分泌物对土壤重金属的活化及其机理根系分泌物影响土壤重金属活化的途径是多种多样的。重金属要被植物吸收，先要被活化，以溶解态进入土壤，成为植物可吸收的状态。植物根系对重金属的吸收效率主

6、要与重金属的存在形态有关[8]。2.1根系分泌物对土壤重金属形态的影响20世纪90年代开始，重金属在根际中的形态转化研究日益引起许多学者的重视。目前，通常把重金属存在形态划分为5态，即可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态和残渣态。除残渣态外，其余形态重金属都可被植物直接或间接吸收。王建林等[9]在研究水稻根际中铁的形态转化时指出，两种水稻土根际中游离氧化铁略有下降，无定形氧化铁明显亏缺，络合态铁在根际中的含量均低于非根际。陈有鑑等[10]报道，种植植物后，根际土壤交换性Cu增加，碳酸态和铁锰氧化态

7、减少，有机态变化不大。林琦等[11]指出由于根际中重金属铁猛氧化物结合态几乎为非根际的2倍，根际可能存在交换态、碳酸盐结合态向铁猛氧化物结合态转化的机制。下面主要从三个方面叙述根系分泌物对土壤重金属形态的影响。(1)根系分泌物酸化土壤中不溶态的重金属。植物的根系可以分泌质子，促进植物对土壤中元素的活化和吸收。根袋(rhizobag)试验表明，土壤中可移动态Zn含量的下降占超积累植物T．caerulescens徐卫红等：根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展189吸收Zn总量中的不到10％，说明T.caerul

8、escens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态[12]。另有报道显示，在T.caerulescens根细胞膜中具有更多的运输位点，根系从土壤溶液中吸收Zn的能力更强[13]。植物对Zn的吸收动力学分为两个阶段，开始是快速的线性动力学阶段，与根细胞壁吸附Zn有关；随后是较缓慢的饱和吸附阶段，与Zn穿过根细胞原生质膜有关。根系分泌物分泌特殊有机物，促进土壤重金属的溶解和