土壤是人類生存與發(fā)展的物質基礎，是農業(yè)生產的關鍵要素，也是自然環(huán)境的重要組成部分。隨著農藥施用、廢水排放等工業(yè)和農業(yè)活動的增加，土壤有機污染日益嚴重。據(jù)統(tǒng)計，目前我國受有機物污染的農田達6 000多萬hm2，居世界之首。有機污染物進入土壤后，會使土壤肥力下降，影響農作物的產量和品質，并會通過食物鏈的“富集和放大”作用對人體健康造成危害。同時，土壤有機污染具有長期性、隱蔽性和不可逆性等特點，其危害嚴重，治理困難。因此，研究有機污染土壤修復對全球農業(yè)安全和環(huán)境保護具有重要意義。

　　植物修復(Phytoremediation)指利用植物及其根際微生物體系的物理、化學或生物過程來吸收、揮發(fā)、轉化、降解或固定土壤污染物的一種原位生物修復技術，與傳統(tǒng)修復方法相比，其操作簡便、持效長、成本低、環(huán)境友好、且易于被公眾接受，已成為當前最有發(fā)展前途的土壤污染修復技術。根系分泌物(Root exudates)是植物修復有機污染土壤過程中的關鍵物質，其通過營造適宜的根際生態(tài)微環(huán)境以促進根際微生物對有機污染物的降解，該過程是植物去除土壤有機污染物的主要作用機制。目前，該領域已成為植物修復研究的熱點，新的觀點、方法與技術不斷涌現(xiàn)，但相關的研究報道較少M。本研究在總結近年來國內外相關文獻的基礎上，對根系分泌物及其在植物修復有機污染土壤中的作用進行了論述，以期為植物修復技術的實際應用提供理論支持。

　　1、根系分泌物的定義、種類和產生途徑

　　對根系分泌物的研究始于18世紀，1795年Plenk首次發(fā)現(xiàn)植物根系能夠向外分泌一些物質，但直到20世紀50年代，由于固氮菌的利用才使這一領域的研究活躍起來。

　　1.1 根系分泌物旳定義和種類

　　根系分泌物是指植物根系在生命活動過程中向外界環(huán)境分泌的各種有機化合物的總稱，其釋放量占年光合作用產量的10%—20%，是植物與土壤、水、大氣進行物質、能量和信息交換的重要介質之一。根據(jù)產生方式的不同，根系分泌物有廣義和狹義之分，廣義的根系分泌物有：(1)分泌物，即細胞在代謝過程中釋放的物質；(2)滲出物，即細胞中主動擴散出來的低分子量化合物；(3)黏膠質，即根冠細胞、根表皮細胞和根毛分泌的黏膠狀物質；(4)分解物質，即成熟根表皮細胞的分解產物及脫落的根冠和根毛細胞等；狹義的根系分泌物則僅指由溢泌作用進人土壤的可溶性有機物。

　　根系分泌物的種類繁多，已鑒定的約有200多種。按其分子量大小可分為低分子和高分子有機物，其中低分子分泌物主要為糖類、有機酸和酚類，高分子分泌物主要為多糖、脂肪酸、留類化合物和胞外酶等物質。此外，按其作用性質可分為大多數(shù)植物所共有的普通分泌物和特殊植物或植物在特定條件下產生的專一性分泌物。表1列出了一些常見的根系分泌物。

　　1.2 根系分泌物的產生途徑

　　植物根系分泌物的產生途徑主要有兩種，即代謝途徑和非代謝途徑。代謝途徑可分為初生代謝和次生代謝。初生代謝產生的分泌物是植物根系在代謝過程中釋放到根際土壤中的，如糖類和氨基酸等；次生代謝產生的分泌物不直接參與植物的生長、發(fā)育和繁殖，而是用于植物對不良環(huán)境的適應，如酚類物質等。非代謝途徑產生的分泌物不受代謝調控，主要來自于植物根殘體的分解或根表皮細胞內含物的釋放，如原兒茶酸等化感物質。

　　2、根系分泌物的影響因素

　　根系分泌物的成分和數(shù)量受很多因素的影響，不僅取決于植物體的生理特性，而且與外界環(huán)境條件密切相關。

　　2.1植物種類和年齡

　　根系分泌物在不同種屬植物間存在顯著差異，如豆科植物根系分泌物中脂肪酸的含量高于一般植物。同一植物在不同年齡或發(fā)育階段其根系分泌物的種類也有所不同，如幼年歐洲赤松根系分泌物中氨基酸和糖的含量較高。

　　2.2 礦質營養(yǎng)

　　營養(yǎng)物質的多少直接影響根系分泌物的質和量，如缺磷時，油菜中蘋果酸的分泌量增加60倍。

　　2.3 根際環(huán)境

　　根際是植物生長的微環(huán)境，其透氣性、濕度、pH和土壤顆粒性質等均會對根系分泌物產生影響，如白菜在水分脅迫下會分泌更多的有機酸。此外，光照、土壤空.氣、土壤有機質、植物損傷因子和機械阻力等因素也會影響植物根系分泌物的釋放。

　　2.4 根際微生物

　　根際微生物代謝活動和群落變化會對植物根系的分泌作用產生促進或抑制效應，如多粘桿菌產生的多糖素能增加根細胞膜的通透性，最終導致氨基酸的分泌量增加。

　　3、根系分泌物在植物修復有機污染土壤中的作用

　　根系分泌物在土壤中最為重要的作用是能夠調控根際環(huán)境，是保持根際微生態(tài)系統(tǒng)活力的關鍵因素，也是植物與外界環(huán)境進行物質交流的重要媒介，它可通過改變植物根際的物理、化學、生物學特性和各種養(yǎng)分以及有益、有害物質的生物有效性來改善植物和土壤微生物的生長，在植物克服和緩解逆境脅迫中具有十分重要的意義。根系分泌物對植物修復有機污染土壤的影響也是通過其在植物-土壤-微生物系統(tǒng)中的上述生態(tài)效應所產生的。

　　3.1 根系酶系統(tǒng)的直接降解

　　根系分泌物中含有一定量的轉化酶、磷酸酶、蛋白酶和過氧化氫酶等植物外酶類物質，它們在根際中形成的酶系統(tǒng)可直接降解有關的有機污染物。研究表明，硝酸還原酶和漆酶可降解TNT等軍火廢物，并將破碎的環(huán)狀結構轉換成為無毒的成分。試驗發(fā)現(xiàn)辣根過氧化物酶可氧化毒性苯胺類化合物，使其最終形成一種高分子聚合物而從土壤中去除。丁克強等在黑麥草對土壤中苯并[a]芘動態(tài)變化的影響研究中發(fā)現(xiàn)根際土壤中多酚氧化酶含量提高，苯并[a]芘降解加快。

　　3.2 根系分泌物促進微生物生長

　　根系分泌物中大量的糖類、有機酸和氨基酸等物質為根際微生物提供了豐富的營養(yǎng)和碳源，使降解菌的生長和活性遠強于非根際土壤，從而提高了其對土壤有機污染物的降解能力[28]。此外，根系分泌物還能選擇性地影響微生物的數(shù)量，改變根際微生物的相對豐度和群落多樣性，誘導降解菌向根際富集，從而加快根際有機污染物的去除。Sandmann等研究發(fā)現(xiàn)植物根際區(qū)農藥的降解率與根際微生物數(shù)量的增加呈正相關，這主要和根系分泌物有關。Zheng等研究發(fā)現(xiàn)薄荷類植物根系分泌物中含有芳香化合物的降解菌，從而提高了這些植物對多環(huán)芳烴多聚體染料的耐受性。趙愛芬等報道水稻根系分泌物能選擇性地促進特定微生物Bacillus sp對石油污染物的降解。

　　3.3 根系分泌物的共代謝或協(xié)同作用

　　根際微生物能夠將根系分泌物作為生長底物，通過共代謝途徑將難降解的有機污染物最終分解為二氧化碳和水等無機物。研究表明，根系釋放的黃酮酸等物質可以作為微生物的生長基質，誘導其降解多氯聯(lián)苯。Donnelly等研究發(fā)現(xiàn)桑樹分泌的酚類物質能夠促進多氯聯(lián)苯降解菌的協(xié)同代謝作用。研究也表明，根系分泌物對土壤中高分子量多環(huán)芳烴的降解作用包括微生物的直接降解和通過共代謝進行的生物轉化過程。

　　3.4 根系分泌物提高有機污染物的生物可利用性

　　根系分泌的一些水溶性有機酸具有表面活性，能夠促進疏水性有機物在土壤顆粒上的解吸，提高其生物可利用性，從而增加微生物與其接觸的機會。此外，根系分泌物還能刺激微生物產生生物表面活性劑，同樣可以提高有機污染物在土壤中的生物可利用性，增加污染物的根際微生物降解。Kim等研究發(fā)現(xiàn)，添加苜蓿水溶性根系分泌物的土壤中蒽的解吸率比對照土壤高80%。郭平等[38]研究也表明，植物根系分泌物能增加五氯酚的溶解度，且分泌物中大分子組分愈多，其增溶作用愈強。在上述作用中，后3種作用屬于根系分泌物去除土壤有機污染物的間接作用，即根系分泌物促進根際微生物降解有機污染物，是植物修復土壤有機污染的主要途徑之一，已經成為該領域研究的熱點和主要方向。

　　4、根系分泌物影響植物修復有機污染土壤的研究方法

　　4.1 根系分泌物的收集和分離方法

　　根系分泌物影響植物修復有機污染土壤的研究中首先需要獲得根系分泌物，涉及根系分泌物的收集、分離和選擇。目前，常用的根系分泌物收集方法主要有：溶液收集法，即將脅迫處理后的植株放人滅菌營養(yǎng)液中培養(yǎng)一定時間，收集培養(yǎng)液，過濾，確定根系釋放物質；土培收集法，即將植物種植于土壤一定時間后，直接獲取根際土壤，用無菌水振蕩，過濾，或將植株根系直接用蒸餾水淋洗，所得濾液或淋洗液即為根系分泌物；基培收集法，即將植物種植在固體培養(yǎng)基(如石英砂、瓊脂和蛭石等)上收集根系分泌物，其收集方法與土培收集法基本相同。此外，還有研究者設計了一些系統(tǒng)或裝置來對上述收集方法進行改進，如分根收集裝置、自動連續(xù)收集系統(tǒng)、層析濾紙定位收集、同位素標記結合土壤溶液取樣器收集法等。收集后的根系分泌物一般要經過分離純化后才能用于試驗，具體分離過程包括干擾物質的分離、樣品濃縮、萃取、離析及避免微生物的降解等，常用的分離方法有離子交換法、衍生化與萃取法和分子膜與超速離心法。

　　4.2 根系分泌物去除土壤有機污染物的試驗方法

　　目前，根系分泌物影響植物修復有機污染土壤，特別是根際微生物降解有機污染物的研究主要是通過室內模擬培養(yǎng)試驗進行，所添加的根系分泌物主要為人工制備的分泌物或直接收集的分泌物。前者的優(yōu)點在于加人的碳量可以控制，并可避免根系無機營養(yǎng)消耗對微生物活性的影響，而后者則更能反映實際的根際環(huán)境。向多環(huán)芳烴污染土壤中添加人工合成根系分泌物(100 /xgC/g)，發(fā)現(xiàn)高環(huán)多環(huán)芳烴的去除量和功能微生物的數(shù)量均有顯著增加。1^7&等[41]研究表明，收集自燕麥的根系分泌物能提高土壤中菲的微生物降解量，并且促進了菲降解菌的生長。同時，有研究者還向土壤中添加離體根提取物或根殘體來研究根系分泌物對根際微生物降解有機污染物的影響。此外，值得注意的是已有研究中所選擇的根系分泌物幾乎均為水溶性物質，而有關疏水性根系分泌物在植物修復有機污染土壤中的作用還鮮有報道。Meng等從植物離體根中分離出了脂溶性物質.，并發(fā)現(xiàn)其對土壤多環(huán)芳烴去除和功能微生物活性增加起著關鍵作用。

　　5、展望

　　根系分泌物對土壤有機污染物的去除作用是植物修復領域的一個重要研究方向，其對于明確和協(xié)調植物和根際有機污染環(huán)境間的關系具有重大的理論和實踐意義。隨著研究技術手段的不斷進步，今后應在高效便捷的根系分泌物收集和分離方法、根系分泌物對根際微生物的進化選擇和對其降解轉化有機污染物的調控機制、分泌物各組分對土壤有機污染物生物可利用性的影響及有機污染物脅迫下根系分泌物與環(huán)境條件的關系等方面進行深人而全面的研究，從而為污染生態(tài)學領域取得新的突破和重要進展，同時也為植物修復技術在有機污染土壤治理中的應用提供更廣闊的前景。