植物-土壤的交互作用：腐殖質(zhì)的作用

Serenella Nardi，Andrea Ertani，Ornella Francioso 著 楊 輝 侯翠紅* 關(guān)紅玲 譯

1 帕多瓦大學(xué)農(nóng)學(xué)、食品、自然資源、動(dòng)物與環(huán)境學(xué)系 意大利帕多瓦 35020

2 博洛尼亞大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)系 意大利博洛尼亞 40127

3 鄭州大學(xué)化工學(xué)院 鄭州 450001

腐殖質(zhì)（HS）包括腐植酸（HA）和黃腐酸（FA），是水體、土壤和大氣中有機(jī)碳（C）的主要成分，具有很強(qiáng)的抗分解性。HS通常被認(rèn)為是有機(jī)碳中最活潑的部分，因?yàn)樗鼈儼S多諸如羧基（-COOH）或酚羥基（-OH）的官能團(tuán)。在土壤中，這些基團(tuán)使HS與礦物緊密結(jié)合，控制金屬的形態(tài)和溶解度。有機(jī)礦物復(fù)合物可防止微生物的攻擊，因此HS是穩(wěn)定的，不易降解，有利于土壤有機(jī)碳的循環(huán)和固定。

土壤HS在自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有多重生態(tài)任務(wù)：可以通過(guò)螯合礦物質(zhì)和自身降解提供養(yǎng)分，作為有效有機(jī)碳的主要來(lái)源構(gòu)建土壤生物群落。能夠決定土壤的健康程度和肥力高低。此外，HS通過(guò)誘導(dǎo)植物形態(tài)變化、改變微量和大量營(yíng)養(yǎng)元素的吸收并通過(guò)生化途徑來(lái)影響植物代謝。HS的分子結(jié)構(gòu)及其在植物代謝中的生物活性機(jī)制研究取得了重大進(jìn)展?？扇苄訦A生物肥料的利用并不是新的研究方向，并且有機(jī)農(nóng)業(yè)相對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張有利于促進(jìn)作物生長(zhǎng)的生物刺激劑的市場(chǎng)發(fā)展。HA鹽等生物刺激素對(duì)環(huán)境和人類健康有相當(dāng)大的影響。因此，在不久的將來(lái)，HA鹽的使用是作物生產(chǎn)的可持續(xù)解決方案。本綜述不僅討論了HS對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，同時(shí)探討了HS如何從環(huán)境向植物傳遞信息以提高植物的適應(yīng)能力。

1 腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)

Corrado等詳細(xì)論述了HS結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及其生物活性。因此，本綜述只簡(jiǎn)要概述其主要結(jié)果。雖然HS主要的分子結(jié)構(gòu)單元（脂肪鏈、醌類、酚類和類糖基團(tuán)）已經(jīng)被確定，但結(jié)構(gòu)單元的組織形式存在爭(zhēng)議。不同的來(lái)源環(huán)境造成的HS異質(zhì)性增加了化學(xué)成分的可變性。分區(qū)模型和聚合物分布模型已被用來(lái)表征HS分子結(jié)構(gòu)。然而，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究將HS描述為相對(duì)小分子的異質(zhì)超分子混合物，通過(guò)相對(duì)較小的有機(jī)分子之間的非共價(jià)相互作用（如π-π、CH-π、范德華力、電荷轉(zhuǎn)移和氫鍵）或通過(guò)具有疏水內(nèi)部的小膠束結(jié)構(gòu)（避免與鄰近的水分子接觸）結(jié)合在一起。外部親水結(jié)構(gòu)域由極性基團(tuán)（如羧酸）組成，而內(nèi)部疏水結(jié)構(gòu)域由植物大分子組成。由于分子間的相互作用非常弱，當(dāng)在不同pH值下使用有機(jī)酸（一元、二元、三元羧酸）處理時(shí)，膠束很容易被分解成不同的較小的聚合物。這些聚合物可能會(huì)重新形成膠束，并且膠束化和解聚可能會(huì)永續(xù)下去。Piccolo發(fā)現(xiàn)親水/疏水比率影響HS在環(huán)境中的反應(yīng)性。

HS的結(jié)構(gòu)主要通過(guò)對(duì)pH值變化的反應(yīng)分級(jí)成HA和FA進(jìn)行研究的。在堿性條件下（圖1），由于分子內(nèi)的氫鍵被完全破壞，HS以分散形式存在。在弱酸性條件下，由于弱的非共價(jià)鍵相互作用（范德華力、π-π、CH-π）被破壞，HS表觀分子尺寸顯著減小或被分解。在pH〈3時(shí)，由于羧酸基團(tuán)的質(zhì)子化有利于HS大分子內(nèi)和分子間氫鍵的數(shù)量增加，HS被破壞（圖1）。根分泌弱有機(jī)酸釋放到土壤溶液中，新的氫鍵的形成和疏水相互作用的破壞可能有利于HS小聚合物的生物有效性。此外，羧基的性質(zhì)和分布對(duì)確定HS的溶解度和生物反應(yīng)性尤為重要。

圖1 土壤腐殖質(zhì)在不同pH值水溶液中的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS)光譜Fig.1 Surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of soil HS in water solution at different pH values

目前，關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)和形成已有不同的理論。Grahams等利用先進(jìn)的分析技術(shù)獲得的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果表明，在土壤中無(wú)法檢測(cè)到“HS”。此外，Lehmann和Kleber提出了土壤連續(xù)體模型（SCM），認(rèn)為“有機(jī)物是逐步分解有機(jī)化合物的連續(xù)體”。在這個(gè)框架下，土壤有機(jī)質(zhì)從完整的植物到富含羧酸的有機(jī)碳均包含一系列的物質(zhì)。SCM對(duì)有機(jī)物的性質(zhì)給出了完整的解釋，正如應(yīng)用光譜顯微技術(shù)進(jìn)行原位表征所示，并未涉及“HS”?；诳捎^測(cè)證據(jù)的SCM為模擬土壤碳動(dòng)力學(xué)和土壤管理提供了一種先進(jìn)的方法。

2 腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系

HS結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系對(duì)了解其在植物中的生物學(xué)效應(yīng)及其利用具有重要意義。首先，HS活性與所產(chǎn)生效應(yīng)之間的關(guān)系是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象。當(dāng)比較不同來(lái)源的HS的生物活性時(shí)，期望具有相同的效應(yīng)和相同的作用機(jī)制。然而HS可能通過(guò)不同的作用機(jī)制產(chǎn)生類似的效應(yīng)。例如，黑松植物的碳代謝是由富含甲基（-CH3）和羧基（-COOH）的土壤中提取的HS引發(fā)的（圖2），而來(lái)自富含芳香碳和羧基的蚯蚓糞堆肥材料的HS有利于玉米植株側(cè)根的形成。存在研究顯示，HS中高水平濃度的羧基抑制了大麥根對(duì)硫酸鹽的吸收。

圖2 高和低分子量腐殖質(zhì)的1H NMR譜圖（4.2～2.0 ppm范圍）Fig.2 1H NMR spectra (4.2～2.0 ppm range) of high (HMW) and low (LMW) molecular weight HS

考慮特定官能團(tuán)對(duì)生物活性的影響與不同分子量（MW）組分的關(guān)系。Nardi等將HA分成3個(gè)組分，降低分子大小以發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與生物活性之間的關(guān)系。結(jié)果表明，在表觀分子大小、分子特征和用量影響下，未分級(jí)的HA和3個(gè)組分對(duì)糖酵解和三羧酸循環(huán)（TCA）相關(guān)酶的影響大小如下：III〈HA〈II〈I。無(wú)論是單獨(dú)存在還是在未分級(jí)的HA中，組分III的最佳效果都可能與靈活的構(gòu)象有關(guān)，這種構(gòu)象使生物活性HA組分更有效地?cái)U(kuò)散到玉米細(xì)胞中。相反，Canellas等并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)HS生物活性與表觀分子量分布之間的相關(guān)性。Garc?á等描述了HS的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關(guān)系來(lái)解釋其在植物中的生物活性。分析37個(gè)HS組分得出結(jié)論：“生物活性的主要差異在于HS結(jié)構(gòu)，其可被理解為超分子結(jié)構(gòu)”。作者還證明了HS的抗逆性和不穩(wěn)定性是確定植物根構(gòu)型刺激的重要參數(shù)。根的長(zhǎng)度和較小的根的形成受脂肪鏈結(jié)構(gòu)中氧、氮的存在的調(diào)節(jié)，而較大的根的生長(zhǎng)與更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)有關(guān)，如脂肪族和芳香基團(tuán)。

3 腐殖質(zhì)在離子吸收中的作用

由于HS復(fù)雜性和特征的不完全性，其對(duì)根中離子轉(zhuǎn)運(yùn)的影響不易解釋。此外，HS由于土壤來(lái)源和提取方法的不同而很難對(duì)其進(jìn)行比較。HS對(duì)離子吸收具有選擇性作用，其影響程度與HS濃度、植物個(gè)體、土壤組成和pH值有關(guān)。HS可能對(duì)植物的功能有多種影響，其中一些可能直接或間接地導(dǎo)致離子吸收性能的改變。此在轉(zhuǎn)錄（6-甲基嘌呤）和翻譯（環(huán)己酰亞胺）抑制劑的實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。Dell’agnola等證明HS在轉(zhuǎn)錄后水平上促進(jìn)了大麥根中載體蛋白的合成。Nardi等將低分子量腐殖質(zhì)組分（LMW）應(yīng)用于玉米幼苗，觀察信使RNA數(shù)量的變化。研究發(fā)現(xiàn)LMW對(duì)多肽合成具有轉(zhuǎn)錄后效應(yīng)，從而影響植物整體營(yíng)養(yǎng)。這一機(jī)制與現(xiàn)有研究一致，表明HS（HMW和LMW組分）通過(guò)促進(jìn)硝酸鹽載體蛋白的表達(dá)和改變一些動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)促進(jìn)NO3-的吸收。此外，Nardi等研究表明，LMW處理的玉米幼苗也增加了對(duì)硝酸鹽的吸收，并強(qiáng)烈抑制了玉米微粒體中H+釋放和ATP酶。

LMW未通過(guò)影響溶質(zhì)初次運(yùn)輸來(lái)促進(jìn)硝酸鹽的吸收，但可能降低了根表面的pH值，從而促進(jìn)了H+/NO3-的共轉(zhuǎn)運(yùn)。LMW可與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相互作用（精細(xì)調(diào)控），間接調(diào)節(jié)NO3-的吸收，在根和培養(yǎng)的胡蘿卜細(xì)胞中，它可以到達(dá)質(zhì)外體并與質(zhì)膜相互作用。HS對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作用主要來(lái)自于HMW和LMW對(duì)微粒體部分K+-ATP酶活性的刺激（推測(cè)與質(zhì)膜H+-ATP酶一致）。HA還能促進(jìn)暴露于釩酸鹽的根的質(zhì)子釋放，但這種增加只在培養(yǎng)24 h后才顯現(xiàn)。LMW還能加強(qiáng)離體質(zhì)膜中的H+-ATP酶活性，增加質(zhì)子梯度并刺激吸收。

Quaggiotti等在LMW處理48 h后的玉米根中發(fā)現(xiàn)編碼低親和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體（ZmNrt1.1）或高親和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體（ZmNrt2.1）的基因轉(zhuǎn)錄積累沒(méi)有增加。其他硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體可能參與其中，但HS處理后硝酸鹽吸收的增加可能反映了zmNrt2.1轉(zhuǎn)錄后/翻譯后調(diào)控機(jī)制和（或）間接吸收調(diào)節(jié)。此效應(yīng)可能依賴于H+-ATP酶的作用，產(chǎn)生了跨越質(zhì)膜的質(zhì)子梯度，對(duì)營(yíng)養(yǎng)吸收是必不可少的。在這種梯度作用下，植物可能通過(guò)次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸獲得硝酸鹽。此外，LMW處理48 h的玉米幼苗在根中積累了Mha2的轉(zhuǎn)錄，表明H+-ATP酶的這種主要的玉米亞型表達(dá)是被強(qiáng)烈誘導(dǎo)的。

Agure等證明從風(fēng)化褐煤中提取的沉積HA增加了根對(duì)鐵的吸收，并提高了參與鐵吸收的基因表達(dá)，包括鐵（III）螯合還原酶（CsFRO1）、鐵（II）-根轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（CsIRT1）和質(zhì)膜H+-ATP酶（CsHA2）。Jannin等利用微陣列分析觀察到，泥炭HA在油菜根部施用3天后，對(duì)地上部720個(gè)基因和根部366個(gè)基因產(chǎn)生了影響。隨著初級(jí)硝酸鹽（BnNRT1.1，BnNRT2.1）和硫酸鹽（BnSultr 1.1，BnSultr 1.2，BnSultr 4.1，BnSultr 4.2）根轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，根對(duì)硝酸鹽和硫酸鹽的吸收均增加。Mora等在黃瓜中觀察到類似的結(jié)果，沉積的HA可能是通過(guò)提高質(zhì)膜H+-ATP酶的活性，增加了根對(duì)硝酸鹽的吸收，從而促進(jìn)了細(xì)胞分裂素從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。

4 植物-土壤的交互作用

植物存活和作物產(chǎn)量很大程度上依賴于根、微生物活性和土壤組分之間相互作用對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力。植物-土壤相互作用的研究主要集中于發(fā)生在根際的過(guò)程。這些過(guò)程對(duì)于植物吸收養(yǎng)分和抵御病原菌侵襲至關(guān)重要。

目前有關(guān)根的生物學(xué)、生物化學(xué)和遺傳發(fā)育的研究較為充足。相比之下，根際中以根介導(dǎo)的生物過(guò)程，如根緣細(xì)胞和根分泌物的分泌、碳向根相關(guān)共生體的流動(dòng)、根細(xì)胞的死亡和裂解等研究匱乏。

然而，植物的根具有向根際分泌大量化合物的能力：大約5%～21%的光合作用所固定的碳通過(guò)根分泌物轉(zhuǎn)移到根。植物根分泌物在不同植物種類之間存在差異，這對(duì)微生物和土壤動(dòng)物組成以及土壤物理、化學(xué)和生物地球化學(xué)性質(zhì)有相當(dāng)大的影響。生長(zhǎng)中的植物通過(guò)排泄、分泌、脫落和根死亡將有機(jī)化合物釋放到根際，從而產(chǎn)生與碳循環(huán)相關(guān)的微生物活性熱點(diǎn)，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的形成和分解。根分泌物的數(shù)量和類型以及土壤的內(nèi)在特性影響著碳流量的大小和方向。

研究表明，土壤碳礦化是由根分泌物從礦物-有機(jī)結(jié)合體中釋放碳的能力決定的。由于它們限制了微生物和酶的通路，礦物有機(jī)結(jié)合成為了最重要的碳保護(hù)機(jī)制。雖然土壤的化學(xué)性質(zhì)（如pH值）對(duì)根的生長(zhǎng)和礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性非常重要，但礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收取決于根際條件以及根對(duì)這些條件的改變程度。根分泌物可通過(guò)酸化根、溶解吸附或沉淀陽(yáng)離子、分泌有機(jī)陰離子（螯合劑）等途徑直接調(diào)動(dòng)礦質(zhì)養(yǎng)分，增加養(yǎng)分吸收。

低分子量有機(jī)酸在土壤成因和植物生長(zhǎng)中發(fā)揮著重要作用。它們由土壤生物（少量）、根和發(fā)芽的種子（大量）產(chǎn)生和釋放。有機(jī)陰離子根分泌物在植物-根-微生物相互作用中作為識(shí)別信號(hào)或植物激素產(chǎn)生的前體引起了人們的廣泛關(guān)注。Nardi等致力于選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x和分級(jí)HS的方法，并采取適合于識(shí)別真正植物反應(yīng)跡象的程序。用0.1 mol/L KOH提取HS，通過(guò)模擬根分泌物的作用進(jìn)行分級(jí)，并通過(guò)滲析分離。研究發(fā)現(xiàn)，植物根分泌物中存在的簡(jiǎn)單有機(jī)陰離子可能會(huì)影響來(lái)自土壤HS的物理化學(xué)排列。直接起作用的似乎只有與植物吸收相容的LMS。在自然存在的HS物質(zhì)中，宏觀結(jié)構(gòu)上LMS通常與高分子量腐殖質(zhì)組分（HMS）聚合。

因此，在簡(jiǎn)單有機(jī)酸的作用下，根-土壤界面上發(fā)生的LMS-HMS結(jié)構(gòu)的解離可能是HS直接生物作用的先決條件。在實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中，通過(guò)有機(jī)酸處理將HS提取物分離為明顯的低（〈3.5 k）和高（〉3.5 k）分子量組分，分別為L(zhǎng)MS和HMS，這2種組分具有不同的類激素活性。為了闡明來(lái)自土壤和HS提取物的LMS和HMS誘導(dǎo)釋放激素活性的條件，擴(kuò)大了研究范圍。在土壤直接酸化得到的上清液中未檢測(cè)到類激素活性，而在先前用乙酸或鹽酸酸化的HS提取物滲析產(chǎn)生的溶液中檢測(cè)到類激素活性。0.1 mol/L KOH的提取只能釋放類細(xì)胞分裂素的活性，而類生長(zhǎng)素和類赤霉素的活性仍然與HS提取物結(jié)合，分別在pH值為7.5～4.2和4.2～2.5，經(jīng)乙酸和鹽酸酸化后，類生長(zhǎng)素和類赤霉素活性幾乎完全釋放（表1）。

表1 3個(gè)玉米品種的干重及其用于土壤提取的根分泌物組成Tab.1 Dry weights of three maize cultivars and the composition of their root exudates used for soil extraction

結(jié)果表明，HS類激素活性的釋放首先通過(guò)反絮凝作用使膠束破裂和HS增溶（pH 11），然后主要通過(guò)有機(jī)酸處理（pH 2.1）獲得解聚。第1個(gè)過(guò)程（反絮凝）只釋放類堿性磷酸酶活性，而第2個(gè)過(guò)程（解聚）釋放吲哚乙酸和類赤霉素活性。另一研究表明，玉米幼苗的分泌物參與了從土壤中提取HS的過(guò)程，HS提取的質(zhì)量和數(shù)量取決于植物獲取養(yǎng)分的方式，并受到釋放有機(jī)陰離子的調(diào)節(jié)。在尺寸排除色譜中，3個(gè)玉米品種幼苗根分泌物中的有機(jī)陰離子（富馬酸鹽和琥珀酸鹽）將HS從高分子量轉(zhuǎn)移到低分子量（表1和表2）。農(nóng)業(yè)和森林分泌物也用于分離土壤有機(jī)組分。與目前使用的堿性溶液相比，根分泌物可能是提取生物活性低分子量（LMW）有機(jī)組分更好的介質(zhì)。

表2 尺寸排除色譜法洗脫腐殖質(zhì)溶液的特性Tab.2 Characteristics of humic solution eluted by size-exclusion chromatography

Nardi等比較玉米、云杉和樟子松的根分泌物作為提取劑獲得的LMW組分與用KOH溶液從農(nóng)業(yè)和森林中提取的HS的生物活性。氣相色譜/質(zhì)譜結(jié)果顯示，LMW組分相對(duì)于HS具有大量的脂肪酸，而傅里葉變換紅外光譜則顯示了LMW組分與HS具有不同數(shù)量的官能團(tuán)。從類激素活性、硝酸鹽吸收和氮代謝等方面評(píng)價(jià)了樟子松LMW組分與HS的生物活性。來(lái)自農(nóng)業(yè)土壤LMW組分提高了硝態(tài)氮的吸收、硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）的活性，來(lái)自森林土壤LMW組分促進(jìn)了銨態(tài)氮的吸收、NR和谷氨酸脫氫酶（GDH）的活性。這些結(jié)果表明，LMW組分的化學(xué)組成和土壤類型對(duì)氮代謝途徑有顯著影響。因此，LMW組分是根分泌物的重要組成部分，通過(guò)提高的大量和微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物有效性來(lái)促進(jìn)生物活性。

Pizzeghello等對(duì)59種不同類型的歐洲山毛櫸林下的土壤進(jìn)行了研究，以評(píng)估不同植被類型對(duì)未溶解和溶解土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成和生物活性的影響。采用主成分分析（PCA）方法，分析了各類型間的數(shù)據(jù)差異。觀察到酸性山毛櫸林的HS與類生長(zhǎng)素活性相關(guān)，而中性山毛櫸林的HS與類赤霉素活性相關(guān)。如先前體外實(shí)驗(yàn)所示，土壤pH值和不同的類激素活性之間存在明顯的相關(guān)性。酸性土壤刺激植物類生長(zhǎng)素物質(zhì)的活性，這些物質(zhì)在植物根的形成和發(fā)育等一系列活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。相反，中性或堿性土壤更有利于類赤霉素活性。

Nardi等在意大利北部2種銀杉更新程度不同的森林土壤的溶解有機(jī)質(zhì)（DOM）中發(fā)現(xiàn)了植物-土壤交互作用。通過(guò)不同濃度的脂肪酸、酚酸和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及類激素活性對(duì)DOM進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在銀杉種群增長(zhǎng)豐富的地方，DOM和HS中都存在脂肪酸、酚酸和類激素活性。相反，在銀杉種群增長(zhǎng)差的地方，DOM和HS活性分子濃度較低。

Canellas等探索分子質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化和有機(jī)酸存在時(shí)HA的生物活性的變化，發(fā)現(xiàn)施用HA和檸檬酸的玉米幼苗根面積、主根、根數(shù)量、根密度和質(zhì)膜ATP酶均發(fā)生了變化。此外，添加HA的幼苗根分泌圖顯示草酸的分泌量增加，蘋果酸和琥珀酸的分泌量減少。表明了HA與植物之間存在一種交互作用：根中的有機(jī)陰離子的分泌受到根發(fā)育過(guò)程中HA釋放的生物活性分子的影響。

綜上所述，可以認(rèn)為，植物通過(guò)分泌物能夠從土壤中提取對(duì)其代謝有積極影響的活性組分和（或）分子。這些組分的作用與HS相同，但它們的化學(xué)和生物學(xué)特征尚不足以說(shuō)明它們與堿溶液提取的HS是否相似或不同，或者它們是否代表HS的1個(gè)組分。在這種情況下，Lehmann和Kleber提供了關(guān)于HS相關(guān)概念的非常關(guān)鍵的觀點(diǎn)，通過(guò)根分泌物證實(shí)HS代表土壤有機(jī)質(zhì)。在此觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，Scaglia等提出，來(lái)自植物殘?bào)w和（或）微生物的分子通過(guò)自組裝形成具有生物活性的HS。

5 腐殖質(zhì)生長(zhǎng)素效應(yīng)

HS可誘導(dǎo)生長(zhǎng)素的典型生理效應(yīng)，如前所述，在其結(jié)構(gòu)中可檢測(cè)到生長(zhǎng)素。一些研究者使用了不同的方法來(lái)記錄HS結(jié)構(gòu)中的吲哚乙酸分子。Pizzeghello等使用免疫分析法從森林土壤、堆肥和蚯蚓糞中的HS中鑒定吲哚乙酸。一系列植物種類的數(shù)據(jù)表明，生長(zhǎng)素的特異性抑制劑（2，3，5-三碘苯甲酸和4-氯苯氧異丁酸）和抗吲哚乙酸抗體可以抑制HS的生物活性。Zandonadi等研究表明，HS對(duì)生長(zhǎng)素作用的特定分子靶點(diǎn)有誘導(dǎo)作用。HS刺激生長(zhǎng)素早期應(yīng)答基因IAA5和IAA19的表達(dá)，并誘導(dǎo)質(zhì)膜H+-ATP酶的合成、活性和表達(dá)。

Ertani等研究了糞肥和礦物施肥對(duì)蚯蚓糞便中HS的光譜和生物學(xué)特征的長(zhǎng)期影響，發(fā)現(xiàn)不同施肥措施與從蚯蚓糞中提取的HS的類生長(zhǎng)素活性之間存在關(guān)系。在高山環(huán)境中進(jìn)行的1項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，雪田鼠的群體引起了有機(jī)物轉(zhuǎn)換的劇烈改變，這決定了腐殖化過(guò)程的普遍性。這種土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生的HS具有較高的類生長(zhǎng)素活性。

Tahiri等研究了垃圾滲濾液和風(fēng)化褐煤HS對(duì)榿木和樺樹(shù)根伸長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)素、碳、氮途徑及脅迫條件下的生物活性。結(jié)果表明，HS及其HA組分通過(guò)調(diào)節(jié)ABCB轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ABCB1和ABCB19）轉(zhuǎn)錄水平，影響生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸（PAT）促進(jìn)根生長(zhǎng)。這些數(shù)據(jù)證實(shí)了HS通過(guò)促進(jìn)碳、氮代謝和脅迫反應(yīng)促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。

Aguirre等研究采用純化沉積的腐殖質(zhì)（PSHS），未檢測(cè)到包括吲哚乙酸、吲哚丁酸、細(xì)胞分裂素、脫落酸、赤霉素的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的可檢測(cè)濃度，發(fā)現(xiàn)PSHS在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平影響根和地上部的功能。HS除了通過(guò)與吲哚乙酸連接的途徑促進(jìn)根和地上部生長(zhǎng)外，還可能存在其他的補(bǔ)充途徑或獨(dú)立于生長(zhǎng)素或類生長(zhǎng)素結(jié)構(gòu)位點(diǎn)的途徑。這些新的互補(bǔ)途徑可能與HS促進(jìn)根對(duì)硝酸鹽、硫酸鹽和鐵的吸收密切相關(guān)。PSHS可能通過(guò)改善根對(duì)硝酸鹽的吸收和根-地上部間的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)影響地上部的生長(zhǎng)。

Mora等研究得出，PSHS促進(jìn)了黃瓜地上部生長(zhǎng)、根對(duì)硝酸鹽的吸收以及硝酸鹽、細(xì)胞分裂素和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的根-地上部間運(yùn)輸。Jannin等利用基于微陣列的油菜籽轉(zhuǎn)錄和生理研究證明，HS通過(guò)根對(duì)硝酸鹽吸收和細(xì)胞分裂素功能之間的關(guān)系影響地上部的發(fā)育。施用PSHS可提高根對(duì)硝酸鹽和硫酸鹽的吸收和相應(yīng)的根轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)。PSHS顯著地改變了參與調(diào)節(jié)與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、激素合成和信號(hào)傳導(dǎo)（細(xì)胞分裂素和赤霉素）、細(xì)胞發(fā)育和光合作用相關(guān)的許多代謝和生理功能的根冠基因的表達(dá)。PSHS對(duì)根中一氧化氮、吲哚乙酸、乙烯和脫落酸濃度的影響表明，這些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可能與HS相互作用而改變根的生長(zhǎng)和形態(tài)。且植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的作用可能因HS刺激形態(tài)變化的方式而不同。

研究發(fā)現(xiàn)，類激素活性不僅與土壤HS有關(guān)，還與堆肥和原料有關(guān)。Scaglia等發(fā)現(xiàn)豬糞沼液中的DOM具有類生長(zhǎng)素活性，這歸因于厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的芳香族氨基酸，而未檢測(cè)到類赤霉素的活性。Scaglia等從原料和相應(yīng)的蚯蚓糞中提取了類激素活性的物質(zhì)（通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜法鑒定）。羧酸和氨基酸被劃分為參與類吲哚乙酸活性的分子。

6 結(jié)論

在過(guò)去的40年里，許多實(shí)驗(yàn)室和大田研究結(jié)果證明了HS及其組分對(duì)植物初生和次生代謝途徑的積極影響。HS對(duì)側(cè)根誘導(dǎo)和根毛生長(zhǎng)的顯著影響可能是由于能量和氮途徑的變化及跨膜運(yùn)輸引起的。不同分子量的HS可以被根吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到植物的其他部位。HS通過(guò)與激素密切相關(guān)的機(jī)制影響植物的營(yíng)養(yǎng)和發(fā)育。

HS的超分子結(jié)構(gòu)，對(duì)理解其類激素活性非常重要。此外，HS相對(duì)于pH值的變化可能是控制生物分子有效性的關(guān)鍵。HS中與其生物活性直接相關(guān)的化合物種類的確定是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。因此，HS的生物活性及其作用的分子機(jī)制將為農(nóng)業(yè)可持續(xù)實(shí)踐提供新見(jiàn)解。

參考文獻(xiàn)（略）