植物根系是植物与土壤环境进行物质能量交换的主要场所。生长发育过程中，植物根系吸收土壤中的水分和养分，同时不断向土壤释放质子、无机离子和各种复杂有机物质。这些物质以及根表组织脱落物统称为根系分泌物^[1]。研究表明，根系分泌物中的某些有机化合物能够显著抑制植物的正常生长，是植物产生化感自毒作用的重要来源^[2-3]。

连作是指在同一地块里连续种植同一种作物(或同一科作物)，或连续种植易感染同一种病原菌或线虫的作物的种植制度^[4]。研究表明，大多数作物连作容易造成缺素症、病虫害猖獗、根系和微生物分泌物发生变化及土壤理化性状发生较大改变等。这些现象又在一定程度上影响作物的生长发育，导致产量和品质降低，这常被称为连作障碍或再植障碍^[5-6]。

烤烟生产连作现象普遍，连作烟田占烟草总种植面积的30%~60%^[7-8]。长期连作使得烟草根系分泌物中自毒物质不断积累，抑制其自身生长和土壤有益微生物的活性，往往导致病虫害加剧、烟叶产量和品质下降，严重影响我国烟叶生产的发展^[9]。本文就烟草根系分泌物及其化感作用研究进展进行综述，以期为解决烟草连作障碍以及提高产量和品质提供参考。

1 烟草根系分泌物种类和释放途径 1.1 根系分泌物种类

植物根系多分布在地下部分，根系分泌物释放缓慢且种类复杂，一旦释放便直接与土壤中各种物质混合，不易观测分析。随着GC-MS、LP-MS等检测技术的发展，配合科学的提取方法，根系分泌物的鉴定分析技术已趋于成熟^[10-11]。苏海燕等^[12]、于会泳等^[13]通过调节提取液pH值，对烟草根系分泌物进行收集并鉴定其主要成分，发现根系分泌物主要包括氨基酸类、有机酸、酚酸类、脂肪酸、甾醇类等多种有机化合物(表 1)^[12-14]。

1.2 根系分泌物的释放途径

按照根系分泌物代谢途径可以分为初生代谢和次生代谢。其中，初生代谢产物主要为植物生长发育以及后代繁衍提供能量和信息，次生代谢产物则主要用于抵御外界环境的干扰。按照离子及化合物特性, 烟草根系分泌物主要通过3条释放途径分泌到根际土壤中(表 2)^[15]。

2 烟草根系分泌物化感作用

植物通过向环境释放特定的次生物质从而对其他植物生长发育产生有益或者有害的影响称为化感作用。烟草根系分泌物是其化感作用的主要来源，次生代谢产物通过根系释放到土壤中，对土壤的理化性质、酶活性以及根际微生物活性等产生作用^[16]。

2.1 根系分泌物对土壤理化性质的影响

酚酸类物质是烟草根系分泌物的主要成分^[17]。植烟土壤酚酸类物质积累量显著高于不植烟土壤，其中，羟基苯甲酸、阿魏酸、香草酸等强化感自毒物质较不植烟土壤成倍增长^[18-19]。秦纪洪等^[20]、吕卫光等^[21]研究表明，对叔丁基苯甲酸、对羟基苯甲酸等酚酸类物质能显著抑制土壤中N循环，并降低土壤中碱解N、速效P、速效K以及有机质含量，从而对植物生长产生消极影响。将豌豆和小麦种植在不同类型土壤中发现，其根系分泌物中的低分子量有机酸能够通过自身有机阴离子的释放、络合反应、配位交换以及还原作用提高土壤粘粒表面吸附能力，在一定程度上促进土壤中难溶养分的溶解和移动，提高根系养分吸收效率^[22]。另外，根系分泌物中的胶黏组分能够通过调节土壤微粒团聚体的稳定性、大小以及分布，改变土壤物理特性^[23]。

2.2 根系分泌物对土壤微生物的影响

土壤中聚集大量微生物，植物根系分泌物和土壤微生物之间相互作用，其中根系分泌物中的次生代谢物质能显著影响土壤中微生物的种类和数量，对根际土壤肥力、植物生长发育尤其是病虫害发生具有重要意义。植物根系分泌物中的多糖、氨基酸等大分子物质是根际微生物重要的营养来源，能够促进土壤中微生物的生长繁殖。烟草根系分泌物与土壤微生物关系密切，刘艳霞等^[24]研究发现，烟草根系分泌物中的苯甲酸和3-苯丙酸能同时促进土壤中病原菌和拮抗菌的生长繁殖，但对病原菌的促进作用显著优于拮抗菌，是造成烟草长期连作青枯病严重的重要诱因。白羽祥等^[25]研究发现，苹果酸、乳酸、富马酸等酚酸类物质在不同浓度条件下对烟草黑胫病病菌作用差异较大，主要表现为低促高抑。烟草根系分泌物中的某些低分子有机酸如肉桂酸、苯甲酸等能够通过降低土壤pH值促进真菌的生长和繁殖，起到调节土壤真菌群体结构的作用，并间接影响土壤理化特性^[26]。其中，烟草根际土壤中的解磷细菌与真菌呈显著负相关关系，对土壤P素含量有显著影响^[27]。烟草连作条件下，土壤中微生物的种类和数量都有一定程度的变化，其中细菌数量随连作年限增加而减少，而固氮菌和放线菌则表现增大趋势^[28]。但土壤微生物群落结构是一个复杂群体，其微生物种类、数量以及相互作用关系受多方面因素调节，单从根系分泌物上不能完整解释其动态变化过程，尚需要结合土壤养分、水分及微生物间互作关系进一步研究。

2.3 根系分泌物对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤中重要的有机成分，是土壤肥力状况、生态环境质量以及土壤能量代谢水平的主要指标^[29-31]。土壤酶主要来源于土壤微生物分解、植物根系分泌物、植物残体以及土壤动物区系分解。根际环境中，根系分泌物介导下的植物与根际微生物相互作用，对土壤肥力和植物生长发育产生影响。其中，植物根系直接分泌的淀粉酶、磷酸酶以及土壤核酸酶等对土壤微生物种类和数量都有一定作用^[32]，但根系分泌物中有机酸也能间接影响相关土壤酶活性。于会泳等^[26]研究发现，低浓度条件下烟草根系分泌物中的肉豆蔻酸、月桂酸和苯甲酸能显著提高土壤蔗糖酶活性，但随浓度升高促进作用逐渐降低并出现抑制性；土壤脲酶活性随棕榈酸浓度增加逐渐降低；过氧化氢酶活性随肉桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸和邻苯二甲酸浓度的增加逐渐减小；肉豆蔻酸能提高土壤碱性磷酸酶活性，苯甲酸则抑制其活性。土壤酶活性与土壤肥力关系密切，土壤蔗糖酶可以增加土壤中易溶性物质含量从而促进有机质的转化和土壤呼吸强度；土壤脲酶是土壤供N能力的重要指标；过氧化氢酶作为土壤主要氧化还原酶类，能显著影响土壤有机质氧化和腐殖质的形成过程；土壤磷酸酶则是影响土壤有机磷分解转化及其生物有效性的主要酶类。

3 根系分泌物的研究方法 3.1 根系分泌物的收集

收集方法对烟草根系分泌物研究至关重要，按照目标物质的不同主要分为水培收集法、基质培养收集法和土培收集法。水培法是指将烟草直接放入营养液进行培养，并收集营养液进行根系分泌物相关分析^[33]，具有操作简单的优点，但是由于营养液中营养元素以及微生物种类和数量与土壤环境差异较大，其根系分泌物收集液不能完全反映正常生长状态下的情况，且水培法不能收集烟草连作条件下的根系分泌物。基质培养收集法主要是利用蛭石、石英砂、玻璃珠和琼脂等介质进行培养，并通过定期的营养液浇灌为烟草正常生长提供营养元素。基质培养法较水培法更大程度地模拟了土壤环境，且通过基质冲洗获得根系分泌物的方法较为简单便捷，但是烟草生长后期根系庞大，基质培养法耗时耗工，同样基质培养法也不能收集烟草连作条件下的根系分泌物^[34-35]。土培收集法主要指收集正常生长烟草根系或者根际土壤，通过淋溶萃取等方法获得烟草根系分泌物。土培收集法能够反映烟草正常生长条件下根系分泌物的种类和含量，但由于根系分泌物进入土壤中会立即与土壤颗粒混合，较难分离，并且淋洗时植物根系破损会掺杂根系伤流液和内含物^[36]。为了更准确地对植物根系分泌物进行收集，研究者根据研究目标和特性设计了一些特殊装置，例如连续收集系统、提取环收集系统、原位手机的微量提取环等，并取得了一定的效果^[37-40]。

3.2 根系分泌物的分离提纯

根系分泌物收集液是无机和有机物质组成的混合溶液，为更好地对根系分泌物进行分析鉴定，需要通过一系列物理和化学手段去除杂质。目前应用较多的分离提纯方法主要包括：衍生化法、萃取法和分子膜超滤法。衍生法主要利用化学反应对烟草根系分泌物中特定组分进行衍生化修饰，从而进行分离提纯，此法主要用于分离提纯烟草根系分泌物中的有机酸、酚类以及羟基和氨基化物质^[41]。萃取法属于传统分离手段，主要利用不同溶剂中各成分溶解度不同进行分离提取^[42]。分子膜超滤法是按照根系分泌物中有机分子直径大小，通过滤膜进行分离，具有操作简便、分离提纯效果好的优点，能够将分泌物中的细菌、蛋白质等有效分离，是目前较为先进、科学的根系分泌物分离提纯方法^[43]。

3.3 根系分泌物的鉴定

经过分离提纯后，通过仪器进行烟草根系分泌物成分分析，常用方法有：离子色谱法、紫外—可见光谱法、毛细管电泳法、气象色谱法、液相色谱法和质谱法。其中，气象色谱法具有进样量小、灵敏度高的特点，是根系分泌物组分分析的有效方法^[18]。

4 展望

烟草根系分泌物在维持其正常生长代谢、改善土壤环境、抵御病虫害上具有重要作用，是调节根系生态环境的重要物质之一，已经成为研究烟草连作障碍的热点问题。目前国内烟草根系分泌物研究主要集中在组成成分的分离鉴定和化感作用上，取得进展的同时也存在一些难点和不足。首先，烟草收集液的分离提纯方法仍需进一步探索，以保证根系分泌物收集液化学成分的完整性和可靠性，为后期的分析检验奠定基础；其次，烟草根系和土壤根际环境是一个复杂的生态系统，根系、根系分泌物、土壤、微生物之间相互作用和影响，其中化感效应的来源包括化学、物理学、生态学、微生物学和土壤学等多种调节机制。因此，从根系分泌物单一方面研究整个化感作用并不全面，烟草化感作用机制尚需系统分析。第三，烟草根系分泌物受土壤条件和微生物的影响，自身具有一定的消解规律。因此，还需采用科学的研究方法对其化感效应进行动态跟踪研究。