根系分泌物介导下植物-土壤-微生物互作关系研究进展与展望

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

Advances and perspective in research on plant-soil-microbe interactions mediated by root exudates

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

小麦根内异养细菌的分离及其回接研究

植物在生长发育的过程中,常从根部分泌出各种物质。如有机酸、糖类、氨基酸以及核酸和酶类等,成为供给根际微生物群生长的良好能源。寄主植物的基因型可控制根际微生物群落的种类和数量。因而,植物的根系对根际微生物有较强的选择性。同时,根际微生物所产生的植物生长刺激素或类似物质对植物生长发育亦有促进作用。故在植物根系和土壤微生物之间,有着极为密切的关系。多年来,国内外许多研究者对两者的相关性研究颇为重     

抗感枯萎病西瓜根际微生物比较研究

本文通过传统微生物培养方法,研究了在土培和基质培条件下,抗感枯萎病西瓜不同生育期根际和非根际微生物数量的变化.结果表明,微生物数量在根际显著高于在非根际微生物,且随西瓜生长发育的阶段不同而变化,苗期根际微生物数量最少,以后随西瓜生长发育,根际微生物数量不断增加,至生长旺盛的开花结果期,微生物数量达到最高,在西瓜生长发育后期,根际微生物数量又有所回落.西瓜抗枯萎病性与根际细菌的数量具有相关性,在生长发育各个阶段,无论是土培还是基质培,均表现为抗病材料的根际细菌数量高于感病材料的根际细菌数量.根际真菌与放线菌数量与西瓜的抗感枯萎病性没有相关性.非根际微生物数量在整个生育期变化辐度较小.非根际细菌数量在土培条件下几乎保持在同一水平,在基质培条件下迅速增加,至生长后期有所回落.非根际真菌与放线菌数量在土培和基质培条件下均于生长后期达到最高.     

土壤环境下的根际微生物和植物互作关系研究进展

植物根系、土壤、根际微生物以及根际范围内其他因子等组成了根际微生态系统,在根际微生态系统中的不同组分之间存在着广泛的相互作用,其中以根系-土壤-微生物之间的相互作用网络最为复杂,同时也对整个根际系统的稳定和发展有着至关重要的影响。综述了近年来国内外对于土壤环境中根际互作关系研究的进展,探讨了土壤环境对植物和根际微生物群落的影响,植物如何调控根际微生物群落的组装和稳定过程,以及根际微生物对植物生长发育、病原菌防卫和抗逆性的调控作用等,分别从土壤环境、宿主植物和根际微生物三个层面,分析了它们在根际互作关系中的角色和作用机制,以期为农业生产和环境保护提供一定指导意义和借鉴作用。     

连作障碍与根际微生态研究 Ⅰ. 根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低。许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用。本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素(土壤空气、湿度、养分与微生物)、活性物质(自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素)、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示。     

连作障碍与根际微生态研究Ⅰ.根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低．许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用．本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素（土壤空气、湿度、养分与微生物）、活性物质（自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素）、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示．     

微生物肥料新型功能作用机理与根际定殖增强策略

微生物肥料是支撑农业绿色发展的重要投入品,根际益生菌是微生物肥料菌种的主要来源。我国农业发展对促进作物根系发育、增强作物耐盐胁迫能力等新型功能的微生物肥料提出了需求,然而目前对根际益生菌促进作物根系发育和增强耐盐胁迫的分子机理研究仍然薄弱,成为制约优异菌种选育的瓶颈。另一方面,微生物肥料的根际定殖能力低也是导致其田间应用效果差的重要因素。本文综述了根际益生菌调控根系发育、增强植物耐盐的活性物质和作用机理,分析其根际定殖的过程和菌植互作机制,提出了增强根际定殖的策略,以期为微生物肥料研究提供参考。     

甘蔗根际微生态及其与黑穗病防治之间的关系

黑穗病严重危害甘蔗生产,造成蔗茎产量降低和蔗糖分损失。该病害通过气传和土传等方式传播,其病原菌的孢子能在高温干燥环境下存活半年以上。根际微生态是根系与土壤紧密联系的微型生态体系。该体系的环境因素如土壤微生物、根系分泌物、土壤理化性质等对作物生长发育有着极为重要的影响。同样地,根际微生态与植物病害的发展和防控也有着极其密切关系。甘蔗根际微生态系统的特征及其与黑穗病之间内在联系的阐述,有助于甘蔗黑穗病的早期预防及生防资源的开拓挖掘。本文从甘蔗黑穗病的发生与危害、植物根际微生态与病害的关系、甘蔗根际微生态及黑穗病防治这几方面,对前人研究进展进行综述,旨在为甘蔗根际微生态的研究和优异生防资源的挖掘及甘蔗黑穗病的高效防治提供参考和借鉴。     

小麦根系异养细菌生态分布的研究

植物自身是一个强有力的生态因子,它选择着一定种群的微生物在其根系定殖繁育。根际微生物的数量和种类,不仅因寄主植物的种类而有差异,同时亦与植物的生长状况和发育阶段甚为相关。在植物根系和根际微生物之间,二者紧密连结相互影响。当根的分泌物和脱落物多时,根际微生物的发育量也最大,在植物的根际形成一个旺盛的生物活动区,强烈地影响植物的生长发育。多年以来,国内外许多研究者曾为之瞩目,对两者的相关性研究颇为重视。曾经对小麦,水稻等根际微生物的优     

植物根际微生物群落构建的研究进展

植物根际是指植物根系与土壤的交界面,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域,其物理、化学和生物性质不同于土体土壤。在这个区域里,与植物发生相互作用的大量微生物,被称为根际微生物。根际微生物在植物的生长发育和植物病虫害的生物防治等方面都具有十分重要的意义。本文总结了根际微生物群落构建的研究现状,介绍了根际微生物的经典和最新的研究方法,包括根箱法、同位素技术以及高通量测序、菌群定量分析、高通量分离培养等方法在根际微生物研究中的应用,讨论了植物根系分泌物(碳水化物、氨基酸、黄酮类、酚类、激素及其信号物质)和土壤物理化学性质对根际微生物群落的影响,概述了根际微生物-植物的互作机制,以及根际微生物群落对植物的促生作用、提高植物抗逆性和抑制作用,并对根际微生物群落研究中存在的问题和未来发展方向进行了展望。     

大庆盐碱地九种植物根际土壤微生物群落结构及功能多样性

盐碱土是陆地表面生态脆弱区域。它与荒漠化过程相伴而生,不但造成了资源的破坏、农业生产的巨大损失,而且还对生物圈和生态环境构成威胁。研究盐碱地植物根际土壤微生物群落的多样性,对于盐碱土壤的植被恢复和生态重建具有重要意义。运用PCR-DGGE技术和Biolog微平板法,对大庆盐碱地9种不同植物根际土壤微生物结构和功能的多样性进行了分析。结果表明,不同植物根际土壤微生物组成不同,同一科的植物具有相似的微生物组成。对11个克隆进行了序列测定,发现这一地区植物根际优势微生物菌群为变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)。利用Biolog微平板法分析了微生物群落功能多样性。结果表明,不同植物根际土壤细菌群落对底物碳源的代谢特征存在着一定的差异,其中豆科的野大豆根际土壤细菌对底物碳源的代谢能力最强。     

马缨杜鹃根系微生物群落结构及其变化

【目的】为了解野生马缨杜鹃根系微生物的群落结构特征,比较百里杜鹃内马缨杜鹃根际土壤、根表及根内3个生态位微生物群落组成差异,探究杜鹃根系生态位之间、变化菌属间的相互关系,以期为今后杜鹃根系微生物研究提供具有参考价值的数据。【方法】对百里杜鹃内野生马缨杜鹃根系微生物16S rRNA V4区和ITS1区进行高通量测序,比较分析根际土壤、根表及根内微生物群落多样性及组成差异;并基于共变化网络分析进一步探究差异菌属间的相互关系。【结果】马缨杜鹃根系不同的生态位之间,微生物群落结构存在差异,其中以根际土壤与根表、根内差异更为显著,且细菌群落差异小于真菌群落。且从根际-根表-根内,马缨杜鹃根系细菌α-多样性显著下降。马缨杜鹃根系微生物分布于41细菌门和6个真菌门。优势细菌门为变形菌门(Proteobacteria,39.64%±0.08,69.47%±0.12,77.34%±0.07)、酸杆菌门(Acidobacteria,34.10%±0.11,11.03%±0.04,9.18%±0.04)以及放线菌门(Actinobacteria,10.19%±0.03,8.70%±0.02,7.08%±0.01),它们占整体细菌群落总丰度的80%以上。同时8个细菌菌门的相对丰度在根际土壤、根表和根内间显著变化,且它们的相对丰度占细菌群落总丰度的75%以上。真菌主要分布于接合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota),它们占整体菌群的99%以上。马缨杜鹃根系存在589个属的细菌,390个属的真菌,从根际-根表-根内,其中25个细菌属和10个真菌属的相对丰度发生显著变化。马缨杜鹃根系微生物群落共变化网络分析表明:在马缨杜鹃根系不同生态位间,除Waitea外,包括枝孢菌属(Cladosporium)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)等在内的8个差异真菌菌属均与细菌菌属显著相关,它们相互作用调控微生物群落结构的变化。Bryobacter、Nocardia、Rhizomicrobium和Telmatobacter等核心菌属对马缨杜鹃根系微生物群落共变化网络的变化具有十分重要的调控作用。【结论】百里杜鹃地区马缨杜鹃根际土壤、根表以及根内3个生态位间,微生物群落组成存在差异;而造成微生物组成存在差异这一结果,可能与马缨杜鹃根系密切相关。同时,共变化网络分析揭示出马缨杜鹃根系生态位之间,细菌和真菌彼此间互作。     

根际微生物组中细菌趋化系统的生态功能

在根际微环境中,特定的土壤微生物能够利用自身独特的趋化系统感应根系分泌物,响应植物的选择性招募。细菌的趋化系统介导了植物-微生物以及微生物间相互作用,在植物对根际微生物组的选择中发挥着关键的生态学功能。综述了根际微生物组中细菌趋化系统的研究进展,从生态学的角度提出了未来针对根际细菌趋化系统的研究方向,旨在阐明根际细菌趋化系统的生态学功能,为增进理解作物根际微生物组的募集过程,以及未来农业中根际微生物组的重组构建奠定理论基础。     

玉米根际与非根际解磷细菌的分布特点

植物光合作用产物约有 12 %～ 5 0 %通过根系进入根际土壤中 ,不同的植物 ,同一植物不同的生长发育时期 ,不仅根际分泌物的数量有差异 ,而且分泌物的种类也不同[4 ] 。这些分泌物不仅是微生物很好的培养基 ,而且一些分泌物可能抑制或有利于甚至刺激某些微生物的繁殖 ,从而导致根际微生物种群结构的变化。根际微生物的数量、活性和群落结构及其变化 ,直接影响到植物吸收水分、养分 ,也影响植物对恶劣环境的抵抗能力 ,尤其是与病菌的侵入和感染关系非常密切[6] 。Ｐ是植物最重要的营养元素之一 ,大多数土壤都具有很强的固定Ｐ的能力 ,Ｐ肥的利…     

荒漠草原区土壤粒径组成对柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响

柠条(Caragana korshinskii)是荒漠草原区主要的造林绿化树种,研究其根际土壤微生物和酶活性与不同土壤类型土壤粒径组成的关系有重要意义,然而土壤粒径对荒漠草原柠条根际土壤微生物数量和酶活性的影响知之甚少,探讨土壤颗粒组分与微生物数量、土壤酶活性之间的关系,以及土壤颗粒组成对荒漠草原区固沙灌木植物柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响,可为揭示荒漠草原土壤退化及生态修复提供参考。以宁夏荒漠草原区土壤粒径组成差异显著的灰钙土、红黏土、风沙土环境下栽植的柠条为研究对象,研究不同土壤颗粒组成对根际土壤微生物数量及酶活性的相互关系与影响。结果表明:土壤微生物的数量表现为细菌放线菌真菌。根际土壤中的细菌、真菌数量显著高于非根际,且在3种不同类型的土壤中随着细砂粒的增多,真菌和放线菌数量逐渐降低,而细菌数量呈先增大后减小的趋势;根际与非根际土壤的蔗糖酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性均呈现出灰钙土红黏土风沙土的趋势,红黏土根际土壤中的脲酶活性显著高于灰钙土与风沙土;除过氧化氢酶外,土壤酶活性表现为根际高于非根际,在3种不同类型的土壤中随着细砂含量的增加,土壤酶活性均呈递减趋势。土壤颗粒组成与微生物数量之间没有明显的相关性,而与土壤酶活性之间显著相关,土壤酶活性与黏粒、粉粒呈正相关,与细砂、中砂呈负相关关系,根际土壤中酶活性更高,能够为植物及微生物提供更多的营养。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落;反之,根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制,是生命科学研究关注的热点,也是农业微生物利用的关键问题。近期,中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究,发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落,且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用,促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础,展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

大气二氧化碳浓度升高对植物根际微生物及菌根共生体的影响

综述了大气CO2浓度升高条件下,植物根际土壤环境、根际土壤微生物和植物菌根形成的变化趋势等方面的研究进展,CO2浓度升高,运转到根系的碳水化合物增加,根际环境、根际微生物活性、微生物群落结构以及菌根共生体的形成发生变化．提出在CO2浓度升高条件下,根际微生物和菌根真菌群落的变化对植物群落和陆地生态系统碳动态的调节是今后的研究趋向。     

植物根系对根际微环境扰动机制研究进展

根际微环境是构建植物与土壤交流沟通的桥梁,也是植物遭受胁迫时优先作出响应的区域。植物根系作为根际的主要调控者,根构型和根系分泌物种类、数量的改变均可对根际微生物和土壤动物种群分布及其结构造成影响。然而,土壤动物的扰动、微生物的分解作用也可改善根际土壤特性,提高植物抗逆性及养分利用效率,从而促进植物根系生长。可见,植物根系-根际动物-根际微生物之间存在复杂的互作关系。本文从根际内、外微环境出发,分析了根际外植物根系对微环境的物理和化学扰动、根际内植物根系与微生物的互作扰动、根际内植物根系和土壤动物的物理扰动、以植物根系分泌物为介质的化学扰动等方面研究进展,在此基础上,论述了根际微环境主要影响因子之间的互作机制,并对该领域的研究方向进行了展望。     

干旱胁迫对蒙古黄芪生物量及其根际微生物种群数量的影响

以‘武川’和‘浑源’2个蒙古黄芪地方品种为试材,采用盆栽控水模拟干旱处理,研究干旱胁迫下黄芪生物量及根际微生物数量的动态变化规律。结果显示：随着干旱程度的加剧,2个品种的根际细菌和放线菌种群数量均呈先上升后下降的变化趋势,真菌数量却呈现持续减少,而细菌数量在根际微生物区系中占绝对优势;随干旱强度升高,2个品种黄芪根、叶组织相对含水量均表现出明显的逐渐下降趋势,其地上部生物量、根系生物量也均降低,而根冠比却逐渐增大;黄芪根际各菌类数量与其地上生物量存在显著正相关关系,但与根系生物量无显著相关关系。研究表明,黄芪的生长及其根际微生物数量均受到干旱胁迫的影响,且适度干旱有助于提高黄芪根际细菌及放线菌的数量,从而改变根际微生物群落结构组成,促进黄芪地上生物量的积累。