植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。     

根系分泌物介导的植物-微生物相互作用

陆生植物所经历的一系列最复杂的化学、物理和生物相互作用是发生在根与其周围土壤环境（即根际）之间的.在特定环境下,植物通过根系的不同部位释放到根际环境中的有机物质的总和被称为根系分泌物,植物与土壤微生物之间的相互作用主要是由根系分泌物介导的.本文介绍了植物根系分泌物的主要成分、渗出方式,以及其介导的植物-微生物的正负相互作用,为未来开发和利用根系分泌物提高农作物的产量提供参考.     

丛枝菌根真菌参与下植物-土壤系统的养分交流及调控

近几年随着有机农业的发展,丛枝菌根的作用受到特别关注。丛枝菌根是由植物根系与丛枝菌根真菌(AMF)形成的一种共生体。在植物-AMF-土壤系统中,AMF为植物提供N、P等营养的同时从根系得到所需的C。概述了植物-AMF-土壤系统中C、N、P等营养物质的交流以及AMF与土壤微生物的互作关系。丛枝菌根的形成可显著提高植物对P的吸收,且在高P条件下多余的P可储存于AMF中。AMF对土壤N循环的影响相当复杂,可能参与调控N循环的多个过程,如硝化作用、反硝化作用和氨氧化作用等。在有机质丰富的土壤中AMF菌丝可快速扩增并吸收其中的N,主要供菌丝自身所需,只有一小部分传递给植物。AMF对土壤C库的影响尚存争议,可能存在时间尺度的差异。短期内可活化土壤C,而在长期尺度上可能有利于土壤C的储存。AMF能够通过改变土壤微生物群落结构而影响植物-土壤体系的物质交流。AMF与解磷菌、根瘤菌和放线菌的协同增效作用可促进土壤有机质的降解或增强其固氮能力;AMF对氨氧化菌的抑制作用可降低氨的氧化减少N2O的释放。AMF与外生共生真菌EMF共存时,表现出协同增效作用,但EMF的优先定殖会限制AMF的侵染。AMF不同类群之间则主要表现为竞争和拮抗关系。AMF与土壤微生物之间的互作关系受土壤无机环境的影响,在养分亏缺条件下微生物之间往往表现为竞争关系。因植物、AMF与土壤微生物之间存在复杂的互作关系,为此AMF并不总是表现出其对植物营养的促进作用。目前关于AMF的作用机理仍以假说为主,需要进一步的实验验证。在植物-AMF-土壤系统中N与C的交流和P与C的交流并未表现出一致性,对N、P循环相互关系的进一步探讨有助于深入理解植物-土壤体系中的养分循环。植物、AMF和土壤微生物的养分来源及其对养分的相对需求强度和吸收效率尚未可知,因此无法深入理解AMF在植物-土壤体系中养分交流和转化的作用。在方法上,传统的土壤学方法在养分动态研究中存在局限性,现代分子生物学手段和化学计量学的结合值得尝试。     

丛枝菌根真菌对植物-土壤系统的影响研究进展

土壤微生物和植物-土壤系统之间的相互作用对于维持生态系统的功能与应对气候变化至关重要。丛枝菌根真菌(AMF)可以影响植物与土壤之间的物质交流,提高植物生产力和抗逆性,在改善土壤质量和养分循环方面发挥着重要作用。有研究表明,AMF与植物共生抑制植物产量积累,不利于维持土壤生态功能和可持续性。AMF在调控植物-土壤系统中表现出的作用不一致,这可能与环境条件有关。因此,需总结现有研究,系统的阐明AMF对植物-土壤系统生产力、抗逆性和养分循环的作用及其机理。总结了AMF与植物-土壤系统共生关系和共生机理的研究进展;阐述了AMF对植物-土壤系统生产力和抗逆性的作用机制;探讨了AMF对植物-土壤系统养分循环的作用过程。提出AMF-植物-土壤系统共生领域中尚待系统深入研究的关键科学问题,并分析了当前该领域研究存在的不足与今后的研究方向,以期为农业生态系统的可持续发展提供新的思路。     

植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分, 它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用, 阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次, 重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养, 土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素, 比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而, 植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在, 因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析, 以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析, 探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论, 提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介, 植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。     

不同植物对黄顶菊根际土壤微生物和土壤养分的影响

[目的] 不同植物对外来入侵植物的抵御能力不同,研究不同植物对入侵植物根际土壤生态的影响可为筛选入侵植物的竞争替代植物提供科学依据。[方法] 利用同质园试验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置黄顶菊单种、黄顶菊与不同植物（地肤、苘麻、苏丹草、反枝苋）混种处理,采用磷脂脂肪酸分析方法来研究不同植物对黄顶菊根际土壤微生物群落结构的影响,并结合土壤养分的变化探究不同植物对黄顶菊根际土壤生态的影响。[结果] 与黄顶菊单种相比,地肤和苘麻降低了黄顶菊根际微生物的总含量,改变了黄顶菊根际微生物群落结构。地肤、苘麻能竞争性抑制黄顶菊对铵态氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长。[结论] 不同植物的抵御能力与其土壤生态有关,替代植物通过改变黄顶菊根际土壤微生物,抑制黄顶菊对氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长,实现对黄顶菊的替代控制。     

云南热带蕨类植物根际土壤中的六种VA菌根真菌

从热带地区野生或从野外移栽于温室中的蕨类植物根际土壤中分离得到六种ＶＡ菌根真菌：双网无梗囊霉Ａｃａｕｌｏｓｐｏｒａ ｂｉｒｅｔｉｃｕｌａｔａ Ｒｏｔｈｗｅｌｌ ｅｔ Ｔｒａｐｐｅ,细凹无梗囊霉Ａｃａｕｌｏｓｐｏｒａ ｓｃｒｏｂｉｃｕｌａｔａ Ｔｒａｐｐｅ,瘤状无梗囊霉Ａｃａｕｌｏｓｐｏｒａ ｔｕｂｅｒｃｕｌａｔａ Ｊａｎｏｓ ＆ Ｔｒａｐｐｅ,多梗球囊霉Ｇｌｏｍｕｓ ｍｕｌｔｉｃａｕｌｅ Ｇｅｒｄ     

植物根际促生菌促生特性研究进展

根际微生物组是决定农作物健康状况的关键因素之一,也是调节农作物与生物和非生物环境相互作用的重要因素。植物根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)为农作物宿主提供了多种有益作用,通过化学交流以复杂的方式与农作物、土壤相互作用,进而促进农作物生长。本文综述了PGPR对农作物的促生机制、PGPR与农作物的互作及其在农业实践中的应用,并展望了PGPR在农业实践中应用的发展趋势,以期为今后PGPR的应用和研究提供新的思路和理论支撑。     

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。     

麦棉套作棉花根际非根际土壤微生物和土壤养分

在麦棉套作栽培模式下,设置不隔根、纱网隔根和塑膜隔根3种麦棉套种方式,研究麦棉套作对棉花根际和非根际土壤微生物数量、活性和土壤养分（全氮、有效磷和速效钾）含量的影响,结果表明：麦棉套作有利于棉花根际与非根际土壤细菌的增殖,盛蕾期不隔根处理棉花根际土壤与非根际土壤细菌数量分别是塑膜隔根处理的2.57和2.81倍.但麦棉套作不利于土壤真菌和放线菌的增殖.细菌在土壤微生物区系中占99.9%.所以,麦棉套作显著提高了棉花土壤微生物数量,同时也增强了微生物活性.麦棉共处期纱网隔根处理棉花土壤全氮、有效磷、速效钾含量显著高于不隔根处理和塑膜隔根处理,证明麦棉套作系统中小麦根系分泌物与脱落物的存在对棉花土壤养分含量的增加有明显的促进作用,即存在种间营养补偿效应.而共处期不隔根处理套作棉土壤养分含量总体上显著低于隔根处理的现象则反映出小麦根系对棉花土壤养分的竞争作用大于其对棉花土壤养分的促进作用.小麦收获后,小麦根系对棉花养分的竞争作用解除,不隔根处理棉花土壤养分含量显著高于塑膜隔根和纱网隔根处理.     

Fertilizers and biological nitrogen fixation as sources of plant nutrients: Perspectives for future agriculture

Biological nitrogen fixation (BNF) has an assured place in agriculture, mainly as a source of nitrogen for legumes. Legumes are currently grown mostly as a source of vegetable oil and as food for humans and animals, but not as nitrogen source.Other crops with BNF capability may be eventually be developed eventually. Such crops will also need mineral fertilizers to maintain a good status of soil nutrients, but their possible effects to the environment is also a concern. Fertilizers, however, will remain a necessary and sustainable input to agriculture to feed the present and increasing human population. It is not a case of whether BNF is better or worse than mineral fertilizers because both plays an important role in agriculture.     

AMF和PGPR联合修复菲和芘污染土壤的效应

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与根围促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注。本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1:1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices（Ri）、变形球囊霉Glomus versiforme（Gv）、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理。结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率。AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量。在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95%-98%,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势。其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32µg/(g·h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27%-45%;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍。     

微生物帮助烟草抗旱的机理及其应用

干旱是中国烟草种植业面临的较为严重的非生物胁迫.很多与植物共生或联合的根际微生物能帮助植物避旱和耐旱.微生物能通过菌丝吸水并转运到植物,通过产生植物激素或改变植物内源激素的平衡来促进根发育和伸长,或诱导叶片关闭气孔,促进根吸水和减少叶片散失水分来避旱.微生物能通过调整不同激素介导的信号通路,诱导植物产生系统抗逆性,促进植物细胞产生渗透保护剂、抗氧化物和活性氧清除剂而耐旱.微生物还能帮助植物吸收营养,以支持植物在干旱胁迫下的代谢和生长.本文关注丛枝菌根真菌、模式内生真菌印度梨形孢和根际促植物生长细菌帮助烟草和番茄等植物抗旱的机理,探讨如何在烟草育苗和栽培中应用有益微生物来帮助烟草抗旱.     

稻田土壤固氮菌株的分离筛选及促生潜力

旨为获取高效固氮菌株,为稻田生物固氮能力的微生物调控提供菌种资源。选用4个具有不同固氮效率水平的水稻土样品,采用稀释平板法和富集纯化法从土壤中分离可培养固氮菌株,通过基因组DNA的nifH基因扩增、乙炔还原活性的定量测定和无氮培养基上的生长状况筛选优势固氮菌株,进一步对优势固氮菌株进行促生潜力测定。共分离纯化得到可培养微生物菌株14株,以新分离菌株的基因组DNA为模板,有7株菌株能够扩增出nifH基因。其中,新分离菌株P204、P205、P207和P208在无氮培养基上生长速度较快,乙炔还原活性较高,同时具有IAA生成、溶磷活性和铁载体生成等促进植物生长的潜力,可用于进一步功能基因开发和微生物接种应用研究。     

Plant growth promotion due to rhizobacterial volatiles - An effect of CO2?

Serratia odorifera, an antagonistic rhizobacterium, emits a diverse and complex bouquet of volatiles. Three different in vitro experimental culture systems indicated that these volatiles promote the growth of Arabidopsis thaliana. CO₂ trapping and significant rise of CO₂ levels (390-3000 ppm CO₂ within 24 h) due to bacterial growth in sealed Petri dishes verified the enhanced effects of rhizobacterial CO₂ on A. thaliana’s growth. In contrast, open cocultivations abrogated growth promotion, and inhibitory effects come to the fore at ambient CO₂ concentrations.     

Effects of inoculation with plant growth promoting rhizobacteria (PGPRs) andSinorhizobium fredii on biological nitrogen fixation, nodulation and growth ofGlycine max cv. Osumi

We investigated the effects of three plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), on Biological Nitrogen Fixation (BNF), nodulation and growth promotion by soybean (Glycine max) var. Osumi plants. The strains, Aur 6, Aur 9 and Cell 4, belong toPsedomonas fluorescens, Chryseobacterium balustinum andSerratia fonticola, respectively. Inoculation modes for the PGPRs andSinorhizobium fredii (carried out through irrigation), were examined. In the first mode, PGPRs andS. fredii were co-inoculated. In the second mode, we first inoculatedS. fredii and after the PGPRs, which were added 5 or 10 days later (each inoculation being an independent treatment). In the third mode, the PGPRs were inoculated first, and theS. fredii was inoculated 5 days later. We also included treatments inoculated with only the PGPRs (one PGPR per treatment) and only withS. fredii. Plants were maintained in a greenhouse under controlled environmental conditions, and were sampled 3 months after sowing. The results obtained showed the effects of the inoculation sequence. The most significant effects on growth parameters (stem plus leaf weight and fresh root weight) were found when inoculations with PGPR andS. fredii were at different times or when we inoculated only with PGPR and the plants were watered with nitrogen. Co-inoculation had no positive effects on any parameter, probably due to competition between the PGPR andS. fredii. Our results indicate that the inoculation modes with PGPR and rhizobia play a very important role in the effects produced. Thus, although plant growth promoting rhizobacteria may interact synergistically with root-nodulating rhizobia, plant growth promoting rhizobacteria selected for one crop should be assessed for potentially hazardous effects on other crops before being used as inoculants.     

Identification of rhizobacteria from maize and determination of their plant-growth promoting potential

During the growing season of 1986, the rhizobacteria (including organisms from the ectorhizosphere, the rhizoplane and endorhizosphere) of 20 different maize hybrids sampled from different locations in the Province of Quebec were inventoried by use of seven different selective media. Isolates were characterized by morphological and biochemical tests and identified using the API20E and API20B diagnostic strips.Pseudomonas spp. were the prominent bacteria found in the rhizoplane and in the ectorhizosphere.Bacillus spp. andSerratia spp. were also detected, but in smaller numbers. In the endorhizosphere,Bacillus spp. andPseudomonas spp. were detected in order of importance. Screening for plant growth-promoting rhizobacteria was carried out in three soils with different physical and chemical characteristics. The results depended on the soil used, but two isolates (Serratia liquefaciens andPseudomonas sp.) consistently caused a promotion of plant growth.Contribution no. 350 of the Research Station, Agriculture Canada, Sainte-Foy, Quebec.