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。     

植物根系分泌物主要生态功能研究进展

根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。     

基于菌植互作的植物根际细菌钝化镉作用和机制研究进展

土壤重金属镉(Cd)污染严重危害农产品安全生产,植物根际细菌在钝化土壤Cd和帮助作物抵御Cd胁迫方面发挥重要作用。本文首先概括在修复Cd污染土壤中得到广泛应用的植物根际细菌种类,并从根际细菌直接吸附Cd、调整土壤理化特性、调控土壤微生物群落和其他作用4方面阐述了植物根际细菌对Cd的钝化作用,其次从菌植互作角度阐述植物根系分泌物与根际细菌群落相互影响对土壤Cd的钝化作用。最后展望重金属胁迫下植物根际钝化Cd核心菌群的构建,以在新兴学科与技术的快速发展中探明植物根系-微生物互作体系的分子机制,深入开展植物根际细菌钝化修复重金属污染土壤的理论研究和实践。     

根际微生态调控白菜根肿病发生的机制研究进展

白菜根肿病是由芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae Woron)引起的一种常见土传病害,主要危害白菜的根部。根际是土壤-植物-微生物相互作用最活跃的关键微域,根际微生态系统中的微生物失衡是导致土传病害的重要因素,深入探究根际微生态与土传病害互作机制,有利于从根际微生物、抑病物质和功能代谢等方面挖掘防控土传病害安全高效的方法。本文综述了根际微生态与白菜根肿病的发生机制关系,从该病害的危害、发生的根际微生态机制及生防菌防治研究等方面综合分析了根际微生物调控白菜根肿病发生的机制,以期为白菜根肿病防控、促进土壤健康和维持根际微生态系统稳定提供理论依据。     

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。     

现代生物技术在根际微生物群落研究中的应用

根际微生物的定义为植物的根表及受根系直接影响的土壤区域中的微生物群落.根际微生物与植物根系相互作用,是植物生态系统物质交换的主要媒介.根际微生物群落的研究对于微生物生态学与植物生态学均具有重要意义.近年来现代生物学技术发展迅速,对根际自然群落中不可培养微生物的研究取得了突破.综述了目前已取得的研究进展,对现代生物技术在根际微生物群落研究中的应用做了讨论.     

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。     

根际微生物组组装与植物健康

土壤微生物拥有高度多样化的群落结构,其通过与植物发生复杂的相互作用影响植物健康,也被称为植物的第二基因组。最近研究表明植物能通过改变根际分泌物的组成影响根际微生物群落的组装,反之,根际微生物群落组成的改变能够通过影响植物营养吸收和抵御生物及非生物胁迫的能力影响植物健康。除此之外,农艺管理也是影响土壤微生物群落组装方式的重要因素。但到目前为止,根际微生物与宿主植物及土壤微生物之间互作机制的研究尚不清楚。本文将从农艺管理和宿主植物对微生物群落组装的影响及根际微生物组对植物健康的影响进行总结,为增加作物产量提供机会。     

薄荷根内生及根际细菌多样性探究

采用传统的培养方法和基于分子生物学技术的非培养方法对我国常用中药之一的薄荷植物的根内生及根际细菌进行研究,从而了解其中细菌群落的多样性。对分离得到的细菌菌株进行16S rDNA扩增和系统发育分析,结果表明,利用培养方法与非培养方法分离得到薄荷根内生细菌及根际细菌一些共有的细菌种类,但前者优势种群为g-变形杆菌,后者优势种群为芽孢杆菌,说明土壤细菌,特别是根际细菌是植物内生细菌的重要来源,但植物对其内生细菌具有选择压。首次报道了薄荷根内和根际具有丰富的微生物群落多样性,为进一步探索植物根系微生态环境中微生物群落的形成和生态功能提供了基础信息。在今后探讨植物与微生物相互作用关系时,有必要考虑土壤环境,特别是根际对其的影响的同时,更加重视植物与其相关联的细菌种类的选择作用。     

不同药用植物根际土壤原核微生物多样性研究

为研究不同药用植物根际土壤中的原核微生物多样性,分别采集白术(Atractylodes macrocephala)、白芍(Paeonia sterniana)、牡丹(Paeonia suffruticosa)、玄参(Scrophularia ningpoensis)四种药用植物的根际土壤以及非种植区的土壤,针对16S rRNA基因的V3～V4区进行测序,分析土壤细菌群落的组成。结果表明,药用植物根际土壤中的细菌群落多样性指数显著高于非种植区土壤。五组样本的优势类群差异不大,总体相对丰度较高的有变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)等,药用植物根际中的放线菌相对丰度高于非种植区。属水平上四种药用植物根际细菌和非种植区的群落结构有较大差异,四种中药材的根际土壤中各自富集了特异性的有益细菌属。药用植物根际土壤中的NMD1、Dongia、Gaiella、Streptomyces等相对丰度高于非种植区,而非种植区土壤中Lysoba...     

施用生物质炭和羊粪对宿根连作茶园根际土壤微生物的影响

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm^-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明:施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的p H和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9%和47.5%,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.     

Exploration of hitherto-uncultured bacteria from the rhizosphere

The rhizosphere environment selects a particular microbial community that arises from the one present in bulk soil due to the release of particular compounds in exudates and different opportunities for microbial colonization. During plant–microorganism coevolution, microbial functions supporting plant health and productivity have developed, of which most are described in cultured plant-associated bacteria. This review discusses the state of the art concerning the ecology of the hitherto-uncultured bacteria of the rhizosphere environment, focusing on Acidobacteria, Verrucomicrobia and Planctomycetes . Furthermore, a strategy is proposed to recover bacterial isolates from these taxa from the rhizosphere environment.     

荒漠孑遗植物四合木对土壤古菌群落的影响

土壤是植物定居的场所,也是植物-微生物互作的重要界面。古菌是土壤微生物重要组份,在碳、氮、硫、铁等元素的生物地球化学循环和植物的生长发育、适应生境中发挥重要作用。植物定居对土壤古菌群落的影响研究鲜有开展,孑遗植物在研究植物-微生物-环境互作中具有独特的优势。采用扩增子高通量测序技术,研究以荒漠孑遗植物四合木为建群种或优势种的四合木-红砂-珍珠-针茅群落、四合木-针茅群落和四合木群落等三种荒漠植物群落类型中,四合木根区土壤和光板地土体土壤古菌群落特征,揭示四合木定居对土壤古菌物种数量、多样性、群落组成及功能的影响。结果表明,荒漠孑遗植物四合木定居不仅增加了根区土壤古菌的物种数量,提高了根区土壤古菌群落多样性,而且改变了土壤古菌群落组成,减少了奇古菌门Nitrososphaeraceae科未分类的属氨氧化古菌（unclassified_f_Nitrososphaeraceae）和暂定Nitrososphaera属氨氧化古菌（Candidatus Nitrososphaera）相对丰度,增加了Nitrososphaeraceae科暂定Nitrocosmicus属氨氧化古菌（Candidatus Nitrocosmicus）和广古菌门海洋古菌类群Ⅱ中未分类的属（norank_o_Marine_Group_II）相对丰度,广古菌门热原体纲未分类的属（unclassified_c__Thermoplasmata）相对丰度变化显著。植物群落演替对四合木根区土壤和光板地土体土壤古菌群落均无显著影响。Nitrososphaeraceae科氨氧化古菌是三种不同荒漠植物群落类型中土壤古菌的核心微生物组。四合木定居也显著改变土壤古菌群落的功能,减弱了高丰度功能,增强了低丰度功能,对有氧呼吸、核苷酸合成、氨基酸合成等途径影响显著。荒漠孑遗植物四合木定居改变了土壤古菌群落物种数量、多样性、组成、功能等特征。     

Plants‐associated microflora and the remediation of oil‐contaminated soil

The use of plants and their rhizospheric microorganisms is a promising emerging technology for remediating contaminated soils. The degradation of total petroleum hydrocarbon (TPH) in the rhizospheric and nonrhizospheric soil of three domestic plants, namely, alfalfa (Medicaga sativa) broad beans (Vicia faba) and ryegrass (Lolium perenne) was investigated. The experimental data from the studies of plantmicrobe‐soil interactions implicated the enhancement of TPH degradation by the rhizospheric microbial community. Although the three domestic plants exhibited normal growth in the presence of ～1.0% TPH, the degradation was more profound in the case of leguminous plants. The TPH degradation in the soil cultivated with broad beans and alfalfa was 36.6 and 35.8%, respectively, compared with 24% degradation in case of ryegrass. Such a high correlation between plant type and TPH degradation rates indicate that selection for enhanced rhizosphere degradation may be accomplished by selecting leguminous plants.     

内蒙草原不同植物功能群及物种对土壤微生物组成的影响

为了分析不同植物群落组成对内蒙古典型草原土壤微生物群落组成的影响,本研究利用植物功能群剔除处理实验平台,采用荧光定量PCR(real-timePCR)和自动核糖体间隔区基因分析(automated ribosomal intergenic spacer analysis,ARISA)技术,对不同植物功能群组成的非根际土壤和常见物种的根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构进行了分析。结果表明,在非根际土壤中,不同植物功能群组成对细菌数量有显著影响,而对真菌数量及细菌和真菌的群落结构影响不明显;在根际土壤中,不同植物物种对细菌、真菌的数量都有显著影响。此外,聚类分析表明,不同物种的根际土中细菌和真菌的群落结构也有所不同,尤其以细菌的群落结构变化较为明显。研究结果表明不同植物物种可以通过根系影响土壤微生物群落组成。     

辣椒青枯病罹病与健康植株根际土壤微生物群落多样性研究

系统研究和分析辣椒青枯病常发地发病与健康植株土壤微生物群落结构特征,为辣椒青枯病的绿色防治提供理论依据.基于16SrDNA基因高通量测序技术,对辣椒青枯病发病和健康植株根际土壤微生物群落结构和组成进行分析,同时采用biologyeco平板培养技术研究其土壤微生物群落代谢多样性和功能多样性的特征.结果表明,辣椒青枯病发病和健康植株根际土壤微生物群落组成之间存在显著差异,辣椒青枯病发病土壤的OTU为4566个,辣椒青枯病健康土壤的OTU为4167个.依据OTU所属细菌物种信息对土壤细菌群落结构进行分析,变形菌门在发病和健康土壤中均为优势细菌类群,其次为放线菌门类群.其中健康植株根际土壤中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)的相对丰度比发病植株的分别高出了4.37,3.87倍,而发病植株根际土壤中厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度比健康植株的高出了3.87倍.辣椒青枯病发病土壤和健康土壤的土壤微生物代谢多样性也存在显著差异,同时,健康土壤中其微生物群落代谢得到显著增强,特别是对酚类化合物的利用显著增多,对辣椒抗病性存在显著的影响.研究表明,辣椒青枯病发病和健康植株根际土壤微生物群落组成和结构之间存在显著差异,并且健康土壤的微生物群落对酚类化合物的利用显著增强.     

Research Advances in the Main Ecological Functions of Root Exudates

根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。