微生物组学对植物病害微生物防治研究的启示

植物病害的微生物防治研究主要集中在植物、病原菌和生防菌三者的互作关系上,相对忽视了植物微生物组/群的作用。越来越多的研究表明,植物内生微生物、根围土壤微生物和叶围微生物均不同程度地参与了植物防病的机制。为了更好地了解相关进展,本文选择部分代表性研究,详述了植物微生物组/群的构成,并结合案例介绍了植物微生物组/群对寄主植物的防/致病作用、对植物病原菌致病性的影响,以及施用生防菌对植物微生物组/群的影响。微生物组学的发展为生防机制领域提出了新的研究思路,有利于发现更加科学的防治手段。     

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。     

养分管理对农田土壤微生物量的影响

土壤微生物与土壤质量、健康、植物的生产力和农业的可持续发展密切相关。任何对土壤中微生物的扰动都可能影响土壤的长期生产力,并可能产生严重后果。大量研究结果表明,肥料类型、施肥处理年限长短、施肥水平高低及施肥措施都会造成土壤成分的变化,进而影响土壤中微生物的生长以及繁殖。简要介绍了微生物量的几种测定方法,综述了各种养分管理措施对农田生态系统中土壤微生物量的影响,从而了解土壤微生物因人类对土壤的利用而发生的变化,以期为农业的可持续发展和生态环境的保护提供理论依据。     

土壤微生物在植物获得养分中的作用

大量施用化肥是当今农业的一个重要特征。化肥为粮食增产做出了巨大贡献,同时也带来一系列问题,如土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放、资源耗竭等,直接威胁着农业可持续发展。土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者,直接参与了植物获得养分和土壤养分循环两个过程。因此,通过调控土壤微生物的功能,有望降低农业对化肥的过分依赖。介绍了共生固氮菌、菌根真菌和根际促生菌对植物获得养分能力的影响及其机制,分析了土壤微生物对土壤氮、磷循环的影响及其与土壤养分生物有效性、养分损失的关系。依据这些知识,提出了改善植物营养、降低化肥施用的土壤微生物途径。虽然大量试验已证明了土壤微生物在改善植物营养中的重要作用,但是大面积应用土壤微生物技术来改善植物营养还存在不少问题。随着以后对这方面研究的加强以及上述问题的不断解决,土壤微生物有望在降低化肥施用量和维持农业可持续发展中做出重要贡献。     

植物、土壤及土壤管理对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,对土壤微生物群落结构多样性的研究是近年来土壤生态学研究的热点。本文综述了有关植物、土壤类型以及土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响的最新研究结果,指出植物的作用因植物群落结构多样性、植物种类、同种植物不同的基因型,甚至同一植物不同根的区域而异;而土壤的作用与土壤质地和有机质含量等因素有关;植物和土壤类型在对土壤微生物群落结构影响上的作用存在互作关系。不同的土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响较大,长期连作、大量的外援化学物质的应用降低了土壤微生物的多样性;而施用有机肥、免耕可以增加土壤微生物群落结构多样性,有利于维持土壤生态系统的功能。     

植物对土壤微生物多样性的影响研究进展

土壤微生物作为土壤中较为主要的组成部分,在一定程度上反映了微生物构成的要素,同时对植物正常的生长以及发育具有重要的作用。植物与土壤微生物之间存在着多种多样的联系,植物类型、植物多样性、植物的基因组成、植物根系的发展以及植物不同的生长状况都对土壤微生物有着重要影响。本文从土壤微生物多样性出发,针对植物对土壤微生物多样性的影响进行了研究,希望进一步促进土壤微生物的发展以及生态系统的稳定。     

微生物多样性降低对土壤多功能性的影响

微生物多样性是保证土壤多功能性的重要因素，其在分解土壤有机质、促进地球化学循环和植物生长，以及抑制土壤传播病害等方面发挥着至关重要的作用。随着农业生产模式的改变和全球气候的变化，加之工业生产的废水废料不断进入土壤中，导致土壤微生物的多样性明显减少，给生态系统功能带来了严重的不利影响。基于此，文章通过收集整理相关研究成果和文献资料，围绕微生物多样性降低对土壤多功能性的影响进行综述。     

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。     

荧假单胞杆菌化感作用的初步研究

1　引　　言化感作用 (Allelopathy)是指一种植物或微生物通过产生化学物质而对其它生物产生的直接或间接的刺激或抑制作用[7] .虽然有关高等植物之间化感作用的研究已有大量报道 ,但微生物对高等植物的化感作用研究报道却较少 ,尤其是细菌在生态系统中的化感作用往往被忽视[1] .荧光假单胞杆菌 (P .fluorescens)是定殖于植物根际的优势细菌种群 ,此类细菌以其分布广、适应能力强、繁殖速度快、易于人工培养等特点 ,成为最具生防潜力和应用价值的生防菌[5] .对陕西农田土壤有益微生物的筛选研究中发现 ,一株荧光假单胞杆菌培养液对番茄灰霉…     

土壤微生物削弱了水生-陆地系统补贴对植物生长的正向影响

土壤微生物削弱了水生-陆地系统补贴对植物生长的正向影响 水生-陆地系统补贴形成的联结作用在构建群落和调节生态系统功能方面发挥重要作用。在营养贫瘠的生态系统中(例如密歇根湖周围的淡水沙丘),水生-陆生系统补贴显得尤为重要。春季成年蠓在密歇根湖涌出,成群交配,然后死亡。蠓尸体在植物的基部形成土丘状,通过输入营养提高植物的生产力。然而,水生-陆地系统补贴对植物生产力的影响可能取决于其他生物的交互作用,特别是土壤微生物可能通过促进养分转化为植物可利用的形式或与植物竞争养分而发挥关键作用。在温室实验中,我们检验了湖生蠓(Chironomidae)的尸体和土壤微生物如何独立和相互影响一种常见沙丘草(沙拂子茅,Calamovilfa longifolia)的生长表现。为确定蠓是否影响土壤非生物特性,我们检验了添加蠓如何影响土壤养分和土壤湿度。研究结果显示,蠓极大地增加了植物生物量,但其效应的大小受土壤微生物的影响。在没有土壤微生物的情况下,添加蠓的植物生物量比没有添加的高7倍,而在有土壤微生物的情况下,植物生物量提高了3倍。蠓对植物生长的促进作用可能由于它们向土壤中输入养分所导致,因为与沙丘土壤相比,蠓的氮、磷、钾含量分别高100倍、10倍和150倍。我们的研究结果表明,土壤微生物可能与植物竞争这些养分。总之,我们发现蠓是重要的水生-陆地系统补贴,对密歇根湖沿岸植物生产力产生强烈和正向的影响,但水生-陆地系统补贴作用必须在生态群落内发生的复杂相互作用的背景下考虑。     

生态系统转换对土壤中碳水化合物的影响

采集贵州省茂兰喀斯特原始红楼梦 林中森林土壤和相邻农田土壤,系统分析其中碳水化合物总量和各单糖的含量。并以此来查明由森林生态系统向农业生态系统转换的过程对土壤碳水化合物的影响,结果表明：相对于森林土壤,农业土壤中碳水化合物总量明显降低。在农田土壤中六糖/五糖比值有升高的趋势,其中以M/X比值最为明显,这说明,在该转换过程中植物来源的单糖组分有所降低,微生物来源的则相对增加。     

土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响

陆地生态系统是重要的碳库之一,在碳素生物地球化学循环中起着重要作用．本文就森林、农田生态系统,综述了土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响及其可能的作用机制．土地利用变化显著地影响陆地生态系统的结构和功能,造成系统碳贮量的变化,这很大程度取决于生态系统类型和土地利用方式的改变．森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低．土壤碳含量的降低主要是由于凋落物输入的减少,有机质分解速度的提高,以及耕种措施对有机质物理保护的破坏造成的．土壤碳损失主要发生在森林砍伐后较短的时期内,而其降低速率取决于诸多因素以及土壤理化和生物过程．农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用．能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集．森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性。导致土壤碳汇集速率差异极大．保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平．     

几种蔬菜及其土壤吸收灌溉污水污染物的研究

对广州市西北郊几种常见蔬菜以及它们生长的土壤条件、灌溉的水质状况进行实验分析,主要测定影响人类健康以及对土壤生态系统和农作物生长发育具有积累、破坏作用的重金属元素汞(Hg)、砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锰(Mn)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)、硒(Se)、锡(Sn)及有机污染物多氯联苯和苯酚。结果表明,该区域农业用水已经受到不同程度的污染;长期使用受污染的水进行灌溉的菜地,其土壤和植物体所含的有毒物质较多,部分物质含量已经明显超标,土壤达到了严重污染的程度,农业生态环境和农田生态系统处于较差状态,农产品可能给人们健康带来潜在的威胁。在关于土壤污染与蔬菜关系方面首次报道了苦瓜种子与污染物的关系,芥菜、豆角与污染物锡等的关系也是首次报道。研究还表明,种子富集有毒物质的强度明显大于其它部位,其次是根大于茎和叶。     

Mycorrhizosphere interactions to improve plant fitness and soil quality

Arbuscular mycorrhizal fungi are key components of soil microbiota and obviously interact with other microorganisms in the rhizosphere, i.e. the zone of influence of plant roots on microbial populations and other soil constituents. Mycorrhiza formation changes several aspects of plant physiology and some nutritional and physical properties of the rhizospheric soil. These effects modify the colonization patterns of the root or mycorrhizas (mycorrhizosphere) by soil microorganisms. The rhizosphere of mycorrhizal plants, in practice a mycorrhizosphere, harbors a great array of microbial activities responsible for several key ecosystem processes. This paper summarizes the main conceptual principles and accepted statements on the microbial interactions between mycorrhizal fungi and other members of rhizosphere microbiota and discusses current developments and future trends concerning the following topics: (i) effect of soil microorganisms on mycorrhiza formation; (ii) mycorrhizosphere establishment; (iii) interactions involved in nutrient cycling and plant growth; (iv) interactions involved in the biological control of plant pathogens; and (v) interactions to improve soil quality. The main conclusion is that microbial interactions in the rhizosphere of mycorrhizal plants improve plant fitness and soil quality, critical issues for a sustainable agricultural development and ecosystem functioning. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

传粉蜂在设施农业中的应用及挑战

昆虫为植物传粉是自然生态系统中的重要环节,在农业和自然生态系统的平衡与调控方面发挥着重要作用。以蜜蜂、熊蜂为代表的传粉蜂因其高效传粉及可人工饲养的特点,已成为设施农业中的优势传粉昆虫。本文总结了传粉蜂在设施农业中的应用现状,并从温湿度、农药、重金属等非生物因素和蜂种、病原生物、天敌、蜜源植物等生物因素两大方面讨论了传粉蜂在应用中面临的诸多挑战。此外,本文初步探讨了植物病虫害对传粉昆虫传粉效率的影响,并对传粉蜂未来的研究和应用方向进行了展望,旨在推动实现传粉蜂在农业中的高效授粉功能,为农产品增产增效服务。     

The Phytoremediation Potential of Native Plants on New Zealand Dairy Farms

Ecological restoration of marginal land and riparian zones in agricultural landscapes in New Zealand enhances the provision of above-ground ecosystem services. We investigated whether native endemic plant assemblages have remediation potential, through modifying soil nutrient and trace element mobility. Analysis of native plant foliage in situ indicated that selective uptake of a range of commonly deficient trace elements including Zn, B, Cu, Mn and Co could provide a browse crop to avoid deficiencies of these elements in livestock, although some native plants may enhance the risk of Mo and Cd toxicity. Native plant rhizospheres were found to modify soil physico-chemistry and are likely to influence lateral and vertical fluxes of chemical elements in drainage waters. Native plants on marginal land in agricultural landscapes could add value to dairy production systems whilst helping to resolve topical environmental issues.     

陆地农业生态系统丛枝菌根真菌物种多样性研究进展

丛枝菌根真菌(AMF)是一种古老的、在自然界中普遍存在的土壤微生物,能与大部分陆生植物形成互惠互利的菌根共生体.在这种共生关系中,AMF从植物获取自身生长所需碳源的同时,帮助宿主吸收氮、磷等营养物质.AMF在农业生态系统中具有重要作用,能够促进植物生长、改善作物品质、提高植物抗逆性、稳定土壤结构、维护生态平衡和维持农业可持续发展.本文总结了近几年来陆地农业生态系统AMF的研究进展,着重从我国陆地农业生态系统AMF物种多样性、AMF生物多样性时空分布特征及影响AMF多样性的因素等几个方面,综述了陆地农业生态系统AMF的物种多样性,并对以后的研究进行了展望.     

A microtiter plate procedure for evaluating fungal functional diversity on nitrogen substrates

Ascertaining the effects of anthropogenic disturbance on belowground diversity is of paramount importance because pollution from agricultural practices and industrialization are increasing worldwide. Although we have methods for evaluating soil microbial function with respect to carbon use our ability to evaluate use of other compounds is limited. Because N cycling is of paramount importance in ecosystem stability, evaluation of the ability of saprophytic soil fungi to use a variety of N sources would provide important information on possible alterations in ecosystem stability with disturbance. Herein is described a procedure (soil Nitrolog) for evaluating fungal functional diversity on a suite of 95 different N substrates. The soil Nitrolog procedure was evaluated by testing fungal functional diversity at two sites in Big Bend National Park (Chihuahuan Desert), differing in elevation and plant community composition. The soil Nitrolog procedure distinguished between the two sites based on overall use of the 95 N substrates. In addition the procedure detected differences in individual substrate use based on site specific plant compounds in response to changes in the amount of N entering these ecosystems from anthropogenic inputs.     

Desert farming benefits from microbial potential in arid soils and promotes diversity and plant health

Background

To convert deserts into arable, green landscapes is a global vision, and desert farming is a strong growing area of agriculture world-wide. However, its effect on diversity of soil microbial communities, which are responsible for important ecosystem services like plant health, is still not known.

Methodology/Principal Findings

We studied the impact of long-term agriculture on desert soil in one of the most prominent examples for organic desert farming in Sekem (Egypt). Using a polyphasic methodological approach to analyse microbial communities in soil as well as associated with cultivated plants, drastic effects caused by 30 years of agriculture were detected. Analysing bacterial fingerprints, we found statistically significant differences between agricultural and native desert soil of about 60%. A pyrosequencing-based analysis of the 16S rRNA gene regions showed higher diversity in agricultural than in desert soil (Shannon diversity indices: 11.21/7.90), and displayed structural differences. The proportion of Firmicutes in field soil was significantly higher (37%) than in the desert (11%). Bacillus and Paenibacillus play the key role: they represented 96% of the antagonists towards phytopathogens, and identical 16S rRNA sequences in the amplicon library and for isolates were detected. The proportion of antagonistic strains was doubled in field in comparison to desert soil (21.6%/12.4%); disease-suppressive bacteria were especially enriched in plant roots. On the opposite, several extremophilic bacterial groups, e.g., Acidimicrobium, Rubellimicrobium and Deinococcus-Thermus, disappeared from soil after agricultural use. The N-fixing Herbaspirillum group only occurred in desert soil. Soil bacterial communities were strongly driven by the a-biotic factors water supply and pH.

Conclusions/Significance

After long-term farming, a drastic shift in the bacterial communities in desert soil was observed. Bacterial communities in agricultural soil showed a higher diversity and a better ecosystem function for plant health but a loss of extremophilic bacteria. Interestingly, we detected that indigenous desert microorganisms promoted plant health in desert agro-ecosystems.     

Agroecology: the key role of arbuscular mycorrhizas in ecosystem services

The beneficial effects of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi on plant performance and soil health are essential for the sustainable management of agricultural ecosystems. Nevertheless, since the ‘first green revolution’, less attention has been given to beneficial soil microorganisms in general and to AM fungi in particular. Human society benefits from a multitude of resources and processes from natural and managed ecosystems, to which AM make a crucial contribution. These resources and processes, which are called ecosystem services, include products like food and processes like nutrient transfer. Many people have been under the illusion that these ecosystem services are free, invulnerable and infinitely available; taken for granted as public benefits, they lack a formal market and are traditionally absent from society’s balance sheet. In 1997, a team of researchers from the USA, Argentina and the Netherlands put an average price tag of US $33 trillion a year on these fundamental ecosystem services. The present review highlights the key role that the AM symbiosis can play as an ecosystem service provider to guarantee plant productivity and quality in emerging systems of sustainable agriculture. The appropriate management of ecosystem services rendered by AM will impact on natural resource conservation and utilisation with an obvious net gain for human society.