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.     

入侵植物对根际土壤微生物群落影响的研究进展

入侵植物根际土壤微生物是地下生态系统的重要组成部分。外来植物入侵到新的栖息地后能够促进其根际土壤微生物群落结构的演替、改变土壤理化性质, 强化微生物群落功能的发挥, 进而创造更适合外来植物生长的土壤微环境, 促进外来种的入侵进程。从外来入侵植物根际土壤微生物的研究方法、外来入侵植物对根际土壤微生物群落影响以及从地下生态学对外来植物入侵的影响等方面进行了综述。土壤微生物研究方法主要包括微生物计数法、微生物生理生化指标方法及分子技术 3 类; 入侵植物对根际土壤微生物的影响主要体现在对其生物量、多样性以及功能微生物菌群等方面。在今后的研究中, 应当注重对同一区域外来入侵植物和近缘本土种、及其伴生种的根际土壤微生物进行比较研究; 加强入侵植物根际微生物功能机理、环境因子与微生物间关联性的研究; 同时在研究方法上应注重传统方法与生物标记法及其与分子技术的结合。     

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。     

基于分子生物学和基因组学的植物根际微生物研究

根际微生物是指在植物根系直接影响的土壤范围内生长繁殖的微生物。根际微生物研究对微生物生态学和工业生物技术开发均十分重要, 妨碍其研究进展的主要原因是99%的根际微生物物种在实验室中无法成功培养。近年来, 将基于分子生物学和基因组学的非培养研究技术应用于根际微生物多样性研究取得了很大进展, 本文结合作者对红豆杉根际的研究, 评述近期相关新技术的应用和其未来应用前景。     

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。     

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。     

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。     

根际土壤动物及其对植物生长的影响

土壤动物是根际土壤生物的重要组成部分,对于营养物质的转化、储存和释放,土壤微生物的调节及土壤理化性质的改变都发挥着积极作用,最终影响地上植物生长及其生产力。本文综述了土壤动物在根际土壤生态系统中的作用、根际土壤动物与土壤微生物之间的关系、根际土壤动物对植物生长的影响等。就目前根际土壤动物及其对植物生长的影响研究中亟待解决的一些问题进行了探讨,并提出今后应加强研究的方向。     

根际微生物调控植物根系构型研究进展

根系构型是最重要的植物形态特征之一,具有可塑性,既由遗传因素控制,又受到许多环境因子的调控。近年的大量研究表明,根际微生物能够调控植物的根系构型,进而影响植物的一系列生理与生态过程。综述丛枝菌根真菌(AMF)、根瘤菌、植物根际促生菌(PGPR)等重要根际微生物类群对植物根系构型的调控模式以及相应的调控机理,并对进一步的研究进行了展望,旨在为今后的相关研究和实际应用提供参考。     

植物根际促生细菌定殖研究进展

植物促生菌(plant grwth-promoting bacterium,PGPB)因可有效抑制根际病原菌,促进植物生长,增加作物产量等作用,在农业生产领域展现出巨大前景。以了解植物根际促生细菌的种类,理解定殖相关的促生机制为目的,展示了根际细菌的定殖过程及影响细菌在根部定殖的因素,通过抗生素标记、免疫学方法、外源基因标记等方法进行定殖微生物的检测,以高通量测序技术在根际定殖中的广泛应用为结果,得出结论应从遗传水平上对菌株进行解读,获得植物根际土壤微生物群落多样性,功能基因等研究,这项工作对预测根际促生细菌与植物的交互作用,生物菌剂的田间应用有重要意义,应是植物根际促生细菌今后的研究方向。     

环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

根系分泌物介导的根际效应及在水体生态修复中的应用潜力

文章主要以根系分泌物为核心, 综述了根系分泌物的分类、发生机理及影响因素; 围绕着植物-土壤-微生物三者的关系, 阐述了根系分泌物介导的植物与植物之间的化感作用、植物与根际微生物之间的协同作用以及植物微生物相互作用对土壤物质循环的影响。水生植物以其生境的特殊性和功能的不可替代性, 对沉积物污染物去除和水体生态修复产生显著的影响。在水体生态问题较为严峻的今天, 充分认识水生植物根系分泌物介导的根际过程将为水生植物生态学和水体生态修复领域的发展提供基础, 并为学科应用潜力的开发提供依据。     

重金属不同积累型植物品种的根际生态效应分析

植物对重金属的吸收积累与其根际环境密切相关, 因此对于根际生态效应的研究有助于理解不同品种积累重金属差异的机理。从根系形态、根际土壤化学特性、根系分泌物及微生物特性等方面对根际生态效应和植物积累重金属的关系进行了综述, 旨在从根际方面诠释植物积累重金属差异的机理, 并为重金属积累典型品种的选育提供理论基础。     

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。     

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。     

植物根系分泌物在污染及沙化土壤修复中的应用现状与前景

近年来重金属污染等生态环境问题日益受到重视,而物理、化学修复方法存在的诸如成本高、二次污染等问题,使得利用植物、微生物等进行联合治理成为环境修复的重要手段。植物根系分泌物作为植物与土壤进行营养和信息交流的重要媒介,不但对植物的生长具有重要作用,其在污染及沙化土壤修复中作用的研究也得以广泛开展。本文对根系分泌物的组成、分泌机制进行了阐述,并对其在植物吸收重金属、化感作用、植物根系与根际微生物互作、改变土壤理化性质等过程中的作用及机理进行了总结。此外,本文还对利用根系分泌物和根际微生物在生态环境治理中的应用现状、面临的难题及未来的发展等进行了讨论。希望本文可为基于植物与微生物进行的环境修复技术的实际应用提供理论支撑。     

植物-微生物联合修复化学农药污染土壤的研究进展

化学农药的高毒性、生物积累性和扩散性极易对环境及人类健康造成危害,环境中化学农药的去除尤为重要。植物-微生物联合修复技术因其高效、环境友好和修复成本低等优点受到越来越多的关注,植物-微生物联合修复化学农药污染土壤是一种很有前景的方法。植物为根际和内生细菌提供养分,而细菌通过化学农药的降解和解毒来支持植物生长。本文综述了影响化学农药在植物体内吸收和转运的因素以及植物-微生物修复技术的原理,并讨论了植物与微生物在化学农药污染土壤修复中的协同效应,并对植物-微生物联合修复法在化学农药污染土壤修复中的应用前景进行了展望。     

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。