利用合成菌群促进作物健康：进展与展望

作物健康直接影响作物产量及粮食安全。目前农业生产主要依赖化肥和农药等农用化学品提升作物健康水平,但长期过度使用会破坏农田生态环境,增加农产品安全风险,亟需创制高效且环境友好的绿色投入品。作为植物的第二基因组,根际微生物组与作物健康密切相关,明确核心功能微生物、微生物-微生物以及植物-微生物的相互关系是深入挖掘有益微生物潜力、保证和维持作物健康的核心内容。然而,由于自然环境的异质性和复杂性,激发土著微生物发挥功能仍存在一定限制。合成菌群是人为地将两种或多种具有不同分类和遗传特征及功能特性的微生物进行组合,因菌群兼具多样性及稳定性的优势,已被广泛地应用于人体健康、环境治理和工业生产等领域,在促进作物健康方面也具备巨大潜力。本文阐释了合成菌群的概念及研究现状,解析了菌群构建原则及方法,并从植物-微生物互作机制、促进植物生长发育和提高抗胁迫能力等方面总结了合成菌群促进作物健康的研究进展,并对未来研究进行展望,以期为利用合成菌群提升作物健康水平提供指导。     

植物种子内生细菌组的研究进展

种子是种子植物的繁殖器官,也是多种有益微生物和病原菌的传递载体。种子微生物与植物的生长发育、健康程度、品质及产量等密切相关。随着微生物生态学和微生物组学技术的发展,国内外有关植物微生物组的研究突飞猛进,尤其植物微生态相关的根际微生物组和叶际微生物组的研究已经成为焦点和热点。相比之下,对植物种子内生微生物组的研究还尚未引起足够的重视。细菌是种子内生微生物的主要类群,本文将重点从种子内生细菌的类群组成、生物学功能、传播途径和核心微生物组四个方面对近年来的研究进展进行概括总结,剖析当前种子内生微生物组研究领域亟待解决的问题以及未来的研究方向与思路。     

土壤溶磷微生物溶磷、解磷机制研究进展

土壤磷素存量大,但其中约95%不能被植物直接吸收利用,土壤中磷素供给不足常常是制约作物生长发育的重要原因之一。活化土壤中的难溶性磷、增强土壤有效磷的供给能力,一直是人们关注的重要问题,并对农业可持续性发展具有重要意义。土壤溶磷微生物(phosphate solubilizing microorganisms, PSMs)是土壤磷循环中的重要一员,能够通过酸解作用、酶解作用等将无效磷转化为有效磷供植物吸收,从而促进植物生长发育。通过PSMs改善土壤磷素营养是一项有利于资源节约、环境友好的重要农业措施,其应用前景十分广阔。因此,深入了解PSMs溶磷、解磷机制对于提高土壤磷素利用效率和提高作物产量具有十分重要的作用。本文对土壤溶磷微生物的种类、无机矿物磷溶解途径以及溶磷微生物依靠酶解作用对有机磷的矿化等方面进行了综述,并对该领域的研究发展方向进行了展望。     

包衣、埋藏的栓皮栎和枹栎种子在鼠类捕食下的存留

鼠类对壳斗科植物种子的捕食作用十分强烈,从而影响此类植物的更新.栓皮栎和枹栎是中国西南地区常绿阔叶林主要树种,不仅有重要的经济价值,而且还可用于植树造林.对栓皮栎和枹栎种子分别进行包衣地表、无包衣地表、包衣埋藏和无包衣埋藏等4种处理,并跟踪各种处理种子被鼠类捕食的情况.结果表明:各处理之间种子的中位存留时间显著不同,包衣埋藏后的种子存留时间显著长于未包衣且放置于地表的种子,埋藏显著地降低了鼠类对这2种种子的捕食;埋藏及包衣处理能够很好地保护栓皮栎和枹栎种子免于鼠类的捕食,有利于种子存留并萌发建成幼苗.该方法可用于人工播种造林以提高造林成活率.     

“根际微生物”专刊征稿函

自1904年德国科学家Lorenz Hiltner提出根际概念以来,其研究内容不断得以丰富和发展。根际是植物吸收的关键门户,是实现农业绿色发展的关键调控区域。根际微生物对植物的生长和健康发挥重要作用,被看作是植物的第二基因组,类似于肠道微生物对人体的功能。根际微生物中的益生菌具有活化根区养分、促进植物生长、增强植物抗逆、抑制土传病害等功能,是微生物肥料和微生物农药的主要菌种来源。随着国内外微生物组研究的开展,根际微生物组的整体功能更受关注,充分挖掘根际微生物组的功能促进作物增产是农业微生物的主要研究前沿之一。     

种子微生物生态学研究进展

植物种子微生物生态学是研究与种子相联合的微生物的组成﹑功能﹑演替、它们之间关系及其与宿主之间相互关系的科学。种子中蕴含着丰富的微生物资源,它们对种子以及植物的健康具有重要的影响。不同种类植物种子联合的微生物群落由于受到种子本身及外界环境因素的影响而有所差异。论述了种子微生物生态学的概念、主要研究方法、种子微生物生态系统中的微生物种类、相关影响因素,以及种子微生物生态学研究的发展方向。种子微生物生态学的研究对生产实践有重要意义,同时也将丰富种子生物学的内容,对种子科学的发展起到促进作用。     

刍议微生物农药在植物保护中的作用与展望

随着社会经济的不断发展,人口也在不断的增加,那么在一定程度上降低了耕地的面积,这就导致粮食供应的情况日益严峻。那么想要提高粮食的产量,除了种植高产量的农作物之外,还需要借助农药来保障农作物的的产量。微生物农药在对于植物进行保护的同时,还能够最大限度的减少农药对环境的污染,并且微生物农药具有促进粮食增产,保障农民增收,最终保证国民经济稳定发展的作用。但是微生物农药毕竟是对生物和环境有毒的一种化学物质,在放置植物病虫的同时也对生态环境造成了影响。所以加大对微生物农药的研究成为目前的关键问题所在。本文阐述了微生物农药在农业发展中的作用和所处的地位,并且分析了微生物农药在植物保护中的重要作用,并对微生物农药的未来进行了展望。     

植物根际促生菌（PGPR）的研究与应用前景

植物土传病害难以防治,植物根际促生菌(plant growth—promoting rhizobacteria,PGPR)的深入研究和发展为解决这一难题展现了诱人的前景．PGPR能够高密度地在植物根际定殖,兼有抑制植物病原菌、根际有害微生物,以及促进植物生长并增加作物产量的作用,更重要的是有些PGPR能够诱导植物产生系统抗性(induced systemic resistance,ISR),从而提高植物整体的抗病能力．近20年来,国外这一领域的研究十分活跃,已有很多成功应用的PGPR产品,国内应大力加强基础与应用的研究,并推进其产业化的发展．     

根际微生物群落功能与调控的研究进展

根际微生物群落是随植物长期进化及地球生境变迁而形成的动态微生物系统。随着多组学技术的不断发展，人们对根际微生物群落结构与功能的研究日益深入。根际微生物群落中的功能微生物类群，如植物促生细菌、植物促生真菌等，通过与植物建立紧密的物质、能量与信息联系，参与植物激素合成、难溶营养物解离、生物固氮、微生物拮抗、生长因子供应等系列生物学过程，从而提高植物营养物质吸收与抗逆能力，为植物的健康和高效生长提供重要保障。这些微生物中的某些成员已被开发成微生物刺激剂，广泛应用于作物增产抗逆与农田地力提升。近年来，多学科的交叉融合为根际微生物群落结构-功能-调控策略的交互式研究提供新的机遇，推动了基于合成生物学与材料科学技术的合成微生物组的发展。尤其是在核心微生物互作方面，人工蛋白创制、磁性组装、生物炭强化等策略能够增强核心微生物与目标植物之间的物理连接作用，大幅提高合成微生物组的工作效率和稳定性，从而有效驱动作物增产增收，提高污染修复效率。因此，根际微生物群落结构、功能与调控的深入研究，必将为绿色农业发展提供不竭动力。     

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。     

Seed coating with beneficial microorganisms for precision agriculture

Seed coating is a technique of covering seeds with adhesive agents to improve seed performance and plant establishment while reducing production cost. To meet the needs of development of precision agriculture, seed coating has been widely used in agriculture as an effective means to alleviate biotic and abiotic stresses, thus enhancing crop growth, yield, and health. Plant growth promoting microorganisms (PGPM) are recognized as essential contributors to improving agricultural productivity via direct application to the rhizosphere and plant tissues, or seed inoculation. However, during conventional inoculation processes, several factors such as insufficient microbial survival, hindrance in the application of biocontrol inocula to the seeds and exposure to unsuitable temperature and light in subsequent seed storage, force us to explore efficient and reliable microbial application tools. Recently, biological seed coating with PGPM is proposed as an alternative to conventional seed treatment (such as fertilizer and protection products) due to its ecological safety and socio-economic aspects. In this review, microbial seed coating technology and its contribution to sustainable precision agriculture are well discussed and highlighted in the extensive table and elaborate schematic drawings.     

Seed enhancement: getting seeds restoration‐ready

Seed enhancement technologies such as seed priming and seed coating, developed by the agricultural seed industry, are standard procedures for the majority of crop and horticultural seeds. However, such technologies are only just being evaluated for native plant seeds despite the potential benefits of such treatments for improving restoration effectiveness. Key approaches applicable to native seed include: (1) seed priming, where seeds are hydrated under controlled conditions, and (2) seed coating, in which external materials and compounds are applied onto seeds through a diversity of treatments. These technologies are commonly employed to accelerate and synchronize germination and to improve seed vigor, seedling emergence, establishment, and to facilitate mechanized seed delivery to site, through standardizing seed size and shape. Seed enhancement technologies have now been tested on native seeds to overcome logistical and ecological barriers in restoration. However, further research is needed to extend the application of seed enhancements to a broader array of species, ecosystems, and regions as well as to evaluate new and innovative approaches such as the incorporation of beneficial soil microorganisms and plant growth regulators in the coatings. As techniques in native seed enhancement develop, these approaches need to be capable of being scaled‐up to provide the tonnages of seed required for global restoration.     

赤霉素调控玉米种子活力的研究进展

玉米是我国总产与平均单产最高的主要农作物,对于保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。种子活力是衡量种子质量和应用价值的关键指标,高活力种子是确保作物高产、稳产的基础。赤霉素是重要的植物生长调节物质,具有解除种子休眠、促进萌发的作用,外源赤霉素的喷施已被广泛应用于农业生产以提高作物产量。目前赤霉素对玉米种子活力的影响研究多侧重于施加外源GA影响种子活力的相关生理指标上,而赤霉素调控玉米种子活力的作用机理尚需深入研究。本文综述了赤霉素的生物合成、信号转导、作用机制以及对玉米和其他作物种子活力影响的研究进展,旨为深入探究GA对于玉米种子活力的调控机制乃至玉米育种实践中高活力玉米新种质的创制提供参考。     

Spicing up restoration: can chili peppers improve restoration seeding by reducing seed predation?

Seed predation by rodents presents a significant barrier to native plant recruitment and can impede restoration seeding efforts. In nature, some plants contain secondary defense compounds that deter seed predators. If these natural defense compounds can be applied to unprotected seeds to inhibit rodent granivores, this approach could improve restoration seeding. Capsaicin is the active ingredient in chili pepper (Capsicum spp.) seeds that creates the burning sensation associated with human consumption of hot peppers. This compound has a similar effect on other mammals and is believed to have evolved as a deterrent to rodent seed predators. We used seed‐coating techniques to attach powder ground from Bhut Jolokia (Capsicum chinense) peppers to native plant seeds and evaluated the efficacy of these seed coatings for deterring rodent seed predation and enhancing native plant recruitment using laboratory and field experiments. Laboratory feeding trials demonstrated that native deer mice (Peromyscus maniculatus) consumed far fewer pepper‐coated seeds compared to untreated control seeds. Field seed‐addition experiments consistently demonstrated that rodent seed predation reduced native plant recruitment over the 4‐year study. Coating techniques used in the first 3 years were not persistent enough to reduce rodent seed predation effects on plant recruitment. However, a more persistent coating applied in conjunction with late‐winter sowing negated rodent seed predation effects on recruitment in year 4. Our results demonstrate that coating seeds with natural plant defense compounds may provide an effective, economical way to improve the efficacy of plant restoration by deterring seed predation by ubiquitous rodent granivores.     

微藻源生物刺激剂的制备及在设施农业中的应用

化肥和农药的过量使用导致的农业面源污染已经成为我国环境污染的重要组成部分,对农业绿色高效安全生产及设施农业带来了巨大挑战。寻找新型的传统化肥替代品、提高化肥使用效率及保护生态环境是亟待解决的重大问题。生物刺激剂是具有调控植物生长作用的成分和(或)微生物的统称,用于农业生产,可改善土壤理化性质与群落微生物,能促进作物的代谢与生长,增强对营养物质的吸收和利用,提升作物抗逆能力及提高作物产量与产品品质。微藻体内具有结构新颖、功能独特的天然活性物质,是制备新型生物刺激剂的理想来源。微藻用于环境治理的同时,可获得足量的微藻生物质来制备生物刺激剂,从而达到治理环境、降低成本及提质增效的目的。就微藻源生物刺激剂的定义及功能、微藻全细胞和天然活性物质生物刺激剂的制备、应用效果及对植物和土壤的作用原理进行综述,以期为微藻源强效生物刺激剂的规模化制备及农业生产应用奠定理论基础和提供生产实践指导。     

黄芪种衣剂对黄芪品质的影响

通过以不同用量（种子干重的2%,4%,6%和8%）的黄芪种衣剂包衣种子为处理组,以ND牌种衣剂（种子干重的8%）包衣和空白种子为双对照组,比较研究在不同种子处理条件下,膜荚黄芪植物中黄芪甲苷含量、总黄酮含量及农药残留量发生变化情况。研究结果表明,黄芪种衣剂包衣处理后,明显增加了黄芪中有效成分黄芪甲苷、总黄酮的含量,且包衣所产生的农药残留可随植物生长完全降解掉,研究结果表明黄芪种衣剂的使用可以提高中药材黄芪的品质。     

两株链霉菌对玉米的促生增产作用及机理

为探索娄彻氏链霉菌(D74)和密旋链霉菌(Act12)及其混合菌剂对玉米生长的影响,采用皿内发芽试验、沙培试验及小区试验观察供试链霉菌无细胞发酵滤液及活菌制剂种子包衣对玉米生物学性状、叶片诱导酶活性、光合作用、穗性状、产量及品质的影响.结果表明: 供试链霉菌无细胞发酵滤液处理玉米种子可促进玉米胚根、胚轴及幼苗生长,提高玉米幼苗叶片诱导酶活性.D74发酵液稀释1000倍处理可使玉米胚根长度、胚轴长度及须根数较对照分别增加43.4%、26.4%和100.7%(P＜0.05);D74原液可使玉米叶片多酚氧化酶(PPO)活性较对照增加40.2%.Act12发酵液稀释100倍处理可使玉米胚根长度、胚轴长度和须根数较对照分别增加36.3%、36.3%和117.5%(P＜0.05),玉米幼苗总鲜质量、根系鲜质量分别较对照增加31.1%、36.6%(P＜0.05);Act12稀释10及1000倍处理玉米种子可使玉米叶片PPO活性分别较对照增加38.1%和39.5%(P＜0.05).混合菌剂种子包衣具有以下作用:1)促进玉米根系发育;2)显著增强叶片光合能力;3)显著改善穗性状并提高籽粒产量;4)显著促进籽粒灌浆速度;5)明显提高灌浆期玉米叶片诱导酶活性.表明供试链霉菌制剂包衣玉米种子可显著影响玉米的生物学特性、光合生理及生化代谢,刺激根系发育,促进玉米生长,提高产量.