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。     

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。     

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。     

瓜菜枯萎病及生防根际微生物组研究进展

枯萎病是顽固性土传病害,称为瓜菜中的“癌症”,已成为制约我国瓜菜产业可持续健康发展的瓶颈问题。本文简要介绍瓜菜枯萎病危害,并从细胞壁降解酶、毒素、信号传导和致病基因等方面综述瓜菜枯萎病灾变机制,然后从根际微生物组自身与病原菌、土壤层面和植物层面等重点阐述了根际微生物组防治和抵御瓜菜枯萎病的机理,最后对枯萎病发生和抑制关键因子挖掘、核心微生物组构建及根际微生物组分子机制等进行了展望,期望生防微生物防治病害发生进入一个崭新且高效的阶段,为加快提升作物抗逆性机理研究提供一定思路。     

媒介昆虫—病毒—植物互作加剧生物入侵的过程和生理机制

烟粉虱(Bemisia tabaci)及其传播的双生病毒是全球性重大入侵生物,给农业生产造成了严重损失。媒介昆虫—病毒—植物互作是决定病害流行和昆虫种群动态的重要因子,但其在生物入侵中所起的作用一直未受到关注。入侵烟粉虱与双生病毒通过寄主植物所形成的间接互惠共生关系可能是其广泛入侵并取代土著近缘生物的一个重要生态机制。现已从植物生理变化、昆虫共生细菌生理功能和昆虫生理反应三个方面综合探讨这种互惠共生关系的生理机制及分子机制,以期深入揭示媒介昆虫与病毒互作在生物入侵中的作用,为发展高效的预警和治理技术体系提供理论基础。     

植物根系对根际微环境扰动机制研究进展

根际微环境是构建植物与土壤交流沟通的桥梁,也是植物遭受胁迫时优先作出响应的区域。植物根系作为根际的主要调控者,根构型和根系分泌物种类、数量的改变均可对根际微生物和土壤动物种群分布及其结构造成影响。然而,土壤动物的扰动、微生物的分解作用也可改善根际土壤特性,提高植物抗逆性及养分利用效率,从而促进植物根系生长。可见,植物根系-根际动物-根际微生物之间存在复杂的互作关系。本文从根际内、外微环境出发,分析了根际外植物根系对微环境的物理和化学扰动、根际内植物根系与微生物的互作扰动、根际内植物根系和土壤动物的物理扰动、以植物根系分泌物为介质的化学扰动等方面研究进展,在此基础上,论述了根际微环境主要影响因子之间的互作机制,并对该领域的研究方向进行了展望。     

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。     

媒介昆虫-病毒-植物互作对生物入侵的影响

媒介昆虫-病毒-植物互作关系复杂多样。虽然相关的研究较多, 然而有关三者互作对于生物入侵的影响还知之甚少。已有证据表明, 寄主植物对病毒的敏感性和对媒介昆虫的适合性、媒介昆虫对寄主的适应能力等因素影响三者互作关系。当寄主植物易感病并且对媒介昆虫的适合性低, 而媒介昆虫对寄主植物的适应能力强时, 媒介昆虫与植物病毒之间很可能建立间接互惠关系, 这种互惠可促进媒介昆虫入侵和病毒病流行。此外, 媒介昆虫与植物病毒之间中性或偏害的互作关系对于外来生物入侵的促进作用也不容忽视。鉴于三者互作对于生物入侵的重要性, 今后需要对不同物种所组成的多种组合进行比较研究, 并采用多种方法揭示互作的生理和分子机制。     

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。     

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。     

疏叶骆驼刺与花花柴互作对氮素固定和根际微生物的影响

植物种间的相互关系通过相关微生物直接或间接的影响来实现。豆科与非豆科植物的互作是研究植物种间关系的理想模型,但是对其互作关系中氮素固定和微生态过程尚不明确。以塔南荒漠优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)（豆科）和花花柴(Karelini acaspia(Pall.) Less)（菊科）为研究对象,研究了在不同生境（自然和小区）下两者互作对氮素固定和根际微生物的影响。结果表明,在自然和小区两种生存环境下疏叶骆驼刺与花花柴都有氮素转移特征,并且这种转移特征在自然生境下更为明显。在自然生境中从疏叶骆驼刺转移到花花柴的氮素占花花柴总氮的50%左右,而在小区生境中只占30%左右。互作改变了花花柴各组织的化学计量比,在互作条件下花花柴叶片氮素含量比重增加。此外,疏叶骆驼刺与花花柴的互作降低了前者的根际细菌群落的Shannon index,并且改变了其根际土壤细菌的基因功能。互作对花花柴根际微生物群落没有显著影响,但在互作条件下疏叶骆驼刺根际土壤细菌中参与氮素转运的相关基因丰度显著高于单独种植,其中对细根根际土壤细菌的多样性及其基因丰度影响最大。且互作降低了疏叶骆驼刺细根的氮含量。因此,疏叶骆驼刺细根可能是疏叶骆驼刺和花花柴互作的关键部位。本研究为荒漠植被保护与恢复提供了科学依据。     

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。     

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。     

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。     

植物招募防御微生物与植物保护

植物根部微生物被称为植物的第二基因组,在植物保护中起到重要的作用.植物整合环境和生物互作信号,调控代谢物的合成与分泌,从而影响根部微生物群落结构.当病原微生物或昆虫侵袭植物时,植物能招募有益微生物协助植物防御.本文对病虫害侵袭植物,根对有益微生物的招募机制及招募微生物参与植物防御的机制进行了综述,并展望了未来的研究方向和热点.     

植物健康:农业生产面临的全球挑战

正在自然环境中,植物与微生物及昆虫等其它生物紧密互作。病毒、细菌、真菌等病原微生物以及昆虫危害造成植物病虫害,严重制约农业生产;有益微生物则与植物和谐共存,促进植物生长。例如,水稻作为世界上最重要的粮食作物之一,在其生产过程中可能会遭受各种真菌(如稻瘟菌、纹枯菌、稻曲病菌)、细菌(如白叶枯、细条病菌)、病毒(如条纹叶枯、黑条矮缩)及稻飞虱等昆虫的危害,这些均是造成产量损失的最直接因素。一旦发生病虫害,农民只得喷洒大量农药,而这严重威胁到生态和食品的安全。     

假单胞菌属生防菌株的遗传工程改良*

拮抗细菌的利用是植物病害生物防治的重要内容,其中利用最多的为假单胞菌属菌株,特别是用于土传病害的生物防治。假单胞菌类容易在植物根际定殖,也是根际最普遍的微生物类群,许多菌株具有防病促生的能力,如引起人们广泛注意的植物根际促生苗（ＰｌａｎｔＧｒｏｗｔｈ－ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ Ｒｈｉｚｏｂａｃｔｅｒｉａ,简称ＰＧＰＲ）,其研究大多集中在该类群。假单胞菌类筛选菌株能够抑制多种植物病害特别是土传病害已成为植病生防工作者之共识,其作用机制包括：有效的根部定殖、抗生作用、根际的营养竞争（特别是对铁的竞争）、诱…     

植物病原-媒介昆虫互作:研究进展与展望

大多数植物病毒及一些植物病原细菌由介体昆虫传播。植物病原与介体昆虫关系的研究有助于找到防控介体传播病原的关键环节,因此植物病原与介体昆虫的互作关系是植物病原传播机理研究中的核心问题。本文概述了国内外在植物病原与介体昆虫互作研究的最新进展,推介了本专辑论文的主要内容,并在此基础上,从生态和进化的角度提出了在植物病原-媒介昆虫互作研究中以下3个值得关注的研究方向:(1)植物病原与介体昆虫互作对生态系统的影响;(2)昆虫介体传播植物病毒的不同方式之间的关联性以及病毒、介体和植物之间的协同进化关系;(3)自然条件下植物病原-媒介昆虫互作的机理。植物病原与媒介昆虫互作的研究,既是生态和进化的理论问题,也和植物病原及其介体昆虫的绿色防控密切相关。     

“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。