根系代谢物介导的植物-微生物互作的研究进展

植物根系代谢物是植物-微生物互作的桥梁纽带,作为信号物质和微生物营养源调控着微生物的群落结构和多样性,而根区微生物区系的改变则反作用于植物的生长、发育和抗性。本文聚焦植物根系代谢物介导的植物-微生物互作,梳理了植物-微生物互作研究中次级代谢物的种类、作用及其检测手段;探讨了植物通过调节自身代谢物以适应品种进化及繁衍后代过程中发挥的功能作用;阐述了逆境胁迫下植物利用根系代谢物招募特异微生物(解磷、溶磷)或者有益微生物促进自身生长以缓解胁迫压力的机制;分析了根系代谢物作为信号物质诱导植物抗病的方式"求救假说",为可持续农业发展提供思路和理论依据。     

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。     

转基因植物根系分泌物对土壤微生态的影响

随着转基因植物商品化进程的加快,对其进行生态风险性评价日益引起学者的重视。诸如转基因逃逸到其它亲缘物种中、产生超级杂草和病毒、昆虫产生耐受性及生物多样性遭受破坏等问题已在部分转基因作物中显现。本文综述了转基因植物中根系分泌物对土壤微生态的影响。     

植物根系分泌物的生态效应

根系分泌物是在一定的生长条件下 ,活的且未被扰动的根系释放到根际环境中的有机物质的总称 ,在植物主动适应和抵御不良环境中具有重要作用 :(1)通过化感作用影响根际微生物和周围其它植物的生长 ,并进一步改善植物的生态环境 (生物因素 ) ;(2 )通过对土壤中矿质元素的溶解、螯合作用、迁移和活化等作用 ,不仅在营养缺乏的情况下提高矿质营养元素的有效性 ,而且在面临重金属胁迫时能降低根际中金属污染物的活性 ,减少植物对金属的吸收。根系分泌物在植物与环境的相互作用中起着传递信息的作用     

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...     

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。     

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。     

马铃薯根系分泌物及酚酸类物质对萎缩芽孢杆菌促生菌株QHZ3趋化成膜的介导作用

【背景】根系分泌物介导的微生物趋化成膜是根际促生菌在根际定殖及功能发挥的重要前提,深入了解该过程对理解菌株定殖机制具有重要意义。【目的】探明马铃薯根系分泌物中使萎缩芽孢杆菌促生菌株QHZ3在根际趋化成膜的信号物质。【方法】通过高效液相色谱鉴定马铃薯根系分泌物中的主要酚酸类物质,采用半固体平板法与类毛细管法比较马铃薯根系分泌物和不同酚酸类物质对促生菌株QHZ3趋化作用,并通过结晶紫染色法观察马铃薯根系分泌物和不同酚酸类物质对菌株QHZ3生物膜形成的影响。【结果】马铃薯根系分泌物中的酚酸类物质主要包括富马酸、对羟基苯甲酸、阿魏酸和肉桂酸。半固体平板法结果显示,马铃薯根系分泌物和4种酚酸对菌株QHZ3均具有趋化作用,富马酸的趋化作用最强;类毛细管定量试验结果表明,不同浓度酚酸对菌株QHZ3的趋化作用不同,中高等浓度的富马酸(25-100μmol/L)和低浓度的阿魏酸(10μmol/L)对菌株QHZ3的趋化作用最强;结晶紫染色法结果表明,120-240μg/mL马铃薯根系分泌物和50-75μmol/L富马酸及100μmol/L对羟基苯甲酸可显著促进菌株QHZ3生物膜的形成,而阿魏酸和肉桂酸对菌株的生物膜形成没有显著影响。【结论】根系分泌物和酚酸均可介导菌株QHZ3在马铃薯根际趋化成膜,但4种酚酸的作用不同,富马酸和阿魏酸对菌株的趋化作用显著,富马酸和对羟基苯甲酸则是对菌株生物膜的形成具有显著影响。     

分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜幼苗生长及根际土壤微生物的影响

以不同化感潜力分蘖洋葱为供体,黄瓜为受体,研究了分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜幼苗生长、根际土壤微生物数量及细菌群落结构的影响.结果表明:不同化感潜力分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜幼苗生长均具有促进作用,且随着浓度的升高,促进作用增强,相同浓度下,化感潜力强、弱供体之间差异不显著;不同化感潜力分蘖洋葱根系分泌物均增加了黄瓜根际土壤细菌和放线菌数量,降低了真菌和尖镰孢菌数量,化感潜力强的品种(L-06)效果更显著;不同化感潜力分蘖洋葱根系分泌物均能提高黄瓜根际土壤细菌群落丰富度,差异条带的序列片段经比对推测为3大细菌类群:Actinobacteria(放线菌纲)、Proteobacteria(变形菌纲)和Anaerolineaceae(厌氧绳菌纲),其中厌氧绳菌只出现在化感潜力强(L-06)的处理中.化感潜力强(L-06)、浓度高(10 mL·株-1)的分蘖洋葱根系分泌物更有利于黄瓜根际土壤细菌群落丰富度的提高.     

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。     

植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。     

研究植物根系分泌物的方法

文章对植物根系分泌物的定义、组成、分类、影响因素和分泌部位,根系分泌物的收集、分离及鉴定方法进行了概述,并对此问题的今后研究方向作了展望。     

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。     

根系分泌物介导的植物对土传病害的抗性机制

根系分泌物作为地下防御物质越来越受到关注。近年来,研究逐渐揭示了植物在病原胁迫下根系分泌物的表达特征及其在植物抗病性中的作用,一些由根分泌物介导的抗性调节机制也已被模拟。鉴于土传病害造成的损失日益增加,了解根系分泌物如何抵抗各种病原菌已成为研究热点。本文全面综述了土壤病原胁迫下根系分泌物介导的植物抗性机制,研究病原胁迫下根系分泌物的表达特征,根系分泌物在植物抗病过程中的作用,以及抗性根介导的分泌物和植物抗性的功能。讨论了当前植物病害条件下根系分泌物对植物抗性的影响,旨在为今后土传病害抗性机制的研究提供思路。     

根分泌物对根际矿物营养及根际微生物的效应

综述了根系分泌物对植物生长的生理生态学效应,并就根系分泌物的定义、产生机制、组成成分和影响因素等方面进行了讨论。指出根系分泌物在缓解低矿物营养胁迫对植株造成的伤害及决定根际微生物的种群密度和数量方面起着重要的作用;根系分泌物的产生机制多样,组成成分复杂,影响因素繁多。对根分泌物的深入研究有助于进一步了解植物体与土壤间进行的生理生化过程及其调控机制。     

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。     

植物促生菌提高植物重金属耐受性研究进展

近年来植物修复技术因其独特的优势而被广泛关注。许多植物被认为是有价值的利用资源, 然而, 最有实际使用价值的植物对重金属的耐受性有限, 实际应用中变得越来越困难。植物促生菌资源对环境无污染, 具有独特的多样性和巨大的潜力。随着资源的开发和技术的发展, 微生物调控将会使植物修复技术变得更加可行和更有价值。回顾近年来新兴的微生物调控技术, 主要是植物促生菌的筛选、鉴定和应用价值。     

石油污染土壤中植物根际促生菌的筛选及特性分析

以1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)为唯一氮源,从黑龙江省大庆地区石油污染土壤的狼尾草根际土壤中分离筛选出2株产ACC脱氨酶的细菌,F4-1和F4-2。对分离的菌株进行生理生化和16S rDNA序列鉴定,确定F4-1为肠杆菌属(Enterobactersp.),F4-2为克雷伯菌属(Klebsiellasp.)。菌株F4-1的ACC脱氨酶活性为(1.40±0.17)μmolα-KA.(mg Pr.h)-1,高于F4-2的(1.03±0.03)μmolα-KA.(mg Pr.h)-1。随着L-Trp浓度的增加,菌株F4-1和F4-2的吲哚乙酸(IAA)合成量相应增加,总体上看F4-1的IAA合成能力高于F4-2。F4-1合成嗜铁素的能力也高于F4-2。     

连香树人工林根系分泌物输入季节性变化及其驱动的根际微生物特性研究

根系分泌物介导的根际过程具有重要的生态学效应,但目前有关植物尤其是濒危珍稀植物根系分泌物及其介导的土壤生物地球化学循环过程的原位季节动态研究甚少。本文以阿坝州茂县大沟流域30年生的国家二级濒危保护植物连香树人工林为研究对象,于2014年4、7、9和12月利用原位收集装置对连香树根系分泌物进行原位收集;并同步分析了根际土壤微生物特性的变化。结果表明：（1）根系分泌物C和N分泌速率均呈现明显的季节动态变化,其中,夏季最高,冬季最低。（2）根际土壤微生物碳、氮及土壤酶活性显著高于非根际,表现出正的根际效应;根际效应也与根系分泌物输入表现出类似的季节动态规律,即夏季（7月）最高,而冬季（12月）最低。（3）进一步相关分析表明：根系分泌物分泌速率与土壤微生物碳、氮及土壤酶活性根际效应值呈线性正相关,表明根系分泌物输入是驱动根际微生物活性的重要因子,揭示连香树根系碳输入对根际土壤过程和功能的季节响应。未来研究应加强根系分泌物输入与土壤生物地球化学循环过程的偶联效应与机制研究。