植物与根际微生物关系的研究进展

农业生产中大面积应用化肥、农药提高作物产量的同时,也产生了极大的环境问题,并且使生产成本提高。随着现代生物科学技术的进步,人们对应用微生物来代替化肥和农药寄予了厚望,从而对植物与根际微生物关系的研究给予了高度重视。本文依据近30年国内外对植物与根际微生物关系研究的成果,对根际微生物的多样性、植物与根际微生物的相互作用、根际微生物与连作障碍的关系三个方面进行了综述,并提出了今后在植物与根际微生物方面需要深入研究的几个问题。     

根际微生物群落多样性在重金属土壤修复中的研究

植物根际微生物在植物修复重金属污染土壤时分泌的激素、铁载体、ＡＣＣ脱氨酶、黄酮类化合物和酚酸类等 有机物具有增强植物生长、促进植物根际对重金属吸收、转运和积累的作用,同时促进适应相应根际环境的功能微 生物群落的建立．文章结合作者课题组的研究结果,概述根际微生物在植物修复重金属污染土壤过程中的作用,总 结了根际细菌、真菌、古菌在植物修复中的作用,进一步分析了土壤污染类型、改良剂、根际植物的种类等对根际微 生物活动的影响,对今后植物修复重金属污染土壤过程中与根际微生物作用相关的研究进行了展望．     

林木根际微生态过程与细根寿命调控机制研究进展

细根在森林生态系统中具有重要的生物学和生态学地位。细根寿命取决于树种本身,也受控于环境条件。根际作为植物、土壤与微生物三者交互作用的区域,其中的微生态过程对细根寿命的调控具有决定意义。笔者基于当前国内外细根寿命调控的主要因素,分别从根际碳沉积与根际微生态过程、根系对根际微生物群落构建的影响、根际微生物对细根寿命调控的可能机制3个方面对根际微生物与根系的互作效应,及其对细根寿命调控机制的相关研究进展进行综述。在此基础上,提出了:①酚酸介导的植物-微生物化学对话机制是未来根土互作研究的重要领域;②根系与微生物互作主要以光合产物碳作为枢纽,根际碳沉积促进了土壤微生物在根际的定殖,进而导致根际的微生物群落在组成和结构上与非根际土壤的呈现显著差异;③根土互作过程中由根系和根际微生物产生的信号物质可能对根系的生长发育产生显著影响;④作为细菌的主要群感信号分子,酰化高丝氨酸内脂(AHLs)可参与调控根系细胞的凋亡;真菌侵染根系后也可能导致根内活性氧(ROS)累积,进而调控根系细胞凋亡。目前未见根际微生物参与根系寿命调控的研究报道。建议进一步构建细菌群落演变-群感信号表达-细根寿命关系模型,以及真菌侵染-活性氧信号内稳态调控-细根寿命关系模型,这些对深入揭示林木细根衰老和凋亡的微生态调控机制具有重要理论意义。     

根际微生物影响因素及其与植物互作研究进展

植物根际是植物与土壤互作的界面,定殖的微生物群落结构复杂,功能多样.植物在所有生长阶段均通过根际与土壤及其微生物进行复杂互作,环境与植物根际分泌物在很大程度上驱动根际微生物群落的变化.根际微生物与植物互作产生的复杂生态效应是土壤生态学研究的热点.综述了根际微生物群落的主要驱动因素,阐明了根际微生物增强植物营养吸收、抗病性、抗逆性的主要机制以及挥发性有机物介导的互作相关研究,以期明确根际微生物群落组装以及植物-根际微生物互作机制及其生态效应,为农林业生产及生态文明建设提供参考.     

稻蟹生态种养对水稻根际微生物区系的影响

稻蟹生态种养模式以水稻生产为主体,同时适量放养蟹苗,在取得显著经济效益的同时,亦能改善稻田生态系统环境。本研究以水稻不同生育期根际土壤为研究对象,采用平板计数法和MPN法研究稻蟹生态种养对水稻根际微生物区系及主要生理类群细菌的影响。结果表明:水稻各生育期根际土壤微生物均以细菌为主要类群,全生育期内稻蟹种养生产田细菌、真菌、放线菌总量分别为为常规稻田的1.65,0.48,1.00倍;稻蟹种养生产田氨化细菌、反硝化细菌、嫌气性纤维素分解菌、好气性自生固氮菌、亚硝酸细菌分别是常规稻田的9.28,6.44,5.22,3.65,3.00倍;稻蟹种养生产田主要微生物物种增加,改变了微生物多样性格局,细菌多样性指数最高出现的时间提早出现20 d。     

模拟酸雨对白术根际微生物的影响

用不同pH值的模拟酸雨处理中药植株白术及其种植土壤,测定了白术根际微生物数量的变化.结果表明,酸雨影响白术根际微生物的生长,根际微生物总量随酸雨酸度的加大而减少;酸雨对白术根际环境中的细菌、放线菌、氮素生理群和碳素转化菌都有明显的抑制作用;适当的酸雨刺激（pH为5.0、4.5）促进了真菌的生长,但当酸雨pH＜4.5时,则抑制真菌的生长.植物根系的存在,可使酸雨对根际微生物各个类群的影响不同于非根际土壤微生物.     

铝和氟对茶树根际土壤微生物交互作用的研究

采用土培法比较研究了不同质量浓度的铝、氟胁迫及交互作用对2种不同基因型茶树--白茶和智仁早茶根际土壤微生物区系的影响.结果表明:低水平的Al或F处理对2种茶树根际土壤细菌、放线菌的生长繁殖以及呼吸强度有一定的刺激作用,高水平的Al或F处理对这些微生物则表现为明显的抑制作用;高水平的Al或F处理对真菌表现为促进生长的作用.统计分析显示,Al和F在茶树根际土壤中存在交互作用,对不同微生物的影响各不相同.     

五产区牡丹根际微生物数量分布研究

为探讨牡丹根际微生物与中药材道地性及株龄的相关性.采用平板计数法研究了五产区牡丹根际土壤三大微生物类群的数量变化.结果显示牡丹根际微生物数量由高到低产区排序如下.细菌:洛阳铜陵亳州南陵菏泽,放线菌:铜陵亳州菏泽洛阳南陵,真菌:洛阳菏泽亳州铜陵南陵.其中细菌和放线菌数量在不同产区间差异不显著(P0.05),而真菌则在铜陵、南陵与亳州、洛阳间差异极显著(P0.01).不同株龄南陵产区牡丹根际微生物数量由高到低排序如下.细菌:1龄3龄2龄4龄5龄,放线菌:1龄4龄2龄3龄5龄,真菌:1龄5龄4龄3龄2龄,其中根际细菌和放线菌数量在1-5龄间差异不显著(P0.05),而真菌则在1龄与2龄、2龄与5龄间差异显著(P0.05).结果表明牡丹根际细菌、放线菌数量在道地与非道地产区间无规律,但道地产区根际真菌数量显著低于非道地产区.道地产区牡丹根际细菌、放线菌数量随牡丹株龄增加总体呈下降趋势,真菌呈1龄最高、2龄最低且2-5龄缓慢升高的变化规律,有从高肥的"细菌主导型"向低肥的"真菌主导型"趋势发展.     

内陆河流域浮床植物根际微生物群落特征与比较

为研究内陆河流域不同浮床植物的根际微生物群落结构、多样性、潜在生态功能及其差异,采集了位于沱江二级支流赤水河生态浮床上的风车草（Cyperus involucratus）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、再力花（Thalia dealbata）、鸢尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）6种植物生长旺盛时期的根系样本,通过细菌16sRNA片段高通量测序和生物信息学手段,分析了微生物群落结构组成、生物多样性以及潜在的生态功能。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）在6种浮床植物根际细菌中占绝对优势,丰度达47.5% - 72.2%,在植物生长环境较为相似且空间距离较近的情况下,不同浮床植物根际微生物属水平优势种群丰度差异仍较大。微生物群落多样性由大到小依次为鸢尾、美人蕉、黄菖蒲、风车草、再力花、梭鱼草,同科同属的黄菖蒲和鸢尾根际细菌组成相对较为相似。风车草根际硝化/反硝化功能菌群丰度更高,梭鱼草根际芳香族化合物降解功能菌群丰度显著高于另外5种植物。根长、株高和生物量更大的植物根际微生物中芽殖杆菌属丰度显著更高,植物生长指标与部分根际细菌氮转化存在正相关关系。研究结果可为浮床植物根际微生物群落研究和生态浮床的建设优化提供参考。     

氮硫配施对冬小麦根际微生物数量变化及产量的影响

通过盆栽试验,研究不同氮硫营养水平对两冬性小麦品种豫麦49—198和兰考矮早8根际微生物在不同生育期中主要类群的影响及动态变化趋势．结果表明：①氮、硫营养以及品种差异均对小麦根际微生物细菌、放线菌和真菌有显著影响;②硫素营养和氮素营养对小麦各生育时期的根际细菌的数量均有极显著性影响,并表现为氮素营养对小麦根际的细菌数量的影响效应高于硫素营养;③氮素营养是根际放线菌数量差异显著的主要原因,但硫、氮及实验品种三者间的交互作用在整个测定时期对放线菌无显著性影响;④实验品种、氮、硫均对各测定时期小麦根际真菌数量产生极显著性影响,其影响效应表现为：试验品种〉氮素〉硫素,硫、氮、品种之间交互作用对真菌的影响主要在花后;⑤氮硫配施对两个小麦品种的籽粒产量均有影响．     

转基因小黑杨对土壤微生物群落结构的影响

为评价转基因林木环境释放可能引起的生态风险,以及转基因林木在生产应用中的可行性和可靠性,以实验室种植的转Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因的小黑杨为材料,对转基因与非转基因植株根际(通常为几毫米至几厘米)土壤细菌、放线菌、真菌数量和基因水平转移情况进行检测,结果表明:转基因小黑杨种植一段时间后其根系附近的微生物数量略高于非转基因小黑杨。利用卡那霉素选择培养基分离根系周围细菌菌落发现转基因植株周围的土样细菌中,Kan^R抗性细菌菌落数占总细菌菌落的比例在11.58%～13.00%之间,而非转基因植株根际周围和空白土壤细菌菌落数则在5.73%～6.40%之间,表明转基因小黑杨根系对土壤细菌的抗生素抗性产生一定的影响。利用转基因植株的目的基因和抗性基因设计引物,以土壤中细菌基因组DNA为模板进行PCR扩增,转基因植株种植7个月后,根际土壤细菌菌落中含有抗性基因的菌落数量明显增加。虽然在种植1个月的转基因植株根际土壤土样细菌中未检出目的基因,但在种植7个月后的土样中检验到了很少的目的基因阳性细菌,阳性细菌菌落比例为2%～5%,检测结果表明可能有极少数Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因发生了水平转移。     

湿地水葱根际、根内细菌群落结构及其驱动因素

根际和根内微生物群落对植物的属性和功能具有重要的影响。湿地植物与微生物协同作用,驱动湿地生态系统的物质循环过程,去除污染物,净化水体。本研究运用高通量测序对不同污染梯度下水葱（Scirpus validus）根际、根内细菌群落的结构和多样性进行了分析,研究了环境因子对植物微生物组多样性的影响。结果表明：水葱根际和根内细菌群落在门水平上的组成相似性达69.23%,主要由厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）等组成。根际与根内细菌群落的优势属组成差异性达76.92%。根内的优势属主要为微小杆菌属（Exiguobacterium）、红球菌属（Rhodococcus）、硫杆菌属（Thiobacillus）、芽孢杆菌属（Bacillus）以及norank＿f Steroidobacteraceae属。db-RDA分析结果表明,环境因子对根际细菌多样性的影响较大,总解释率达51.93%,而对根内细菌多样性影响较小,总解释率为39.99%。pH、NO₃^-、NH₄     

马尾松连栽对根际与非根际土壤微量元素及微生物的影响

采用配对样地法,以不同栽植代数(1、2代)、不同发育阶段(8、15、18、20 a)的马尾松人工林为对象,研究了马尾松连栽对其根际与非根际土壤有效微量元素、土壤微生物及生化作用的影响.结果表明:连栽后,根际与非根际土壤有效微量元素含量均呈上升趋势,且交换性Mg2+、有效Fe含量在1、2代之间的差异达显著水平.根际与非根际土壤中细菌、放线菌、真菌及微生物总数2代均高于1代,且根际、非根际土壤放线菌、真菌数量在1、2代之间的差异达显著或极显著水平;在1、2代根际与非根际土壤微生物区系组成中,细菌数量占微生物总数百分比最高,其次是放线菌,真菌最少.对根际、非根际土壤生化作用的影响,连栽后,无论是根际还是非根际土壤,硝化作用强度趋于上升,而氨化作用强度趋于下降,且根际土壤硝化、氨化作用强度与非根际土壤氨化作用强度在1、2代之间的差异达显著水平.     

不同群落类型的长苞铁杉林的根际微生物研究

对长苞铁杉纯林、长苞铁杉-猴头杜鹃混交林和长苞铁杉-毛竹混交林3个不同群落类型的根际微生物进行研究,发现3个不同群落的微生物数量及组成各不相同,其具体大小关系为(单位cfu/g*(dry mass)×104)长苞铁杉纯林根际细菌(20.00)＞非根际细菌(12.00)＞根际真菌(9.37)＞非根际真菌(6.74)＞根际放线菌(2.69)＞非根际放线菌(1.83);长-猴混交林根际细菌(34.90)＞非根际细菌(18.00)＞根际真菌(6.54)＞非根际真菌(3.78)＞根际放线菌(2.96)＞非根际放线菌(1.76);长-毛混交林非根际细菌(88.00)＞根际细菌(68.60)＞非根际放线菌(13.40)＞根际放线菌(12.60)＞根际真菌(4.64)＞非根际真菌(3.46).通过比较根际与非根际土壤微生物得出不同群落类型长苞铁杉的根际效应,3个群落类型的总微生物的根际效应大小为长-猴混交林(1.87)＞长苞铁杉纯林(1.56)＞长-毛混交林(0.82).     

玉米不同生长时期潮土固氮细菌nifH基因的丰度和多样性

为了探究潮土环境下植物生长对土壤固氮细菌群落结构和数量的影响,采集中国北方潮土玉米不同生长时期的根际和非根际土壤,利用荧光定量PCR和末端片段长度多态性分析方法,研究了北方潮土玉米不同生长时期固氮细菌nif H基因丰度和多样性的变化.结果表明,根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随玉米生长时期的推进均呈现先升高后降低的趋势,乳熟期最高,根际土的在拔节期最低,而非根际土的在完熟期最低.相关分析结果表明,土壤有机质是驱动土壤固氮细菌nif H基因丰度变化的关键因子,非根际土固氮细菌nif H基因丰度同时受含水量的显著影响.根际土和非根际土固氮细菌优势种群结构在玉米各生长时期均相同,但所占比例有所差异.PCA分析也表明,土壤固氮细菌群落结构受玉米生长时期和土壤采样区域的影响均不显著.玉米不同生长时期土壤固氮细菌nif H基因的Shannon指数变化明显,根际土和非根际土均呈先增高后降低的趋势,根际土的在抽雄期最高,拔节期最低,非根际土的在乳熟期最高,完熟期最低;不同生长时期间的Evenness指数则无显著差异,且根际土和非根际土之间也没有显著差异.RDA分析结果显示,土壤硝态氮含量对固氮微生物群落结构有显著影响.     

马衔山两种不同生境沙棘根际微生物研究

在沙棘(Hippophae rhamnoides)萌动早期,选取甘肃马衔山地区两种典型的生境,进行了沙棘根际微生物的分离、测数,并根据菌株形态、培养特征和生理生化特性等,对根际细菌、放线菌和真菌进行了初步鉴定.从两样地共得到细菌菌株47株,分属于12个属;放线菌菌株31株,分属于3个属;真菌菌株20株,分属于4个属.同一地区不同生境沙棘根际土壤中,林缘河滩沙棘灌丛沙棘根际土壤中微生物的总数以及细菌、放线菌和真菌数量均高于阳坡干旱草地;不同生境沙棘根际土壤中微生物种类组成也存在一定差异.     

“黑麦草-水稻”草田轮作系统根际效应研究Ⅳ.黑麦草根际土壤性状及其对水稻幼苗生长的影响

探讨了黑麦草Lolium multiflorum根际非根际土壤性状差异以及对水稻幼苗生长的影响,土壤分析表明:根际比非根际土壤的pH值低1.6%,而土壤电导率高19.3%,根际土壤多糖、酒石酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸含量分别比非根际土壤高9%、12.5%、8.3%、24.4%、12.5%、7.7%;土壤微生物的差异更为明显,细菌、放线菌和真菌分别高12倍、3.1倍和9倍,同时,根际土壤中的酶活性也比非根际土壤强,其中土壤脱氢酶、蛋白酶、磷酸酶、脲酶活性分别高37.1%、36.5%、70.6%、35.7%.水稻幼苗盆栽试验表明,在不同施肥条件下,根际土壤栽培的水稻幼苗的株高、单株叶面积、地上部地下部干物质积累量、根长、根数、叶片叶绿素质量分数和根系活力均不同程度地高于非根际土壤.可见,黑麦草的根际效应对于改良稻田土壤理化和生物性状有重要的作用,并有利于后作水稻幼苗的生长.     

亚热带几种典型林被下土壤微生物对比研究

对缙云山马尾松近纯林(PMF)、毛竹林(PPF)、慈竹林(NF)、斑苦竹林(AF)和四川山矾阔叶林(SBF)5种亚热带典型林被下土壤微生物量碳测定和细菌、真菌和放线菌分离计数以及林被中优势树种的微生物根际效应进行研究.结果表明,林被不同,土壤各类微生物量明显不同,特别是细菌,总的来看,四川山矾阔叶林土壤微生物量最多,其次为毛竹林,慈竹林、斑苦竹林再次之,马尾松林显著最少.各林地土壤微生物数量存在垂直分布的变化,即A层高于B层,微生物量与土壤有机质含量呈密切相关性.四川山矾、毛竹、慈竹、马尾松的微生物根际效应明显,根际的微生物量碳和3大类群微生物数量总体高于非根际,微生物根际效应因植物、微生物类群和土层而不同:四川山矾、毛竹和慈竹的效应强,尤其四川山矾,而马尾松相对较弱;细菌、真菌根际效应强,真菌因植物种类差异大,放线菌相对最弱;土壤B层微生物根际效应强于A层.     

菲律宾蛤仔黏附污泥絮凝机制研究

菲律宾蛤仔粘附污泥作为天然絮凝剂具有良好的天然絮凝活性,为研究其絮凝活性产生机制,本文针对粘附污泥中的生物因素(细菌、真菌、无菌蛤仔)和非生物因素(泥沙)等生态组成,建立5组蛤仔暂养系统,分别投加细菌双抗生素、真菌双抗生素、细菌双抗生素和真菌双抗生素联用、不加栖息地泥沙、以及正常暂养对照(加栖息地泥沙),比较各生态因素对菲律宾蛤仔所产粘附污泥的絮凝沉淀性能的影响。结果表明,细菌是菲律宾蛤仔粘附污泥具备絮凝性能的关键生物因素,栖息地泥沙是促进粘附污泥絮凝的重要非生物因素;耐药絮凝活性细菌使得细菌双抗生素组的粘附污泥仍具备一定的絮凝活性;多糖是菲律宾蛤仔粘附污泥产生絮凝作用的重要物质基础。     

海马齿根际降解可溶性蛋白质的研究

采用水培法研究了海马齿(Sesuvium portulacastrum Linn.)与其根际微生物对可溶性蛋白质的联合降解作用.分别设置抑菌和不抑菌的植物组、细菌组和对照组并连续添加蛋白质,测定了降解过程中蛋白质的浓度、细菌密度和亮氨酸氨基肽酶活性的变化.结果显示,在不抑菌实验中,植物组的蛋白质浓度下降最快.36h后,植物组、细菌组和对照组的降解率分别是97%、41%和26%.蛋白质的降解过程伴随着细菌数量的增加和亮氨酸氨基肽酶活性的升高,植物组的亮氨酸氨基肽酶活性始终高于细菌组.24h后,植物组的亮氨酸氨基肽酶活性达到最高值0.75μmol/(L·h),此后酶活性下降至0.22μmol/(L·h).细菌组的亮氨酸氨基肽酶活性最高值出现在60h,达到0.43μmol/(L·h),至结束时降低为0.说明海马齿与根际细菌联合作用下,胞外酶活性升高,蛋白质降解效率最快.在抑菌实验中,抗生素有效抑制了细菌的生长,3个处理组的蛋白质变化趋势基本一致,实验过程中检测不到亮氨酸氨基肽酶,说明单纯的海马齿根系不分泌该胞外酶.研究表明,在蛋白质的根际降解过程中,根际细菌是亮氨酸氨基肽酶的分泌者和蛋白质降解的主要执行者,但根际细菌对蛋白质的高效降解必须以海马齿根系为依托.本研究结果为更好地利用海马齿生态浮床修复海水环境中的有机氮提供了理论依据.