mVOCs在根际免疫中的研究进展及思考

由土传病原菌引起的作物病害频发制约着世界农业的可持续发展。以根际微生物群落这一生物屏障为核心的根际免疫在抵御土传病原菌入侵中发挥着至关重要的作用。除竞争营养、产生抗生物质等外,根际微生物还通过分泌易挥发性有机物（Microbial volatile organic compounds,mVOCs）与病原菌、其他土著微生物以及宿主植物互作,以更好地适应根际环境和发挥抑病功能。由于具有作用浓度低、可在水-土-气等多界面自由迁移和长距离传播等优势,mVOCs日益成为根际免疫领域机理研究和产品开发的热点。本文首先介绍mVOCs参与土壤抑菌性的发现过程,系统梳理抑制土传病原菌的mVOCs及分泌源——有益微生物。其次,从抑制土传病原菌生长和致病、调控微生物群落互作以及激发植物抗性3个方面阐述mVOCs提升根际免疫的作用机理。随后,总结mVOCs在防控土传病害中的应用现状,并分析影响mVOCs产生和作用效果的土壤生物和非生物因素。最后,提出与根际免疫相关的mVOCs研究思考,呼吁关注mVOCs在根际免疫领域的理论和实践价值。关键词：微生物易挥发性有机物;土传病害;根际免疫;微生物生态     

根系分泌物介导的间作防控土传病害作用机制研究进展

防控土传病害和缓解连作障碍是构建健康土壤、实现中国农业绿色可持续发展的重要需求。合理间作可增加作物产量、提高资源利用效率和有效防控土传病害。根系分泌物是土传病害防控的重要因素之一。本研究主要围绕植物病原菌导致的土传病害，综述了间作对植物根系分泌物的影响，从土传病原菌寄主植物根系分泌物和非寄主植物根系分泌物的协同作用、土传病原菌非寄主植物根系分泌物关键抑菌物质对寄主植物病原菌的直接抑制作用、间作土传病原菌寄主/非寄主植物通过根系分泌物塑造根际微生物群落等方面综合分析了合理间作防控土传病害的根系分泌物介导机制，以期为间作防控土传病害提供参考。     

根际微生态防治作物土传真菌病害的机制研究进展

土传真菌病害分布范围广、传播速度快且危害性大,已成为世界性难题。化学杀菌剂一直被认为是防治土传真菌病害的重要手段,但是长期大量使用化学杀菌剂不仅会造成农药残留、病原菌的抗药性增加,而且还会造成食品安全、粮食安全及土壤、环境污染等问题,严重制约农业健康可持续发展。根际微生态是与植物根系发生紧密联系和相互作用的土壤微域,是植物自己营造的有利于植物健康和生长的生态系统。深入探究根际微生态防治作物土传真菌病害的机制,有利于从根际微生物、环境因子、抑病物质等方面挖掘防治土传真菌病害安全高效的方法。本研究着重从土传真菌病害的危害、土传真菌病害发生的根际微生态机制及土传真菌病害生物防治研究进展等方面进行探讨,以期为防治土传真菌病害的研究及生物防治提供参考。     

复合菌剂抑制辣椒疫病的土壤细菌群落特征

根际促生菌能通过调控土壤微生物群落组成及功能有效防控作物土传病害。辣椒疫病是由疫霉菌（Phytophthora capsici）引起的严重土传病害之一,然而,目前针对根际促生菌抑制辣椒疫病的效应及其与土壤微生物群落之间关联的研究欠缺。本研究以长期有机培育的健康土壤为材料,通过平板对峙法,筛选并复配出具有显著拮抗病原菌的复合菌剂,通过盆栽实验探究该复合菌剂对辣椒疫病的防治效应及其微生物群落特征。拮抗实验表明,复合菌剂与单一菌株相比能够显著增加对病原菌的拮抗率。盆栽实验表明,接种复合菌剂与对照（接种辣椒疫霉菌）相比,辣椒疫病的发病率和致死率显著降低了14.3%和23.8%,细菌群落α多样性显著下降,细菌群落组成发生改变,与诱导植物系统抗性的细菌群落双组分系统功能显著增加,其中显著增加的波特氏菌属与土壤中病原菌的数量显著负相关。本研究结果为辣椒实际生产中应用复合菌剂防控辣椒疫病提供了技术支撑。     

菌根辅助细菌与外生菌根菌互作机制研究进展

菌根际是复杂的微生态系统,根际微生物对菌根合成可起到调控作用。菌根辅助细菌可以促进菌根真菌生长、在宿主植物根部定殖形成菌根共生结构,从而促进植物生长,是外生菌根菌际重要微生物类群。菌根辅助细菌与外生菌根菌存在协同进化,在促进菌根合成的同时,菌根菌对植物根际细菌类群和功能也可产生调控作用。菌根辅助细菌的作用机制主要包括促进菌根菌菌丝生长、降低菌根际土壤中有毒物质浓度、促进宿主植物根系发育、提高菌根侵染几率等,通过上述功能可以提高菌根菌在植物根际土壤中的存活几率,增加与宿主植物接触侵染并最终形成菌根共生结构的效率。形成菌根后,菌根辅助细菌与菌根菌—植物共生体的互作中,可以提高植物对矿物质养分的吸收转运水平,抑制土传病害发生。菌根菌—植物共生体并不是孤立存在的,其与根际土壤微生物的互作机制值得深入研究。     

设施土壤连作障碍产生原因及防治方法综述

连作障碍是世界性难题,作物长期连作导致土传病害发生严重,影响作物的产量和品质,已成为制约现代农业可持续发展的重要限制因子。近年来,国内外学者对土壤连作障碍的产生机制和防治措施从多方面、多角度进行了研究。然而,受研究条件和研究基础限制,未能深入揭示连作障碍发生的真正原因。本文从土壤养分失衡、土传病虫害积聚、植物自毒和根际微生态系统失衡等方面系统阐述了连作障碍发生机制,从间作、轮作、嫁接和增施微生物肥料等方面系统总结了当前生产中连作障碍的防治措施,并提出土壤连作障碍的发生是由于连作作物的根系分泌物影响土壤微生物的群落结构和根际土壤微环境,根际土壤微生物群落结构和土壤微环境的改变造成土壤供应养分和水分能力的降低,最终造成作物产量降低、产品品质下降。     

捕食性粘细菌防控土传枯萎病的机制被揭示

正最近,中国农科院农业资源与区划所农业微生物资源团队与南京农业大学生科院合作,揭示了捕食性粘细菌防控土传枯萎病的根际生态学机制,发现粘细菌在根际分泌物的驱动下,向根部迁移并定殖,在迁移过程通过其捕食土传病原菌尖孢镰刀菌并调控土壤微生物群落结构。该研究为土传病害的生物防控提供了新思路,相关研究成果在线发表在《微生     

PGPR在土传病害生物防治中的应用（上）

ＰＧＰＲ在土传病害生物防治中的应用（上）南京农业大学植保系郭坚华，李师默，祁红英近百年来人们关于土传病害生物防治的研究表明，能在根际生长的微生物才是理想的生防因子。由于根际是抵抗土传病害病原菌侵染的前卫，病原物对根的初次侵染和再次侵染的过程中均受到来...     

捕食性粘细菌防控土传枯萎病的机制被揭示

正中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业微生物资源团队张瑞福研究员与南京农业大学生科院崔中利教授合作研究揭示了捕食性粘细菌防控土传枯萎病的根际生态学机制,发现粘细菌在根际分泌物的驱动下,向根部迁移并定殖,在迁移过程通过其捕食土传病原菌尖孢镰刀菌并调控土壤微生物群落结构。该研究为土传病害的生物防控提供了新思路。相关研究成果在线发表在《微生物组》上。     

番茄青枯病抗性相关根际微生物的研究进展

由茄科雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum）侵染引起的植物细菌性青枯病（Bacterial wilt）素有“植物癌症”之称,是一种毁灭性土传细菌病害。目前,青枯病已成为制约我国番茄生产的主要病害之一。抗青枯病番茄品种表现出与劣质农艺性状连锁遗传的问题一直没有得到解决,而且番茄青枯病抗性主要为数量遗传,不利于优良抗病品种的选育。根际微生物参与调控植物免疫系统,提高寄主植物青枯病抗性,反之,寄主植物的健康状况也能够影响根际微生物群落组成,根际微生物在番茄青枯病防治中具有重要作用。对抗青枯病番茄根际微生物群落特征及微生物群落形成的影响因素进行总结,讨论了根际微生物参与调控番茄青枯病抗性遗传的作用机制,并对利用有益根际微生物调控番茄青枯病研究方向的热点进行展望,为番茄青枯病诱导抗性机制的解析、遗传育种以及番茄青枯病的防治与品种的合理布局提供有效参考。     

土壤真菌多样性对土传病害影响的研究进展

土壤微生物多样性是维持土壤生态功能的基础,也是决定土壤健康状况的重要因素,并且被认为是土壤抑制的主要驱动力之一。土壤真菌是土壤微生物中重要的组成部分,通过阐述土壤真菌的生活史、真菌在土壤系统中的角色、土壤真菌多样性、土传病原菌、土壤真菌病原体之间的互作等了解土壤真菌多样性对土传病害影响,探讨土传病害和土壤真菌多样性之间的内在联系,为植物保护和农业可持续发展研究提供参考。     

三七连作根际微生物多样性研究

【目的】针对三七土传病害根腐病日益突出的问题,探讨三七根际土壤和根内生微生物多样性、生物群落组成及代谢活性与根腐病发生的相关性。【方法】对连作3年三七和连作4年三七的健康植株和感病植株根际土壤进行Biolog ECO代谢功能多样性分析,对三七根际土和根组织采用多种培养基进行微生物的分离培养,根据细菌16S r DNA序列和真菌ITS区序列的通用引物进行PCR扩增、Blast同源比对及其系统进化树分析。【结果】健康植株组与感病植株组根际土壤微生物群落的丰富度和均匀度存在显著差异(P0.05),健康植株组土壤微生物群落的生理活性高于感病植株组;从根际土壤中培养出172株菌株,其中,健康植株组土壤以芽孢杆菌(Bacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)、节杆菌(Arthrobacter)等为优势菌群;感病植株组土壤以黄杆菌(Flavobacterium)、毛霉菌(Mucor)和镰刀菌(Fusarium)等为优势菌群;从根组织中分离出121株菌株,其中,健康植株根部以芽孢杆菌(Bacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)为优势菌群,感病植株根部以镰刀菌(Fusarium)、拉恩氏菌(Rahnella)、欧文氏菌(Erwinia)等为优势菌群。【结论】三七土传病害根腐病的发生与植株根际微生物群落结构组成及代谢功能多样性密切相关,为从微生态角度改善三七土壤健康状况及控制三七根腐病的发生提供科学理论依据。     

枯草芽孢杆菌生防菌株SEM-9根际定植及对根际土壤微生物多样性的影响

【目的】研究枯草芽孢杆菌生防菌株SEM-9在作物根际的定植规律及对根际土壤微生物多样性的影响。【方法】通过自然转化法对SEM-9菌株进行绿色荧光蛋白标记，利用倒置荧光显微镜观察该菌株在作物根际土壤、根表面及根系内组织的定植情况；并以土传病害土壤为试验对象，通过高通量测序初步分析SEM-9菌株处理后根际土壤中微生物多样性的变化。【结果】构建了稳定表达绿色荧光蛋白的重组菌株SEM-9-pGFP₂₂。荧光显微镜观察结果表明，SEM-9-pGFP₂₂重组菌株可以在根际土壤和根表面定植，但是无法在根内组织或细胞内定植。SEM-9菌液处理显著降低了黄瓜土传病害的发病率，提高了根际土壤真菌微生物的多样性。【结论】成功建立了SEM-9菌株的GFP标记方法，明确了该菌株的根际定植规律及对黄瓜土传病害的防治效果，为后期开发替代型微生物肥料奠定了基础。     

土传病害噬菌体疗法的微生态机制

正南京农业大学教授沈其荣团队在利用噬菌体定向调控土壤菌群—防控土传青枯病领域取得进展,成果发表于《自然—生物技术》。研究表明,噬菌体不仅可以"专性猎杀"和"精准靶向"土传青枯病的病原菌,降低其生存竞争能力,还能重新调整根际土壤菌群结构,恢复群落多样性,增加群落中拮抗有益菌的丰度。     

抑病型土壤的微生物区系特征及调控

土壤是农业生产中的重要资源,降低农用化学品的投入、提高土壤质量、保持土壤健康是实现农业可持续发展的关键因素。现代农业以集约化生产为特征,高效农业给农民带来了显著的经济效益,但也给土壤增加了巨大负担,以土传病害为主的土壤连作障碍危害严重。因此,国际学术界提出了"抑病型土壤(disease suppressive soil)"这个名词,以防控土传病害发生为主要目的,其潜在的利用价值还未得到充分开发。根际土壤微生物区系与植物根系的生长和代谢密切相关,对植物营养元素的供给和植物健康的维持发挥着重要作用。国内外对抑病型土壤根际微生物区系特征的研究已有较多报道,而对根际土壤微生物区系与土壤抑病性之间的关系以及如何通过调控根际微生物区系来诱导抑病型土壤的形成等方面的研究,正在成为土壤微生物和植物病理交叉研究领域的热门课题。本文综述了抑病型土壤微生物区系的特征及抑病型土壤微生物区系的调控措施等方面的研究进展。     

菌根真菌与植物根际微生物互作关系研究

菌根真菌是自然生态系统中最重要的功能群之一,深入研究和揭示它与植物根际微生物间的互作关系,对进一步利用和调控根围微生物的相互作用,促进植物生长,维持农林生态系统的稳定具有重要意义。菌根真菌与某些根际有益微生物(如MHB、PGPR)具有协同促生关系。这些有益微生物可通过改变根际土壤微环境、提高根系对菌根真菌侵染的感受性等为菌根菌在根部的定殖创造有利条件;而菌根真菌则可通过改变根际土壤pH值、根际营养等方面影响根际微生物的群落结构。菌根真菌与土壤微生物通过相互促进或抑制,对宿主植物产生影响。目前,国内外关于菌根真菌与根际微生物互作中二者相互识别、协同作用的机理研究还处于探索阶段。快速发展的分子生物学技术为研究菌根围微生态区系提供了新的途径,将有助于科学有效地研究菌根围微生物之间的互作机制。     

植物根际分泌物与土壤微生物互作关系的机制研究进展

近年来对土壤微生物和植物之间互作关系的研究越来越受到关注,植物的根际分泌物直接或间接的影响了根际微生物群落结构,同样,根际微生物也以各种不同方式影响着植物根际的土壤理化性质、根际分泌物释放、土壤物质循环等。本文从根际有益微生物对植物生长发育的促进作用以及植物根际分泌物对土壤微生物多样性的影响这两方面对土壤根际微生物与植物之间相互影响的途径与机制进行了综述。     

根际微生物组构建的影响因素研究进展

基于根际微生物调控作物生长发育已成为生态健康和农业发展研究的热点。综述了国内外关于植物根际微生物组构建影响因素的相关研究进展,探讨了根际周边微生物从土壤进入植物根系内部的定殖选择过程,重点关注植物本体、土壤类型、地理位置、生长环境等因素对植物根际微生物组的调控作用,揭示国内外研究中发现的影响根际微生物组构建的主控因素,阐明根际微生物组-宿主复杂的互作关系,以期为绿色农业、环境生态保护等研究提供新的思路。     

新疆大蒜根腐型病害根际土壤微生物群落多样性初探

[目的]比较根腐型病害大蒜与健康大蒜根际土壤微生物群落结构和功能多样性,明确新疆大蒜根腐型病害与根际土壤微生物群落之间的关系,为大蒜的根腐型病害的防治提供理论依据.[方法]利用稀释平板法对样品中可培养细菌、放线菌、真菌进行分类培养后计数,利用比较分析法对可培养微生物的变化趋势进行分析,利用Biolog-ECO法对根际土壤微生物功能多样性进行分析.[结果]三组样品中的患病大蒜根际土壤中,细菌数量呈现减少趋势,放线菌和真菌数量增加.两种根际土壤微生物对碳源有不同的利用强度,健康大蒜根际土壤微生物对碳水化合物和聚合物类碳源利用能力较高,患病大蒜根际土壤微生物对胺类和酚酸类碳源利用程度较高.健康大蒜土壤样品的微生物多样性指数均高于患病大蒜根际土壤微生物.[结论]根际土壤微生物与大蒜根腐型病害存在一定的相关性.患病大蒜的根际土壤微生物种群分布由细菌型向真菌型转变,放线菌也呈增加趋势,但数量较少.根际土壤微生物数量和群落结构差异一定程度上影响微生物群落的功能多样性.     

生物有机肥在黄瓜基质栽培中的应用

生物有机肥具有促进植物生长,改善作物根际生长环境,增强根系活力,抑制根系病害发生的作用.在无土栽培中,由于所用栽培基质缺乏土壤中所含有的微生物环境,并且在连续多年种植过程中其土传病害的发生率逐年增加.