植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展

【目的】活跃的根际微生物被喻为植物的第二套基因组,在植物的生长发育过程中发挥着关键作用。植物通过根际碳沉积影响根际土壤微生物群落的结构和功能;作为根际微生态系统中的物质流、能量流和信息流,根际碳沉积是连接大气、植物和土壤系统物质循环的重要纽带;因此,理解根际碳沉积在根际微生态中的作用对于提高植物抗逆性,增加作物产量,调控根际养分循环等方面具有重大的理论意义。【主要进展】本文就近年来关于根际微生物领域的研究成果,重点综述了根际微生物多样性和组学研究;根际碳沉积的组成和产生机理;根际微生物群落结构的形成机制;根际微生物在促进作物养分吸收、提高作物抗逆性等方面的生态功能;以及气候变化和长期施肥对植物-微生物互作关系的影响。在此基础上我们提出了未来可能的研究重点和发展方向:1)植物根际沉积物原位收集方法和检测技术的改进和发展;2)稳定同位素探针与分子生态学技术的结合,将植物、土壤和微生物三者有机地联系起来,综合分析根际界面中微生物的活性与功能;3)高通量测序、组学技术和生物信息学等新技术的引入势必使根际微生物学研究发生革命性的变化;4)随着全球气候变化和土壤肥力改变,例如全球变暖、CO2浓度升高和长期施用化肥,根际沉积物在植物-土壤-微生物中的分配与调节机制,以及这种环境选择压力下植物如何诱导根际促生菌发挥更大作用。希望通过平衡作物与微生物之间的相互关系来实现作物的高产高效,促进农田的可持续利用。     

植物多样性对土壤微生物的影响

生物多样性强烈地影响生态系统的过程,生态系统过程的变化可导致生物多样性衰减并因素导致生态系统功能衰退,植物种丰度和植物功能多样性对土壤细菌群落的代谢活性和代谢多样性有成正比的影响。土壤细菌的代谢活性和代谢多样性随植物种数量的对数和植物功能组的数量而直线上升,其原因可能是由植被流入土壤的物质和能量的多样性和数量的增加,也可能是由土壤动物区系起作用的土壤微生境的多样性的增加造成的,由于植物多样性的丧失所引起的植物生物量的减少对分解者群落有强烈的影响,微生物生物量将可能减少,因为在大多数陆地生态系统中,有机碳源限制着土壤微生物的活性。     

土壤微生物在促进植物生长方面的作用

土壤微生物与植物的根系形成一个稳定的动态系统,在这个系统中它们之间相互作用,相互影响。植物的根系为土壤微生物提供养分,土壤微生物反过来也促进了植物根系的发育,从而促进了植物的生长,从而促进了植物的生长。本文就土壤微生物生长特性,从7个方面阐述了土壤微生物对植物的促进作用。     

植物叶际微生物及其对施肥响应的研究进展

叶际微生物(phyllosphere microorganisms)是定殖于植物地上部分的特殊微生物群落,在植物生态系统中扮演着至关重要的生态角色。随着高通量测序和宏基因组学等技术的快速发展,叶际微生物研究领域取得了显著进展。基于文献计量学分析,以“叶际微生物”和“phyllosphere microorganism”为主题词,分别在“中国知网”和“Web of Science”核心数据库对2000年1月至2023年6月发表文献进行检索,共检索到相关中文文献93篇,外文文献498篇。研究发现,植物病害防控和生物防治相关研究呈现高共现强度和持续性研究热度,已成为该领域的核心研究方向之一。此外,土壤微生物、根际微生物与叶际微生物间的关系也是当前研究的重点。已有研究表明,叶际微生物不仅能够增强植物抗逆性、促进固氮作用,还与人类健康密切相关。其定殖过程受到宿主因素(如植株形态、物质组分)和环境因素(如气候条件、土壤特性)的双重调控。在集约化农业生产中,施肥作为关键栽培管理措施,显著改变作物的生长状态和微环境,是影响作物叶际微生物群落构建不可忽视的因素。本文系统总结了肥料种类、用量及施用方式对作物叶际微生物群落结构和功能的影响,提出通过优化施肥策略调控叶片形态以定向塑造叶际微生物群落,以及通过施肥维持“叶际稳态”实现植物健康的新思路。基于当前研究现状,未来研究方向应着重关注以下几个方面：1)矿质养分对叶际微生物的调控机制;2)施肥驱动下微生物在土壤−植物连续体的传播规律;3)有机肥施用引发的叶际生物安全风险评估;4)具有提高养分利用效率和改善农产品品质功能的叶际微生物资源挖掘。这些研究将为深入理解叶际微生物生态功能及其在农业中的应用提供新的理论依据和实践指导。     

胶膜菌属真菌与兰科植物的共生体系建立

为建立兰科植物与菌根真菌的共生体系,本研究筛选出适宜的共生培养基,采用ITS-rDNA分析鉴定了6株菌根真菌,并将6株菌与兰科植物共生培养,利用台盼蓝染色法检验共生体是否建立。结果表明,2.5 g·L~(-1)燕麦琼脂培养基为树兰和胶膜菌属真菌共生的最适宜培养基,供试兰科植物中仅树兰可与6株胶膜菌属真菌共生,其中一株美孢胶膜菌(Tco 2)促进树兰种子萌发和原球茎发育的效果最好。本研究筛选出可促进树兰高效萌发成苗的共生真菌和培养基,为真菌与植物共生关系研究提供了良好的试验系统,为树兰的生产繁殖奠定了基础,对保护兰科植物物种资源具有重要意义。     

酸性黄壤铅污染下植物根际微生物和酶活性研究

采用盆栽试验研究了酸性黄壤铅污染下4种草本植物根际土壤微生物数量和酶活性的变化。结果表明：植物根际土壤中细菌、真菌和放线菌对铅污染的响应因植物根系环境的不同而有所区别：4种植物根际土壤中细菌和真菌数量增加,但增幅不一致。黑麦草和早熟禾根际土壤放线菌数量降低,翦股颖根际土壤放线菌数量呈现波动起伏。4种植物根际土壤中过氧化氢酶活性、淀粉酶活性和中性磷酸酶活性与土壤铅含量都表现出负相关性,与淀粉酶活性负相关达到极显著,铅对黑麦草和狗牙根根际土壤脲酶活性表现出低浓度下激活高浓度下抑制,早熟禾和翦股颖根际土壤脲酶活性与土壤铅含量表现出正相关性。     

根际微生物群落介导植物磷胁迫应答与免疫调控的整合机制

植物与土壤微生物的长期互作过程中,逐渐演化形成了植物-微生物相互适应的协同调控机制。植物种类和根系分泌物可以影响根际微生物的群落结构,而根际微生物群落反过来也可以影响植物对土壤环境中生物和非生物胁迫的响应。植物磷饥饿(耐低磷)响应机制和抗病(免疫)机制研究在农业生产上都具有十分重要的意义。近年来的研究表明,植物根际微生物可以介导植物对营养物质识别(饥饿响应)和病原防御系统(免疫)分子机制的整合调控。本文综述了本领域研究的最新进展,详细解析了植物体内磷胁迫调控与免疫调控两个重要网络在根际微生物群落影响下发生的整合调控,探讨了植物体内分子应答与根际生态的互作机制,对开展作物耐低磷及抗病机制的研究和应用都具有重要意义。     

植物间作下根际微生物和土壤酶与土壤多氯联苯（PCB）降解的关系

以大豆、黑麦草和南瓜为材料,采用盆栽实验,研究了3种植物的单作和相互间作的不同种植方式对多氯联苯污染土壤的根际修复效应与机理。结果表明：（1）PCB去除率与土壤蛋白酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.878和0.929（P〈0.01）,推测这两类酶可能参与了PCB的生物降解过程;（2）PCB去除率与土壤真菌密度呈显著相关（r=0.797）,而PCB去除率与土壤细菌及放线菌密度相关不显著;（3）在本实验条件下,微生物因素对土壤PCB的降解起主导作用,非灭菌土处理的土壤PCB去除率比灭菌土相对应的对照高出17.7%~30.75%;（4）根系分泌物能显著强化微生物的降解功能,添加黑麦草和大豆根系分泌物处理的土壤PCB去除率分别比只加营养液的对照高出21.4%和24.9%。     

酸性黄壤铅污染下植物根际微生物和酶活性研究

采用盆栽试验研究了酸性黄壤铅污染下4种草本植物根际土壤微生物数量和酶活性的变化。结果表明:植物根际土壤中细菌、真菌和放线菌对铅污染的响应因植物根系环境的不同而有所区别:4种植物根际土壤中细菌和真菌数量增加,但增幅不一致。黑麦草和早熟禾根际土壤放线菌数量降低,翦股颖根际土壤放线菌数量呈现波动起伏。4种植物根际土壤中过氧化氢酶活性、淀粉酶活性和中性磷酸酶活性与土壤铅含量都表现出负相关性,与淀粉酶活性负相关达到极显著,铅对黑麦草和狗牙根根际土壤脲酶活性表现出低浓度下激活高浓度下抑制,早熟禾和翦股颖根际土壤脲酶活性与土壤铅含量表现出正相关性。     

接种蚯蚓对加入不同植物残体土壤微生物特性的影响

通过室内试验,研究不同类型土壤和植物残体施用下接种蚯蚓对土壤微生物群落组成及活性的影响,为将蚯蚓引入农田及水土流失区提供理论依据。供试土壤为黏粒含量较低的灰潮土和黏粒含量较高的典型红壤,供试植物残体为高碳氮比的玉米秸秆和低碳氮比的三叶草,供试蚯蚓为体型较大的威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)。结果表明:接种蚯蚓对微生物量碳(MBC)无显著影响;不同土壤无论是否施用植物残体,接种蚯蚓均使土壤基础呼吸(BR)显著增大,尤其是不施用植物残体时;两种土壤中不施用植物残体和施用三叶草时,接种蚯蚓均使代谢熵(qCO2)增大,而施用玉米秸秆接种蚯蚓使qCO2有下降趋势。Biolog孔平均颜色变化(AWCD)在接种蚯蚓时均增大,基质利用丰富度(S)和多样性指数(H)也增大,且未施用秸秆时的变化较为明显;主成分分析(PCA)表明接种蚯蚓后土壤微生物群落组成与结构发生了明显变化。土壤微生物群落特性变化受蚯蚓、土壤及植物残体间交互作用的影响。     

森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

大气中氧化亚氮（N2O）浓度的上升加剧了全球变暖。森林土壤在调节大气N2O浓度中发挥着至关重要的作用。近年来,氮（N）输入对森林土壤N2O通量的影响备受关注。然而,森林土壤N2O排放对N输入响应的机制,尤其是植物和微生物对N2O通量的调控作用尚缺乏系统研究。因此,本文综述了N输入如何通过森林植被（根系N吸收、凋落物分解和形成丛枝菌根）和土壤微生物（微生物量和群落组成）调控N2O产生途径从而影响森林土壤N2O排放。结果表明,植物的竞争性氮吸收能降低氮输入对N2O排放的促进作用,其作用大小可能主要取决于土壤“氮饱和”状态。植物凋落物主要通过分解过程中的养分归还和次生代谢产物释放来影响氮输入背景下的森林土壤N2O排放,前者具有促进作用,而后者具有抑制作用。丛枝菌根主要通过吸收有效氮和水分、促进团聚体形成以及改变N2O相关功能基因群落调控森林土壤N2O通量。N输入导致的土壤酸化或养分限制,通常会降低微生物量和/或改变微生物群落组成,从而控制N2O排放。N输入对N2O不同产生途径也会造成影响,受土壤湿度、N2O底物浓度以及N2O相关功能基因丰度（AOB、 AOA、nirK、 nirS和nosZ）的调控。未来在模型预测中,需要将植物氮吸收、凋落物分解、菌根以及N2O产生途径充分纳入模型,以提高模型预测准确性,为全球变化背景下制订森林管理政策和温室气体减排措施提供支持。     

Genetic resources for improving nitrogen fixation in legume-rhizobia symbiosis

Leguminous crops are genetically polymorphous for the balance between symbiotrophic and combined types of nitrogen nutrition. In pea, polebean, alfalfa and fenugreek the wild-growing populations and local varieties exceed the agronomically advanced cultivars in the activity of N₂ fixation that occurs in symbiosis with nodule bacteria (rhizobia). Combined nitrogen nutrition ensures higher productivity than symbiotrophic one in the old leguminous crops (pea, alfalfa, common vetch, polebean, soybean), while the symbiotrophic type dominates in some young crops (hairy vetch, kura clover, goat's rue). An importance is emphasized of using the symbiotically active wild-growing genotypes as the initial material for breeding the legume cultivars. The data on high heritability (broad sense, narrow sense, realized) of the legume symbiotic activity demonstrate that the plant selection for this activity may be highly effective. A range of methods to select the legumes for an improved symbiotic activity is available including plant growth in N-depleted substrates, analysis of nodulation scores, direct (isotopic) and indirect (acetylene reduction) estimation of nitrogenase activity. Analysis of the specificity of interactions between different plant genotypes and bacterial strains (via two-factor analysis of variance) demonstrates the strain-specific plant polygenes are of a special importance in controlling the intensity of nitrogen fixation. Therefore, a coordinated plant-bacteria breeding is required to create the optimal combinations of partners' genotypes. Selection and genetic construction of the commercially attractive rhizobia strains should involve improvement of nitrogen fixing, nodulation and competitive abilities expressed in combination with the symbiotically active plant genotypes, Breeding of the leguminous crops for the preferential nodulation by highly active rhizobia strains, for the ability to support N₂ fixation under moderate N fertilization levels and to ensure a sufficient energy supply of symbiotrophic nitrogen nutrition is required     

Variability of nodulation and dinitrogen fixation capacity among soybean cultivars

 In order to identify soybean cultivars with higher biological N₂ fixation capacities, North American and Brazilian soybean [Glycine max (L.) Merrill] cultivars, belonging to maturity groups VI–VIII, were evaluated for nodulation parameters and N₂ fixation rates. The symbiotic performance of 152 cultivars was evaluated in pots containing 4 kg soil with an established population of the three Bradyrhizobium elkanii strains [29w (SEMIA 5019):SEMIA 566 : SEMIA 587, 22%:36%:34%] which are established in most Brazilian soils cultivated with soybean. Differences were verified among cultivars, with some accumulating up to twice as much nodule dry weight and N in tissues as others. The variability among cultivars was also confirmed when six of them were used in a field experiment, resulting in differences in nodulation, yield and total N accumulated in grains. The analysis of nodule occupancy in 12 cultivars grown either under sterile conditions and receiving a double inoculum and N-free nutrient solution, or in pots containing soil with an established population of bradyrhizobia, showed the preference of cultivars for specific strains. Received: 7 December 1998     

菌剂-菌根联合修复石油污染土壤的实验研究

植物根际是一个能降解土壤中污染物的生物活跃区。本文应用菌根修复技术对某污灌区石油烃污染土壤进行了处理。在污染土壤中种植玉米和黄豆,通过施加不同的菌剂,采取菌剂和菌根强化修复措施,在运行一个生长季节后,土壤中石油类污染物降解率可达53%~78%。本研究为该地区石油污染土壤的治理提供了有力的技术保证。     

The relationship between vesicular-arbuscular mycorrhiza and lime: Associated effects on the growth and nutrition of brachiaria grass (Brachiaria decumbens)

Summary We studied the effects of limining on growth and nutrient concentrations of Brachiaria decumbens inoculated with five vesicular-arbuscular mycorrhizal (VAM) fungal assemblages which orginated from soils with different acidity. Liming increased plant growth when applied at rates up to 3 g kg^-1 soil and depressed growth at higher rates. Mycorrhizal plants grew better than non-mycorrhizal ones in unlimed soil and also liming rates of 4.5 and 6.0 g kg^-1 soil. The growth amelioration effects of VAM in highly acid or over-limed soils were related to nutrient uptake. VAM fungi isolated from an acidic soil exhibited a high symbiotic effectiveness and were better adapted to unlimed soil than those that originated from non-acidic soils. VAM root colonization, 90 days after planting, was little affected by liming. Fungal spore production and species compositions were highly affected by liming. A mixture of Glomus diaphanum and Glomus occultum predominated in unlimed soils inoculated with VAM assemblages isolated from non-acidic soils. In these fungal assemblages, an increased liming rate favored Glomus etunicatum over the other VAM fungi. Gigaspora margarita sporulated abundantly when introduced into unlimed soils, but rarely in limed soils. VAM appear to be crucial for the establishment of brachiaria pastures in the nutrient-deficient acidic soils of Central Brazil. It is suggested that liming may cause striking shifts in VAM populations which may, in turn, have a long-term impact on agricultural productivity in the tropics.     

下垫面性质对食用菌高效生态栽培环境--空气中微生物区系影响的研究

对不同性质的6个位点进行的系统测定研究证明,下垫面性质和特点对近地表层空气中微生物数量及区系组成具有决定性影响。周年微生物数量顺序为厩舍外>老菌园>办公室内>老菌场外>新菌园>林地。厩舍外空气微生物区系中细菌占明显优势,而食用菌老栽培地(老菌园)则以真菌占优势。建议在食用菌栽培选址和其他人类生活选址中,应将环境微生物特点作为预先考虑的环境生态因素之一。     

微生物对淀粉塑料薄膜降解能力的研究

报道用混合霉菌对淀粉塑料薄膜进行微生物降解的实验室方法和降解效果。将６种被接种的薄膜试片置于２８℃恒温条件下,经过２８天的培养,试片降解效果为：混合霉菌生长覆盖面积达２５％～１００％;失重率为０．６７％～１９．２６％;抗拉强度降低９０％以上;断裂伸长率降低１２．７％～３７．２％。证明混合霉菌对淀粉薄膜有良好的降解能力     

种植转双价抗真菌基因水稻对根际微生物群落及酶活性的影响

对转几丁质酶和葡聚糖酶双价抗真菌基因抗病水稻七转39种植后的根际土壤微生物群落和酶活性进行了分析。研究结果表明,七转39根内生真菌和细菌数量显著低于非转基因阴性对照七丝软粘和常规水稻竹籼B,根际土壤中真菌和细菌数量也少于七丝软粘,与竹籼B数量接近。在水稻抽穗期测定,转基因水稻根际土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和脲酶活性以及可溶性有机质、氮、磷含量均与对照无显著差异。转基因水稻残体腐解过程中土壤腐殖酸含量变化与七丝软粘一致。与对照相比, 种植七转39未对下茬水稻的生长产生显著影响。