根际生命共同体：协调资源、环境和粮食安全的学术思路与交叉创新

植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而,当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题,本文提出"根际生命共同体(Rhizobiont)"学术思路,围绕"根际互作与养分高效"这一重大科学命题,构建"植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物"根际生命共同体理论体系,突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制,建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径,开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域,根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题,支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容,尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。     

巨菌草根际土壤微生物群落代谢功能多样性分析

[目的]研究福州平潭巨菌草根际土壤与非根际土壤微生物对不同碳源利用,明确巨菌草对根际土壤微生物功能多样性的影响,为巨菌草生态治理提供理论依据.[方法]在福州平潭基地采集巨菌草(Pennisetum giganteum)根际土和非根际土壤样品,采用Biolog-ECO技术研究巨菌草根际土与非根际土壤微生物对不同碳源利用特...     

解淀粉芽胞杆菌YU-1对水稻纹枯病的防治作用

本文旨在筛选对水稻纹枯病有生防作用的菌株,并初步探索其生防作用机理。收集水稻、甘蓝、黄瓜等不同植物根际土壤,采用稀释分离和对峙培养法筛选对水稻纹枯病菌Rhizoctonia solani Kühn有抑菌作用的菌株;通过离体接种防效、盆栽防效、抑菌谱、对水稻纹枯病菌菌核萌发及形成的抑制作用等方面评价其生防潜力,并对生防菌株进行鉴定。结果表明,从采集的37份根际土壤中共分离获得细菌297株,其中4株对纹枯病菌具有较好的拮抗作用,菌株YU-1对水稻纹枯病菌菌丝生长的抑制率达89.8%;对西瓜枯萎病菌、草莓灰霉病菌、番茄早疫病菌、油菜菌核病菌、小麦赤霉病菌菌丝生长的抑制率均在85%以上;对水稻纹枯病的离体和盆栽防效分别为73.1%和66.3%;对水稻纹枯病菌菌核萌发的抑菌率在92%以上;经生理生化和分子鉴定为解淀粉芽胞杆菌Bacillus amyloliquefaciens。由此可看出,菌株YU-1对水稻纹枯病的防治具有较强的应用价值,具有进一步开发成生物农药的潜力。     

棘孢木霉菌肥对黄瓜枯萎病的防治效果及对连作黄瓜根际土壤微生物种群的影响

为明确棘孢木霉Trichoderma asperellum菌肥在防治黄瓜枯萎病的同时对连作黄瓜根际土壤微生物种群的影响,采用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)和磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)分析方法分别测定了棘孢木霉菌肥对连作4年的黄瓜根际棘孢木霉菌和尖孢镰孢菌Fusarium oxysporum DNA拷贝数变化和黄瓜根际微生物种群的影响。结果表明:棘孢木霉菌肥对黄瓜幼苗期和速长期黄瓜枯萎病的防治效果分别为70.24%和76.81%,均与药剂对照的防效差异不显著。棘孢木霉菌的DNA拷贝数出现2个高峰期,即黄瓜苗期和盛果期,其DNA拷贝数分别为235 000.00 ng/μL和80 500.00 ng/μL。黄瓜速长期、盛果期、生长末期的尖孢镰孢菌DNA拷贝数分别为15.41、54.87和18.36 ng/μL,且显著低于同一时期药剂对照和清水对照。黄瓜幼苗期、速长期、开花期和盛果期根际土壤微生物丰度分别为2.24、1.98、2.52和2.12,均高于药剂对照。由此可见,棘孢木霉菌肥在防治黄瓜枯萎病的同时,还可以改善黄瓜连作土壤微生物种群结构。     

不同种植年限白沙蒿对根际土壤营养元素的影响

分别选取建植5、10、15和20年的白沙蒿(Artemisia sphaerocephala), 研究其根际与非根际土壤中营养元素含量及土壤pH值的变化。结果表明, 1)随建植年限的增加, 白沙蒿根际土壤有效N、P含量增加, 铵态氮和有效磷的最大富集率分别为91.15%和127.30%;2)有效Cu表现为负富集, 其在根际的含量随建植年限的增加而降低, 其它有效微量元素均表现出根际含量大于非根际, 其中有效Mn随年份增加有明显积累, 在20年株龄富集率达到最高值, 85.24%;3)5、10年株龄沙蒿根际pH无明显变化, 15、20年株龄白沙蒿根际土壤表现出明显的酸化作用;4)土壤有效元素间的相关性存在明显的根际效应。     

续断菊与蚕豆间作下土壤部分化学特征与Cd形态分布状况研究

通过田间试验,研究间作和单作两种种植模式下植物根际土壤p H、有机质、碱解氮、速效钾、速效磷和不同形态Cd分布状况变化,考察综合因素对土壤重金属Cd形态分布状况与续断菊(Sonchus asper L.Hill)和蚕豆(Vicia faba L.)两种植物吸收Cd的影响。结果表明:随着植物的生长,单作蚕豆与单作续断菊土壤p H值没有显著变化,间作土壤p H值下降0.11个单位;间作土壤有机质比单作蚕豆和单作续断菊分别增加12.64%和20.13%;随着植物的生长,间作与单作蚕豆碱解氮含量分别显著增加139.87%、155.15%;间作与单作续断菊土壤速效钾含量接近,变幅在5%左右,单作蚕豆下降10.60%;不同种植模式土壤速效磷含量均呈现下降趋势,间作显著下降7%左右,单作蚕豆与续断菊下降量接近;各时期Cd各形态含量分布为可交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态有机物结合态;成熟期间作Cd可交换态含量比单作蚕豆与单作续断菊分别下降21.98%、22.13%,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态含量没有差异性;间作蚕豆生物量相比单作降低了24.77%,间作续断菊生物量相比单作增加15.29%;单作蚕豆根、叶、豆荚与籽粒Cd质量分数显著大于间作蚕豆,间作续断菊地上部Cd质量分数显著大于单作,根部无差异。总之,间作增强了续断菊对Cd的吸收,降低了蚕豆对Cd的吸收。     

2株重组根瘤菌在4个大豆品种根圈中定殖动态的比较研究

在灭菌和未灭菌土盆栽缩影条件下，比较研究了重组大豆根瘤菌HN01DL和TA113QD在4个不同品种大豆根圈中的定殖动态与水平，并初步考察了其与共生效应的关系。结果表明：HN01DL在渝豆1号和宁镇1号大豆根圈表现出较强的适应性和竞争性，而TA113QD则在Williams大豆根圈的适应性较强，在宁镇1号大豆根圈的适应性较差，且供试菌在4种大豆根圈定殖动态与水平的差异在共生效应上也有一定程度的反映，但未达到显著水平。     

不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理研究

筛选和培育耐低磷植物是缓解磷矿资源缺乏和提高磷肥利用效率的有效途径之一。本研究在前期材料筛选的基础上,通过根箱试验研究不同磷效率油菜根际土壤磷活化机理,其结果如下:在施磷和不施磷处理条件下,磷高效油菜品种B56（HG）的吸磷量和生物量均高于磷低效品种B10（LG）;两油菜品种根际土壤中的NaHCO3-Pi, NaHCO3-Po和 NaOH-Pi,NaOH-Po四种磷素形态均有显著的亏缺现象;磷高效品种（HG）根际土壤上述四种磷素形态亏缺程度大于磷低效品种（LG）,但Resin-P则出现富集,并且HG的富集程度大于LG,这可能与HG具有较高吸磷能力有关。两油菜品种根际土壤HCl-Pi 和 残渣态磷（Residual-P）没有发生明显的亏缺现象。相比较而言,HG能分泌更多的酸性磷酸酶,该酶活性与NaHCO3-Po含量呈显著的负相关,说明酸性磷酸酶对有机磷矿化起着非常重要的作用。     

蜡样芽孢杆菌菌株X5强化的生物有机肥能有效控制根结线虫(Meloidogyne sp.)

The efficacy of Bacillus cereus X5 as a potential biological control agent against root-knot nematodes was evaluated in vitro by examining second-stage juvenile mortality and egg hatching rate under addition of culture filtrate and in planta by application of bio-organic fertilizers enhanced with B. cereus X5, B. thuringiensis BTG, or Trichoderma harzianum SQR-T037 alone or together in greenhouse and field experiments. The biofumigation of the root-knot nematode-infested soil with organic materials (chicken manure, pig manure and rice straw) alone or in combination with B. cereus X5 was also conducted in greenhouse experiments. In laboratory, the filtrate of B. cereus X5 more effectively reduced egg hatching rates during the incubation period for 14 d and more effectively killed the second-stage juvenile during the incubation period of 24 h than that of B. thuringiensis BTG. The highest dry shoot weights for greenhouse tomatoes and field muskmelons were found in both the treatment consisting of the bio-organic fertilizer enhanced with the three biocontrol agents and the treatment consisting of the bio-organic fertilizer enhanced only with B. cereus X5. The two bio-organic fertilizers achieved better nematicidal effects than those enhanced only with B. thuringiensis BTG or T. harzianum SQR-T037. B. cereus X5 also enhanced effect of biofumigation, which resulted in increased plant biomass and reduced nematode counts in the roots and rhizosphere soil. Therefore, these results suggested that biological control of root-knot nematodes both in greenhouses and fields could be effectively achieved by using B. cereus X5 and agricultural wastes.     

小麦蚕豆间作对红壤有效磷的影响及其与根际pH值的关系

在云南红壤上采用田间小区试验,通过测定分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期、灌浆～乳熟期不同土层深度小麦根际土壤有效磷(available phosphorus)含量和根际pH值,比较研究了小麦蚕豆间作对小麦根际土壤有效磷含量和pH值的影响,探讨了间作小麦根际pH与根际土壤有效磷之间的相互作用.结果表明,与小麦单作相比,小麦蚕豆间作显著地促进了小麦产量的提高.同时,小麦蚕豆间作促进了小麦根际土壤有效磷含量的提高,分蘖～拔节期、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm土层单、间作差异显著;间作显著降低了分蘖～拔节期10-20 cm土层、孕穗～抽穗期0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm土层小麦根际土壤pH.分蘖～拔节期、灌浆～乳熟期,单、间作小麦根际土壤有效磷含量与根际pH呈负相关关系.试验表明,在红壤上间作小麦根际土壤有效磷含量的提高与间作降低根际pH有密切关系.