根际微生态视角下药用植物连作障碍机制和缓解措施研究进展

“植物-土壤-微生物”系统中各种量效关系在连作过程中发生变化,导致根际微生态系统抵御病原微生物的能力降低,已成为制约药用植物品质和产量的关键因素。本文从根际微生态的角度综述了药用植物连作障碍产生的原因及缓解对策,概述该领域存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。连作后,药用植物根系及其分泌物与微生物数量、群落结构之间的复杂相互作用发生改变,导致原有根际微生态系统失衡并有利于土传病害的发生。采用植物育种、微生物群落组装等缓解措施协调植物-土壤-微生物组的互作关系,以达到维持土壤生态系统平衡和植物健康的目的,最终提升药用植物的产量与品质。本文建议药用植物连作障碍研究应该重视以植物-病原体关系为主导的根际微生态综合作用过程与机制,为未来药用植物的连作障碍治理和健康发展提供参考。     

油料作物与根际微生物相互作用研究进展

花生Arachis hypogaea、油菜Brassica napus、大豆Glycine max等油料作物是中国食用和工业用油脂的重要来源,其根系微生物的活性和相互作用,会直接影响油料的产量和品质。近年来,有关油料作物根际微生物的研究已逐渐成为国内外的研究热点。本研究从油料作物微生物群落组成及其影响因素、相互作用机制和农业生产应用3个层面,综述了近年来国内外油料作物根际微生物的相关研究进展。结果发现：(1)影响油料作物根际微生物组成主要因素有油料作物的品种、生育期、土壤环境和耕作方式等;(2)油料作物与根际微生物相互作用的研究主要在利用有益根际微生物对油料作物抗逆性、产量以及品质的提升方面;(3)目前在农业生产中,主要通过调控根际微生物、调控宿主油料作物以及调节耕种方式来促进油料作物生长。通过对油料作物与根际微生物相互作用的研究,为今后探究油料作物与根际微生物之间的相互作用关系,以及拓展微生物菌剂在油料作物中的应用提供科学参考。图1表1参75     

影响植物根际微生物区系之因素研究进展

根际是土壤、植物生态系统物质交换的活跃界面,植物作为第一生产者将部分光合产物转运至根部,通过分泌物供给根际微生物碳源和能源;根际微生物则将有机养分转化成无机养分利于植物吸收利用,植物、土壤、微生物的相互关系维持着土壤生态系统的生态功能。近年来,随着对根际土壤微环境研究的深入,根际微生物研究内容不断丰富和发展。笔者结合近年来国内外研究结果综述了不同因素对植物根际微生物生物多样性和生态功能产生的影响,并提出了今后这一领域的研究思路及方向。     

植物与根际微生物相互作用关系研究进展

根际作为连接植物根系与土壤的活跃界面,微生物种类众多,是直接接触根系并影响其生理活动的区域。为了更好地了解并应用根际微生物,结合近年来国内外植物与根际微生物关系的研究现状,综述了植物与根际微生物的相互作用关系,即植物种类和根系分泌物对根际微生物的影响,根际有益微生物和有害微生物对植物生长的影响,探讨了种植与耕作方式及施肥管理等农业技术措施对植物根系与根际微生物系统的影响,展望了今后的研究方向。     

农业管理措施对根际微生物的影响研究现状及展望

综述了国内外品种管理、肥料管理、农药管理、水分管理及种植制度等农业管理措施对根际微生物影响的研究进展,为调控根际微生物研究提供参考,同时对根际微生物今后研究方向提出了建议.     

牡丹根际微生物的研究进展

牡丹连作障碍严重危害牡丹的生长发育,其形成原因复杂,最新研究显示,牡丹连作障碍与根际微生物菌群结构的变化具有一定的相关性。根据近年来国内外关于牡丹与根际微生物互作的研究成果,对牡丹根际微生物的多样性、牡丹与根际微生物的相互作用、牡丹连作障碍与根际微生物的关系等方面的研究进展进行综述,提出了今后牡丹根际微生物方面需要深入研究的几个问题,以期从根际微生物种群动态变化的角度认识牡丹连作障碍的原因并为其防治提供思路。     

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。     

近20年来生态修复中根际微生物的研究进展

采用文献计量方法,对近20 a生态修复中根际微生物的研究进行梳理和总结,重点阐述国内典型生态脆弱区(青藏高原、黄土高原和喀斯特地区)生态修复中根际微生物的研究现状,并提出今后根际微生物在生态修复研究中的重点。结果表明,生态修复中根际微生物的研究进展可分为3个阶段,即初步发展阶段（2000-2006年）、缓慢发展阶段（2007-2017年）和快速发展阶段（2018-2019年）,不同阶段的研究重点不同。在初步发展阶段,国外学者研究了根际微生物对土壤有机化合物的矿化作用,国内学者重点关注重金属、有机污染物等污染土壤的相关问题;在缓慢发展阶段,多环芳烃的降解问题受到广泛重视。随着测序技术在第3阶段的快速发展,根际微生物的研究进入快速发展阶段,主要集中在植物修复和生物降解方面。总的来说,国外重点关注根际微生物与植物对退化土壤的联合修复,而国内主要侧重于对有机污染物的降解。近20 a来,我国典型生态脆弱区的相关研究主要集中在根际微生物对全球变化（增温、降雨）的响应、有机污染物降解、对植物促生等方面,尚缺少根际微生物之间及其与植物、土壤的互馈研究。今后,生态修复中根际微生物的研究应重点关注功能微生物群、微生物共存网络以及植物-土壤-微生物协同作用等方面。     

作物根际沉积氮研究进展

根际沉积氮是土壤微生物重要的营养元素来源,也是联系作物、土壤和微生物的桥梁。近年来随着对作物地上部分研究的深入,对地下部的研究日益受到重视和关注, 作物根际沉积氮已成为一个重要的研究课题之一。简要介绍了国内外作物根际沉积氮的最新研究进展,包括数量评估、影响因素、研究和计算方法等,以供相关研究参考。并提出未来应加强大田原位情况下根际沉积氮量与组成的研究,明确其调控机制,以及与根际沉积碳之间的协同作用与机制。     

植物根际微生物次级代谢产物研究进展

植物根际是微生物生长的特殊微生态环境,根际微生物在种类和数量上不同于非根际微生物。近年来,通过根际微生物途径分离到一些活性物质,其中有一些新结构化合物,并在多方面具有较高生物学活性。植物根际微生物是一类值得深入研究与开发的微生物资源。     

植物根围微生态与土传病害生物防治相关性研究进展

植物根围微生物号称植物的第二基因组,与植物本身的健康息息相关,因此植物根围微生物是筛选生防菌株的主要来源。本文综述了近几年植物与根围微生物互作的研究进展,包括植物对于根围微生物的影响;根围微生物的“救助”机制;生防菌株应用过程中和土著根围微生物的相互作用以及这种互作对于生防效果的影响。     

Rhizosphere immunity: targeting the underground for sustainable plant health management

Managing plant health is a great challenge for modern food production and is further complicated by the lack of common ground between the many disciplines involved in disease control. Here we present the concept of rhizosphere immunity, in which plant health is considered as an ecosystem level property emerging from networks of interactions between plants, microbiota and the surrounding soil matrix. These interactions can potentially extend the innate plant immune system to a point where the rhizosphere immunity can fulfil all four core functions of a full immune system: pathogen prevention, recognition, response and homeostasis. We suggest that considering plant health from a meta-organism perspective will help in developing multidisciplinary pathogen management strategies that focus on steering the whole plant-microbe-soil networks instead of individual components. This might be achieved by bringing together the latest discoveries in phytopathology, microbiome research, soil science and agronomy to pave the way toward more sustainable and productive agriculture.     

适钙植物报春苣苔根际土壤微生物群落结构

为解析喀斯特适钙植物报春苣苔根际微生物群落结构的特点,采用高通量测序16S rRNA V4和ITS1区序列,比较分析了适钙植物报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落结构差异,并利用CCA及斯皮尔曼相关系数分析了土壤可溶性钙含量和报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落之间的关系。结果表明：报春苣苔根际土壤微生物群落包含41个细菌门及6个真菌门。细菌中优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）及酸杆菌门（Acidobacteria）,占64%以上;真菌主要为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和接合菌门（Zygomycota）,占99%以上。相比非根际土壤,在根际土壤中酸杆菌门菌群丰度显著上升,而变形菌门和芽单胞菌门丰度显著下降,生长受到抑制。报春苣苔的根际和非根际土壤微生物群落非常丰富,包含569个属的细菌及276个属的真菌。报春苣苔根际细菌的Shannon、Chao1和ACE等α-多样性指数显著高于非根际,表明报春苣苔根际细菌菌群种类数量高于非根际土壤;而报春苣苔根际真菌的PD_whole_tree指数显著低于非根际,表明报春苣苔根际真菌群落的群体进化低于非根际。土壤可溶性钙对于微生物群落结构的解释量仅为16.93%,且蒙特卡罗置换检验表明土壤可溶钙和物种分布显著不相关性;只有Hydrogenedentes门细菌与土壤可溶性钙显著正相关。报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落之间差异显著,且两者与土壤可溶性钙的相关性有限;报春苣苔根际土壤微生物的物种组成丰富,且报春苣苔根系有利于根际土壤细菌群落多样性。     

适钙植物报春苣苔根际土壤微生物群落结构

为解析喀斯特适钙植物报春苣苔根际微生物群落结构的特点,采用高通量测序16S rRNA V4和ITS1区序列,比较分析了适钙植物报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落结构差异,并利用CCA及斯皮尔曼相关系数分析了土壤可溶性钙含量和报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落之间的关系。结果表明：报春苣苔根际土壤微生物群落包含41个细菌门及6个真菌门。细菌中优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）及酸杆菌门（Acidobacteria）,占64%以上;真菌主要为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和接合菌门（Zygomycota）,占99%以上。相比非根际土壤,在根际土壤中酸杆菌门菌群丰度显著上升,而变形菌门和芽单胞菌门丰度显著下降,生长受到抑制。报春苣苔的根际和非根际土壤微生物群落非常丰富,包含569个属的细菌及276个属的真菌。报春苣苔根际细菌的Shannon、Chao1和ACE等α-多样性指数显著高于非根际,表明报春苣苔根际细菌菌群种类数量高于非根际土壤;而报春苣苔根际真菌的PD_whole_tree指数显著低于非根际,表明报春苣苔根际真菌群落的群体进化低于非根际。土壤可溶性钙对于微生物群落结构的解释量仅为16.93%,且蒙特卡罗置换检验表明土壤可溶钙和物种分布显著不相关性;只有Hydrogenedentes门细菌与土壤可溶性钙显著正相关。报春苣苔根际/非根际土壤微生物群落之间差异显著,且两者与土壤可溶性钙的相关性有限;报春苣苔根际土壤微生物的物种组成丰富,且报春苣苔根系有利于根际土壤细菌群落多样性。     

黑龙江省药用植物根际土壤真菌多样性

为了解黑龙江省药用植物根际土壤真菌的种群结构和区系分布特点,于2010年7月份和10月份,在黑龙江省的伊春、铁力、绥化、哈尔滨、牡丹江和佳木斯6个中药材产区共采集土壤样品220份,所采集的药用植物种类主要有五味子、平贝母、刺五加、党参、防风、柴胡、桔梗、黄芩等14种.经稀释平板法和土壤颗粒平板法分离共获得1016株真菌,经形态鉴定归为35属86种,其中接合菌7属10种,占7.78％;子囊菌1属2种,占0.69％;无性型真菌27属74种,占70.76％,其余20.77％的菌株为不产孢真菌.试验结果表明,黑龙江省药用植物根际土壤真菌的种群多样性丰富,其中青霉属Penicillium、曲霉属Aspergillus、木霉属Trichoderma、镰孢菌属Fusarium是优势种群,粘帚霉属Gliocladium、金孢属Chrysosporium、毛霉属Mucor、枝孢属Cladosporium、枝顶孢属Acremonium、根霉属Rhizopus是亚优势种群.不同药用植物根际土壤真菌区系的结构和组成存在一定的差异.除无孢类群外,青霉属Penicillium、曲霉属Aspergillus、木霉属Trichoderma和镰孢菌属Fusarium是14种药用植物根际土壤真菌的优势菌群.五味子、平贝母和柴胡是黑龙江省种植的主要中药材,它们在6个采样地点间的真菌种群的多样性水平存在差异,其中伊春地区的多样性指数(H’=2.9574)和丰富度指数(R=5.6683)最高,而佳木斯地区的均匀度指数(J=0.9200)最高.不同地区的相似性水平也存在差异,其中牡丹江与绥化的药用植物根际土壤真菌种群组成之间的相似性系数最高(Cj=0.6315),牡丹江与哈尔滨的相似性最低(Cj=0.3704).     

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。     

河北省安国市药用植物AM真菌资源和分布研究

2008年7月,调查分析了河北省安国市10种药用植物根围AM真菌资源和分布。结果表明:10种药用植物均能与AM真菌形成良好共生关系,不同药用植物形成菌根的能力不同,射干孢子密度和总定殖率最高,孢子密度为2 814个/100 g土,总定殖率为100%。白芷、射干和白术形成P-型菌根,而沙参、菊花、南星、防风、黄芪、甘草和黄芩形成A-型菌根。共分离AM真菌3属16种,其中球囊霉属(Glomus)8种、无梗囊霉属(Acaulos-pora)5种、盾巨孢囊霉属(Scutellospora)3种。地球囊霉(Glomus geosporum)和摩西球囊霉(Glomus mossea)是10种药用植物的共同优势种,多梗球囊霉(Glomus multicaule)仅在沙参根区出现,明球囊霉(Glomus clarum)仅在菊花根区出现,细凹无梗囊霉(A.scrobiculata)为南星根区独有。     

药用植物基因组学研究进展

药用植物代表了最古老的药物形式,在许多国家的传统医学中使用数千年.药用植物是重要的自然资源,发展中国家高达80％的人口主要依赖植物来源的药物,全世界对草药的需求正在逐年递增,预计到2050年将达到5万亿美元,药用植物及其衍生物的大规模生产是不可避免的发展趋势.现代测序技术的飞速发展促进了药用植物基因组学的研究,基于基因组学的跨学科研究以及DNA和RNA、代谢组学和蛋白质组学的高通量数据分析,药用植物在代谢途径/酶、代谢物、基因、基因网络和蛋白质-蛋白质相互作用等研究领域取得突破.结合本团队相关研究工作对药用植物基因组学的最新研究进展进行综述,涉及利用结构基因组学和功能基因组学揭示各种药用植物的基因组序列信息、物种间进化、分子化合物动态变化以及药用成分合成等方面,这些数据为重要药材资源的分子辅助育种、基因组编辑以及对活性化合物化学多样性分子机制的理解提供了重要的理论基础.许多药材的植物化学成分和潜在的健康益处尚未得到研究或仍需要更深入地研究,药用植物的未来充满未知、希望,甚至惊喜.鉴于物种的多样性、环境因素的复杂性以及药用植物的全球分布,结合基因组学加强研究工作以开发新的和改良的药用植物品种势在必行.     

缺磷诱导植物分泌低分子量有机酸的研究进展

总结了近年来对缺磷诱导植物分泌的低分子量有机酸(包括来源、组成和种类、分泌机理)、有机酸的作用机理及其研究方法等方面的研究,并对以后的研究方向进行了展望。