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根际微生物群落与植物健康生长密切相关,但由于根际微生物群落成员庞大,结构复杂,不利于根际微生物群落成员间互作、及群落互作对根际免疫机制的深入研究。合成菌群因其结构简单、互作方式可控等优势,在根际微生态领域研究中发挥重要功能,一方面为微生物-微生物、微生物-植物互作功能及机制深入研究提供新的思路和方法,另一方面合成菌群能够转化为农业知识,助力农业绿色健康发展。鉴于此,本文从合成菌群构建、合成菌群促生抗逆功能等方面综述了目前研究进展,展望未来合成菌群的研究方向及对推动农业绿色发展的具体大潜力。 相似文献
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一氧化氮在植物发育及植物–微生物互作中的作用机制研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
一氧化氮 (NO) 作为高活性信号分子,是调控植物生长发育的关键因子。NO可提高植物对非生物胁迫及生物胁迫的抗性,增强植物的免疫能力。最新的研究表明,NO在植物根系与微生物的互作过程中发挥着重要作用,NO能够促进植物根系与根瘤菌及丛枝菌根真菌形成共生体,从而提高植物对土壤氮磷养分的获取。NO作为信号物质调控植物对生物胁迫和非生物胁迫抗性的主要机制有:1) NO与活性氧系统互作,调节活性氧的水平,缓解氧化应激反应对植物的伤害;2) NO通过蛋白质的翻译后修饰,对植物免疫及抗逆过程进行调节;3) NO与多种植物激素互作,参与激素对植物生长发育的调节过程。而且NO可促进共生体的形成及发育相关基因表达,抑制免疫基因表达,通过NO与植物球蛋白 (phytoglobin) 的循环维持共生体的氧化还原水平及能量状态,从而促进植物–微生物共生关系。以往关于NO的研究主要集中在前3个方面,有关NO在植物–微生物互作中的作用机制的研究较少,NO参与植物–微生物互作机制的研究亟待加强。揭示NO增强植物抗逆性及其调节根系发育的机制,深入探究NO调控植物–微生物互作的机理,对于提高集约化作物生产体系中养分利用效率和作物生产力具有重要的理论与实践意义。 相似文献
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植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展 总被引：2，自引：1，他引：1
【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。 相似文献
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磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用机制研究进展 总被引：6，自引：2，他引：4
【目的】磷与水分利用率低是制约作物生产的重要因子。磷必须在水分的作用下通过根土界面才能被作物吸收利用,磷和水分在根土界面的互作效应是影响其高效利用的关键环节。本文以根际为核心,重点综述了磷与水分在根土界面的互作机制,并剖析了通过强化根土界面磷与水分的协同,提高农田水肥资源利用效率的根际调控途径。[主要进展]根系的形态和生理变化深刻影响磷和水分的有效性,而根系生长和根际过程依赖于植物的营养和水分供应状况,作物根层适宜的水分和养分供应水平能最大化根系和根际过程的效率,从而促进作物对磷与水资源的高效利用。作物根系除了能对根层土壤中磷和水分的系统供应做出响应外,也对局部磷和水分的变化产生形态和生理上的反应。根系响应磷和水分的表型可塑性与植物激素的调控作用密切相关。ABA、乙烯、NO均参与磷和水分互作的调控过程,质外体pH在调控植物抵抗水分胁迫过程中具有重要作用,并与植物的营养状况密切相关。[展望]深入理解根土界面水与磷互作的协同过程及其调控机制是提高集约化作物体系水分和磷利用效率的关键。未来的研究方向与重点包括:进一步揭示磷和水分互作与激素信号途径之间的关系,探明农田生态系统中磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用的协同机制,建立不同种植条件下水肥资源高效利用的根际调控途径,为通过根系、根际的定向调控,发挥其生物学潜力,提高集约化农田水肥资源的利用效率提供科学依据。 相似文献
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从抑病土壤到根际免疫：概念提出与发展思考 总被引：4，自引：0，他引：4
作物土传病害已经成为集约化农业可持续发展中的瓶颈,在粮食安全、资源高效和生态健康多目标协同发展的指导思想下,系统的绿色防控理论和技术体系构建是破解该难题的重要前提。作为植物-土壤互作的热点区域,根际栖息着较土体土壤更丰富的微生物群落,是土传病原物入侵作物根系的必经之路。根际微生态系统中的植物、土壤、微生物组和病原物之间的交互作用必然影响着植物健康。笔者将根际微生态系统抵御土传病原物入侵的现象和能力,称之为"根际免疫"。本文重点梳理根际免疫概念形成的4个重要阶段:(1)抑病土壤概念的提出与发展;(2)抑病微生物筛选与作用机制;(3)抑病土壤核心微生物组及互作机制;(4)根际免疫概念的形成与发展思考。最后从关注根际微生态、注重学科交叉和系统揭示根际免疫机制三方面进行展望,以期为提升土壤-植物系统健康和实现农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。 相似文献
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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 总被引：5，自引：0，他引：5
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。 相似文献
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植物根系分泌物与根际微生物交互作用机制研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
根际是受植物根系影响最为强烈的微域环境,是植物和土壤交流的桥梁。根系能通过调控根系分泌物的种类和数量影响根际微生物的种群结构和多样性,根际微生物通过改变根际土壤特性影响根系的分泌作用,进而影响植物的生长发育过程。因此,很有必要对这些研究进展进行梳理,提出未来该领域的研究重点。本文以1999 ~ 2022年中国知网（CNKI）和Web of Science核心数据库为文献来源,对根系分泌物与根际微生物互作相关的64篇论文进行分析。总结了近年来根系分泌物和根际微生物互作的最新研究成果,重点介绍了根系分泌物对根际微生物种类、数量和分布的影响,环境胁迫对根系分泌物和根际微生物的影响,以及根际微生物对植物生长的影响。基于此,我们对该领域未来的研究方向进行了展望。深入理解根系分泌物和根际微生物之间复杂的互作关系及其机理,对揭示根际微生态调控过程、土壤微生物组功能、促进农作物增产等方面具有重要的意义。 相似文献
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磷是构成许多关键性大分子的重要底物，在植物体内许多生理生化反应中都发挥着重要作用，磷供应不足会极大地限制作物的产量和品质。在漫长的进化过程中，植物形成了一系列适应低磷胁迫的机制，其中，蛋白质水平的泛素化修饰对植物响应低磷胁迫起重要作用。泛素化修饰可以改变靶蛋白的活性、稳定性及其在亚细胞的定位等。对关键蛋白的泛素化修饰在植物低磷胁迫响应中的调控功能和机制进行归类总结，综述植物蛋白质泛素化途径调控低磷胁迫的研究进展。蛋白质泛素化修饰研究主要从泛素、酶和靶蛋白3个组分方面进行。泛素由76个氨基酸组成，并以逐步共轭级联的方式与靶蛋白相连，形成泛素–蛋白质复合体，该复合体被运输至26S蛋白酶体内消化与降解，从而调控众多生理过程。蛋白质泛素化修饰通过改变根系形态构型，影响磷转运子和转录因子的活性和定位，从而促进或抑制植物对土壤磷的吸收以及向地上部的运输，进而调节磷稳态。最后，提出了对植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化需要进行的研究。 相似文献
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高投入蔬菜种植体系磷素高效利用的根际对话及效应研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
蔬菜种植体系是一种高投入体系,高量磷肥的投入会造成磷资源浪费和磷高积累带来的环境风险。通过根际调控增加磷有效性以及提高蔬菜对磷的吸收利用是菜地减磷增效行之有效的手段之一。基于该研究思路,综述了根际对话三大模块,植物-植物对话（蔬菜间套作根系互作）、植物-微生物对话（蔬菜根系与菌根真菌及根际促生菌互作）以及微生物-微生物对话（菜地解磷微生物与根际微生物互作）在促进蔬菜根系发育、活化土壤累积态磷从而增加蔬菜对磷的吸收利用方面的作用及其作用机制。同时阐述了人为调控不同模块,如利用解磷微生物菌肥提高蔬菜磷吸收利用,以及在缓解蔬菜连作障碍方面的应用效果及机理。最后探讨今后高投入体系根际对话的研究方向,旨在为推动高投入蔬菜种植体系磷肥管理的绿色和可持续发展提供理论依据。 相似文献
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植物耐低磷胁迫的遗传调控机理研究进展 总被引：4，自引：1，他引：3
土壤中总磷的含量很高,但其中能被植物吸收利用的有效磷浓度往往很低,因此,缺磷已经成为农业生产中重要的限制因子之一。由于磷在植物生长发育过程中的重要作用,植物在进化的过程中形成了一系列的适应机制以应对低磷胁迫。随着分子生物技术在植物营养研究中的广泛应用,研究人员相继克隆了大量参与植物体内磷动态平衡调控的基因,其中包括磷转运子、 转录因子、 非编码的小RNA及其它低磷胁迫诱导基因等。这些基因相互作用共同形成了复杂的植物耐低磷胁迫遗传调控网络。另外,利用数量遗传学的研究思路,大量与植物磷效率相关的数量性状位点（quantitative trait locus, QTL）也被定位出来。这些研究结果对于理解植物耐低磷胁迫的遗传调控机制具有重要作用。本文就以上研究的国内外最新进展进行综述。 相似文献
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黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
连续3年试验研究了黄土母质生土当年施肥对谷类作物生产力与根际土壤营养及生物活性的影响。结果表明:黄土母质生土当年施肥促进了作物根系生长、生产力增加,强大的根土系统又促进了微生物的繁衍、酶活性及土壤营养的提高。黄土母质生土的熟化利用过程需用地养地相结合,重视生物改土。本研究表明,高粱、玉米均可作为生土改良沃化的先锋作物,高粱根系强壮,入土深,生物量大;而玉米虽根重、最大根长、一级节根数低于高粱,但根际土壤微生物数量多,酶活性高。而黍子根系柔弱,根际土壤生物活性较低,与高粱、玉米相比,不宜作为生土改良的先锋谷类作物。黄土母质生土对外源的辅助能(当年施肥)反应十分敏感,施肥的增产效应与土壤培肥都十分显著。黄土母质生土熟化沃化过程既是一个生土培肥改良过程,也是一个物质能量(营养)投入转化过程,并经植物物质生产过程、土壤微生物分解矿化过程及土壤生物化学酶系统促进过程三者互动,共同构成根土苗微生物物质能量转化的生态系统。 相似文献
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三七设施栽培根际微生物菌群变化及其与三七根腐病的相关性研究 总被引：7，自引：0，他引：7
本研究通过对三七免耕种植的定位研究,探讨三七根腐病发病过程中的菌群变化及其与三七根腐病的相关性。结果表明:设施栽培条件下三七根际土壤中各类微生物数量及种群结构均随着季节气温而变化,其消涨变化规律与三七根腐病高发期吻合,是诱发三七根腐病发生的根本原因。进一步的研究表明三七根腐病的发生,与土壤中厌氧细菌、真菌及放线菌数量的增加及其种群数量比例变化有密切的关联性,这三类菌群的数量及其比例变化是诱导三七根腐病害发生的主要原因;土壤温度与根腐发病率没有直接的关联作用,但是温度可改变土壤微生物种群变化并导致三七根腐病的发生发展;根际土壤中好氧细菌数与厌氧细菌数比例及真菌与细菌总数比值可作为三七根腐发病及病害防治的预期参考指标。 相似文献
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In a mesocosm experiment, we studied decomposition rates as CO2 efflux and changes in plant mass, nutrient accumulation and soil pools of nitrogen (N) and phosphorus (P), in soils from a sub-arctic heath. The soil was incubated at 10 °C and 12 °C, with or without leaf litter and with or without plants present. The purpose of the experiment was to analyse decomposition and nutrient transformations under simulated, realistic conditions in a future warmer Arctic.Both temperature enhancement and litter addition increased respiration rates. Temperature enhancement and surprisingly also litter addition decreased microbial biomass carbon (C) content, resulting in a pronounced increase of specific respiration. Microbial P content increased progressively with temperature enhancement and litter addition, concomitant with increasing P mineralisation, whereas microbial N increased only in the litter treatment, at the same time as net N mineralisation decreased. In contrast, microbial biomass N decreased as temperature increased, resulting in a high mobilisation of inorganic N.Plant responses were closely coupled to the balance of microbial mineralisation and immobilisation. Plant growth and N accumulation was low after litter addition because of high N immobilisation in microbes and low net mineralisation, resulting in plant N limitation. Growth increased in the temperature-enhanced treatments, but was eventually limited by low supply of P, reflected in a low plant P concentration and high N-to-P ratio. Hence, the different microbial responses caused plant N limitation after litter addition and P limitation after temperature enhancement. Although microbial processes determined the main responses in plants, the plants themselves influenced nutrient turnover. With plants present, P mobilisation to the plant plus soil inorganic pools increased significantly, and N mobilisation non-significantly, when litter was added. This was presumably due to increased mineralisation in the rhizosphere, or because the nutrients in addition to being immobilised by microbes also could be absorbed by plants. This suggests that the common method of measuring nutrient mineralisation in soils incubated without plants may underestimate the rates of nutrient mobilisation, which probably contributes to a commonly observed discrepancy of measured lower rates of net nutrient mineralisation than uptake rates in arctic soils. 相似文献
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Biodiversity, current developments and potential biotechnological applications of phosphorus-solubilizing and -mobilizing microbes: A review 总被引：3，自引：0，他引：3
Divjot KOUR Kusam Lata RANA Tanvir KAUR Neelam YADAV Ajar Nath YADAV Manish KUMAR Vinod KUMAR Harcharan Singh DHALIWAL Anil Kumar SAXENA 《土壤圈》2021,31(1):43-75
As one of the most important and essential macronutrients next to nitrogen,phosphorus(P)is important for plant development,but it is the least mobile nutrient element in plant and soil.Globally,P is mined from geological sediments and added to agricultural soils so as to meet the critical requirements of crop plants for agronomic productivity.Phosphorus exists in soil in both organic and inorganic forms.The various inorganic forms of the element in soil are salts with calcium,iron,and aluminum,whereas the organic forms come from decaying vegetation and microbial residue.There is a huge diversity of plant microbiomes(epiphytic,endophytic,and rhizospheric)and soil microbiomes that have the capability to solubilize the insoluble P and make it available to plant.The main mechanism for the solubilization of inorganic P is by the production of organic acids,which lowers soil pH,or by the production of acid and alkaline phosphatases,which causes the mineralization of organic P.The P-solubilizing and-mobilizing microorganisms belong to all three domains,comprising archaea,bacteria,and eukarya.The strains belonging to the genera Arthrobacter,Bacillus,Burkholderia,Natrinema,Pseudomonas,Rhizobium,and Serratia have been reported as efficient and potential P solubilizers.The use of P solubilizers,alone or in combination with other plant growth-promoting microbes as an eco-friendly microbial consortium,could increase the P uptake of crops,increasing their yields for agricultural and environmental sustainability. 相似文献
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植物根系构型即根系在其生长介质中的生长与分布,包括根系长度、根系分支和根系生物量等,能够将植物固定在土壤中并有效吸收水分和矿质养分,直接影响植物的生长和发育。根系构型受多种因素的影响,包括土壤水分、养分和根际微生物,传统方式主要依靠化学肥料增加土壤养分进而改善根系生长,但是化学肥料会对环境造成危害,根际微生物作为植物的“第二基因组”,能够改善初生根、侧根和根毛的发育,促进植物的生长和根际养分吸收,近年来基因组学−代谢组学、基因组学−转录组学等多组学关联技术的应用揭示了微生物的促生机制,为微生物菌剂的开发提供了新思路。基于该领域的研究现状,本文阐述了根际微生物（AMF、PGPR、根瘤菌）对根构型的调控机制包括激素调控、固氮、溶磷、释放挥发性有机化合物四个方面,并描述它们通过这四种机制增加植物根系长度、根系分支,促进根毛发育的调控效应,基于上述结论,植物根际微生物可以有效改善根系生长,但实际应用效果还有待研究,量化不同机制的相对贡献率以及提高微生物菌剂在实际应用中的稳定性是后续研究的重点。 相似文献
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Debasis Mitra Snežana Anđelković Ansuman Senapati Tanja Vasić A. N. Ganeshamurthy 《Communications in Soil Science and Plant Analysis》2020,51(5):645-657
ABSTRACTPhosphate-solubilizing microbes (PSM) are widely distributed in the rhizosphere and helps plant to acquire phosphates from soil. The availability of phosphates in soil are governed by several factors among which the proton exchange capacity has been regarded to be the most important factor involved in cation complex formations with soluble phosphates making them unavailable to plants, thereby disturbing the phosphorus cycling events found in arable soils. PSM solubilizes the cation complexes and thereby improves the functioning of phosphorus cycle in soil. In addition to involvement in biogeochemical cycling events, PSM have been also found to have antagonistic potential against several plant phytopathogens. These biocontrol microbes represent the most abundant groups of soil microflora. Among which some nutrient solubilizers have been used for effective biocontrol of important plant diseases. This review article shows contributions of different plant growth promoters used in nutrient and disease management practices in agriculture.Abbreviations: P (phosphorus), PSM (phosphate-solubilizing microbes), PSB (phosphate-solubilizing bacteria), PSF (phosphate-solubilizing fungi), PGPM (plant growth-promoting microbes), PGPB (plant growth-promoting bacteria), SAR (systemic acquired resistance), ISR (induced systemic resistance), TCP (tri-calcium phosphate), HCN (hydrogen cyanide), IAA (indole-3-acetic acid), aPhosphorus [(SSP) single super phosphate, RP (rock phosphate), PM (poultry manure) and FYM (farm yard manure)], PAL (phenylalanine ammonia lyase), ESI-MS (electrospray ionization mass spectrometry), DAPG (2,4-diacetylphloroglucinol) and NMR (1H nuclear magnetic resonance). 相似文献
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Debasis MITRA Sergio DE LOS SANTOS-VILLALOBOS Fannie Isela PARRA-COTA Ana Mar&#;a Garcia MONTELONGO Erika Lorena BLANCO Vanessa L. LIRA Adeyemi N. OLATUNBOSUN Bahman KHOSHRU Rittick MONDAL Parameswaran CHIDAMBARANATHAN Periyasamy PANNEERSELVAM Pradeep K. DAS MOHAPATRA 《土壤圈》2023,33(2):268-286
Various microorganisms live in association with different parts of plants and can be harmful, neutral, or beneficial to plant health. Some microbial inhabitants of plants can control plant diseases by contesting with, predating on, or antagonizing plant pathogens and by inducing systems for plant defense. A range of methods, including plant growth-promoting microorganisms(PGPMs) as biological control agents(BCAs)(BCA-PGPMs) are used for the biological management and control of plant pathogens. S... 相似文献
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Using a nutrient solution with nitrate-nitrogen, a strong interaction between iron and phosphorus uptake in water culture was observed. Iron chlorosis could be prevented only by a very high supply of iron-III-hydroxide or a very low supply of phosphorus, both of which resulted in a normal chlorophyll content but produced plants deficient in phosphorus. However when iron and phosphorus were supplied to separate root zones (split-root technique), iron-III-hydroxide was a satisfactory source of iron for corn plants even in water culture. In contrast to corn plants grown in water culture, plants in sand culture (quartz sand) with the same nutrient solution utilized iron-III-hydroxide just as well as iron chelate, even when high phosphorus concentrations were simultaneously present. Using 59Fe and circulating the nutrient solution through the sand culture, it could be demonstrated that the mobilization of iron from iron-III-hydroxide is restricted to the root-sand (iron-III-hydroxide) interface (rhizosphere) without increasing the amount of soluble iron in the bulk substrate. The depletion of phosphorus around the roots in sand seems to be particularly responsible for this “substrate effect” in the utilization of iron-III-hydroxide. The uptake of phosphorus and iron in sequence along a root growing in a solid substrate could be important in the iron nutrition of “iron-inefficient” plant species such as corn growing in soils of high pH. 相似文献