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植物微生物的江湖

一、植物微生物江湖身世

1、何为植物微生物

在植物的生长环境中,存在着一类看不见摸不着又有着强大功能的隐形生物——微生物,其中植物微生物又是目前研究的新的微生物群体的一种,它们广泛存在于植物体和根际土壤周边,对植物的生长起到重要影响。

微生物定殖在植物上是生物进化的结果,微生物通过竞争和协同作用在植物体上进行定殖,形成相对稳定的植物微生物群落。根据植物宿主不同部位、环境因素和植物宿主基因型决定了细菌和真菌的群落组成。

植物不同部位(根际、根内部、叶际以及根区土壤)的微生物群落之间存在明显差异,说明植物不同部位是决定植物相关微生物群组成的主要决定因素,但来源都源自土壤。

2、植物微生物的核心与纽带

植物核心菌群是指在与特定宿主相关的几乎所有群落中都持久存在的微生物菌群。核心菌群所携带的基因提供了植物宿主适应性所必需的功能,并通过产生生长调节激素、促进营养物质移动以及保护植物免受外界胁迫而对植物的生长产生有益影响。

二、植物微生物行在江湖

1、扩散与定殖之路

植物微生物群体传播是一个连续的、多步骤的过程,由主动扩散、物种相互作用、环境和宿主共同决定。早期定殖的微生物可以通过亲本种子传播途径垂直传播,其中土壤来源的微生物则主要与植物根部结合,其中核心微生物更是如此。

根际微生物的生命活动在植物—土壤—微生物间的复杂关系中发挥了重要作用。土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化受到根际微生物种类、数量的直接影响。不同季节,根际土壤微生物的数量分布有差异,不同地域的土壤微生物季节变化存在显著差异,不同的微生物类群也有不同的季节变化规律。而且各种微生物群居在根际的微域环境中,它们之间彼此影响,形成各种关系,既有协同联合、互惠互利又有竞争制约、互相排斥。

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1  根际与根际微生物类型

通过植物的分泌物(例如植物分泌物中存在的有机酸和/或糖,精氨酸和腐胺等多胺)作为信号诱导微生物开始向植物移动,随后附着在根际表面并生产生物膜,开始生长。菌根真菌还会在宿主根际形成菌丝网,在充当根系吸收养分的同时也能保护作物避免病原菌的侵入。

植物根系为相关微生物提供了稳定的营养代谢物,促进了它们的生长。同时不同的菌类可以通过相互之间提供化学物质促进共生。例如宿主作物为菌根真菌提供生长必须的糖类等基本物质形成菌丝;形成菌丝后,可以穿透根系细胞,为宿主提供水和养分以换取碳,改善作物碳营养,促进光合作用,增加植物生长量;枯草芽孢杆菌可以分泌硫胺素,硫胺素可以促进植物有益的内生真菌的生长。

铁载体土壤中的铁元素循环、病原体竞争、植物生长等作用明显多个微生物菌群都含有铁载体基因簇在植物根部定殖具有选择优势。

2、躲避免疫之路

植物微生物菌群必须能够识别和应对植物的免疫系统,部分微生物可以分泌出和植物相似的效应蛋白,这些模仿植物的蛋白可以“欺骗”植物的免疫系统,避免免疫系统的攻击。部分微生物中有很多和植物根系相近的基因结构,这就是植物共生微生物使用的“伪装方法”。

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2  表明菌根类型(圆圈)对植物种群和群落水平过程(正方形)的影响如何不同。蓝线,正影响;红线,负影响;绿线,菌根类型之间植物类群的重叠;粉红线,菌根类型之间的真菌类群重叠。线宽表示相对关联强度。

微生物菌群之间也会发生协同或竞争作用。许多微生物菌群能分泌抗生素,进而调节植物宿主内其他微生物群的分布,丰度和多样性。这种群体效应是微生物菌群间的交流机制,例如高丝氨酸内酯(HSL)的产生和感应就是一种交流信号。不同的菌群可以生成相同类型的信号分子,从而可以与其他无关的细菌类群进行协作或灭杀。植物也可以通过对HSL的识别来调控植物的代谢、免疫调节和根系发育。

三、植物微生物江湖论剑

1、促进营养吸收之剑

植物微生物组在促进植物营养吸收方面具有重要的作用,即可以促进植物对营养的吸收也可以促进对营养的储存。迄今为止,丛枝状内生菌根菌促进植物营养的吸收机制已经被深入研究,其他微生物的促进植物营养吸收的功能也在不断研究中,而混合菌群促进植物营养吸收的研究也在深入进行中。

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3  内生菌根真菌有益作用

菌根真菌(促进氮的吸收,但获得有机氮的能力有限)与土壤微生物群落(将有机氮矿化成生物可利用的形式)所构成的复合菌群,与非微生物对照相比会使得共生菌群对氮的吸收增加十倍以上。根际微生物延长了氮的生物利用性,其中主要是通过将氮素转化为植物激素吲哚乙酸(IAA)来促进植物生长。

植物微生物群落通过溶解、矿化或分泌铁载体等方式能够将无机磷和铁等植物不易获得的营养物质进行转化。在环境中无机磷含量较低的条件下,植物通过与丛枝菌根真菌及其共生内生菌协作来满足其必需的营养吸收。在缺磷条件下,不同复杂度的复合菌群会提高植物与磷饥饿响应有关基因的表达,从而促进植物对无机磷的吸收。

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4 电子显微镜下,菌根真菌(亮灰色)穿透根细胞提供水和养分以换取碳;占据位点避免病原菌侵入

2、促进抗病性之剑

植物根系分泌物促进、富集和支撑土壤微生物,不同细菌会产生抗真菌的代谢物和挥发物作为防御土传病害的第一道防线。如果病原体突破了根际介导的第一道防线,内生微生物组可以产生抗病原真菌酶和次生代谢产物来对植物提供额外的保护层。此外,诸如轮作、残茬覆盖和施用堆肥等管理措施可以通过影响由碳吸收为主的微生物组诱导一般或特定的抑病作用。栖居于植物根际的植物生长促进细菌和真菌能够激发植物系统抗性,例如微生物调节了苯丙烷的代谢,促进植物细胞壁的生长,调节茉莉酸的代谢,抵抗了昆虫的食草性,也增加了香豆素和苯并恶嗪类化合物等抗菌化合物的分泌。

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5  根际免疫构成、互作机制及驱动因素 

3、促进抗逆性之剑

与植物相关的微生物可以通过至少三种非互斥的途径改变植物对环境胁迫的进化响应:改变个体植物基因型的适应性、与适应性有关的植物性状的表达以及环境胁迫下对影响植物适应性的微生物进行一定强度或方向的自然选择。胁迫条件下,植物可以促进低于胁迫的微生物组进行生长,通过对植物的生理功能、营养吸收、脱落酸乙烯等激素合成,进行抗性调节。

四、植物微生物的江湖地位

    基于人们对于微生物在土壤生态系统中发挥的关键作用缺乏足够认识以及根际微生物生物多样性和功能受土壤植物以及其他众多复杂因素综合影响的现实。近年来根际微生物在土壤微生态系统中的功能及其相互作用、相互影响等方面的研究尚属薄弱环节。

在植物微生物菌群中,丛枝状内生菌根相对于其他微生物在植物生长中有其独特的优势和特点,然而在土壤中自然存在内生菌根真菌的自然丰度较低,限制了内生菌根真菌在植物生长中所起到的作用,因此通过外施内生菌根真菌微生物肥料,人为增加土壤中内生菌根真菌的丰度,可有效提升土壤微生物有益菌群,提高作物的产量和质量,是一条切实可行的的微生物应用途径。在实际应用中,菌根真菌对作物及土壤的积极作用主要包含以下几个方面:

1)对于植物生理性状的影响,内生菌根真菌能够促进植物对NPK及一些微量元素的吸收和利用,改善植物的营养状况,显著提高植物的生物量及品质。

2)对于植株提高抗胁迫能力的影响,内生菌根真菌可以促进植物对营养元素和水分的吸收利用,提高植物的抗旱性、抗病性及抗重金属污染等胁迫的能力。

3)菌根真菌在生态修复和稳定中也起到了重要的作用,菌根真菌的根外菌丝可通过特殊途径将环境中的有机污染物降解为自身可吸收利用的简单化合物及糖类物质等。

4)菌根真菌还可吸附和固定重金属,加速矿区的复垦速度;在自然生态系统中,菌根真菌可通过促进植物的生长来维持生态环境中物种资源的稳定。

菌根菌技术是由南京空军一号官网生物科技有限公司从美国引进的先进微生物技术,菌根真菌能够提高植物抗逆性,增强盐胁迫下植物的生长、改变根系形态、提高光合作用和矿质元素的吸收、增强抗氧化作用,从而缓解盐胁迫对植物的伤害,有利于植物在逆境土壤环境生长。因此,菌根菌在盐碱土壤改良与修复中应用前景广阔。菌根真菌在作物栽培与生产上生产优势较明显,后期能够根据植物和生产环境的不同条件,生产不同菌种组成的混合菌群是未来新型微生物肥料的一个必然的发展趋势与发展方向。南京空军一号官网也将对菌根菌技术进行不断创新,不断优化产品,致力于让菌根菌技术真正造利于田、造福于民。

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点击次数:  更新时间:2021-04-19 10:25:50  【打印此页】  【关闭

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