根际微生物群落及促生菌多样性及其筛选策略

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1、根际微生物群落及促生菌多样性及其筛选策略摘要：根际是地球上最大的生态系统，在生物圈功能中发挥着非常显著的作用，微生物和植物在根际环境中形成的复杂网络式关系会直接或间接地影响植物生长，深入了解并利用这种互作关系对于提高农业产出投入比以及筛选获得更髙效、广适的促生菌尤为必要。综述了根际微生物群落与促生菌多样性以及筛选策略，分析了研究中尚存在的一些问题，并对今后的研究进行了展望。关键词：植物根际促生菌(PGPR)；微生物群落;根际生态；多样性；筛选中图分类号：Q939・96文献标识码：A文章编号：0439-8114(20

2、12)24—5553-061904年，德国农学家Hi1tner发现豆科植物根附近区域的土壤微生物，由于受到根系分泌有机物质对其产生的“效应”，表现出相对更高活性的现象，并首次提出“根际”(Rhizosphere)这一概念［1］。现在我们知道，这种“效应”其实是根际微生态系统中的根际效应。单棵植物根际范围虽小，但放眼看，根际却是地球上最大的生态系统，其能量流也极其巨大，因而，根际在生物圈功能中的作用非常显著。曾有研究人员估算，植物20%〜50%的光合产物是通过根部释放出来的[2,3]o根际土壤中存在大量的宏观生物和微

3、生物，如细菌、真菌、原生动物和藻类生物等，细菌是该群体中数量最多的一类微生物。微生物和植物在根际环境中形成的复杂网络式关系会直接和间接地影响植物生长；反过来，植物通过分泌有机物，构建起一个有选择性的环境条件，以利于对其生长有益的细菌，导致根际细菌多样性偏低[4,5]o植物根际促生菌(Plantgrowth—promotingrhizobacteria,PGPR)在根际微生物群体中研究最为热门，也是对农业生产最具有应用价值的一类微生物。由于PGPR数量众多，且在根际定殖时具有竞争力，加之其作用机制的多样性，因此能在很

4、大程度上影响植物生长。然而，人们在使用PGPR或相关制剂时，普遍发现大田应用效果远不及盆栽或温室条件下的效果理想，主要原因是PGPR对“陌生”环境的不适应。根际微生物是野外环境中的主要“陌生”因素，因此，了解与某些基本生态过程，如复杂性、自然选择、种间关系(共生、寄生、共栖和竞争)、演替或扰动效应有密切关系的根际微生物群落结构和多样性，可以帮助人们更好地理解根际生态系统，并为PGPR的筛选和高效利用提供理论依据。基于此，本文主要从根际微生物群落多样性、PGPR生态和遗传多样性以及PGPR的筛选策略等3个方面进行综述

5、。1根际微生物群落多样性微生物多样性包括物种、遗传与变异以及功能多样性［6］。在根际系统中，细菌群落的功能多样性是基于其遗传变异以及和其他原核、真核生物（如植物）的互作关系。直至现在，根际微生物多样性与根际微生物功能之间的关系仍不十分清楚。根际微生物多样性信息的缺乏，其原因一是其种类繁多，二是绝大多数微生物的不可培养性。1.1根际微生物群落结构的研究方法研究微生物群落结构，就必须了解各类群微生物群体的种类及数量。传统技术是通过从根际土壤中提取、分离微生物，实验室条件下对其进行形态学、生化和遗传学检验。由于细菌往往和

6、土壤基质以及其他细胞紧密附着，因此在细菌提取中常用到分散剂，即用物理或化学方法将细胞和基质区分开，之后才能对分离细菌生物量进行测定。微生物生物量的测定常用方法有：显微镜下直接计数（如％唳橙染料染色）［7］、微生物呼吸量测定（如基质诱导呼吸量，Substrateinducedrespiration,SIR）［8］、ATP含量测定［9］、最大或然法（Mostprobablenumber,MPN）计数［10］,使用脂类生物标志物［11］以及氯仿土壤熏蒸法［12］等。但是，土壤中可培养微生物比例毕竟极低。有研究者曾估算这一

7、比例只有不足1.0%(0・2%〜0・8%)［13］。正因为如此，基于平板培养法研究土壤微生物多样性存在重大缺陷，免培养技术顺应而生。所涉及的技术包括磷脂脂肪酸(Phospho1ipidfattyacidanalysis,PLFA)分析法［14—16］、DNA/RNA杂交［17］、聚合酶链反应(Polymerasechainreaction,PCR)、核糖体RNA测序［18］、(G+C)含量［19］、温度梯度凝胶电泳(Temperaturegradientge1electrophoresis,TGGE)和变性梯度凝胶

8、电泳(Denaturinggradientge1e1ectrophoresis,DGGE)、限制片段长度多态性(Restrictionfragment1engthpolymorphism,RFLP)［20,21］、DNA微阵列(DNAmicroarray)［22］技术(又称“DNA阵列”或“DNA芯片”)、克隆文库分析等方法。过去20多年间，人们利用这些技术