根际微生物研究进展.pdf

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1、万方数据土壤(Soils)，2006，38(2)：113-121根际微生物研究进展①陆雅海，张福锁(中国农业大学资源与环境学院，北京100094)摘要：根际是土壤一植物生态系统物质交换的活跃界面。植物作为第一生产者同化大气CO：，将部分光合产物转运至地下，激发土壤微生物的生长和新陈代谢；土壤微生物则将有机态养分转化成无机形态，利于植物吸收利用。这个植物一微生物的互作关系维系和主宰着陆地生态系统的功能。自从100年前德国科学家LorenzHiltner提出根际概念以来，根际研究方兴未艾，研究内容不断得以丰富和发展。近年

2、来，随着分子生物技术在土壤环境领域的应用，根际微生物研究出现快速发展的趋势。本文根据2004年在慕尼黑召开的第一届国际根际大会交流内容、结合近年来国际上报道的研究动向，对根际微生物研究方法、根际微生物生物多样性和生态功能、转基因生物的环境安全和根际微生物生物修复技术等内容作一综述。期望我国的根际微生物研究能在基础和应用领域得到快速发展。关键词：根际；微生物生态；GMOs：根际生物修复；16SrRNA；18SrRNA中图分类号：S154．31904年，德国微生物学家LorenzHiltner提出了根际概念，他将根际定义

3、为根系周围、受根系生长影响的土体。100多年来，根际研究方兴未艾，根际概念也不断得以丰富和完善。为纪念根际概念诞生100周年，亦为交流根际研究的最新进展，2004年9月在Hilmer的故乡、也是他曾工作多年的城市一慕尼黑召开了第一届国际根际大会。450多位国际根际研究专家参加了会议，会议分成16个分会，共有113个会议报告和308个墙报展示。微生物是整个会议交流的重点，共有9个分会、69篇会议报告和192篇墙报报告微生物的研究进展，分别占总数的56％、61％和62％。现根据会议交流情况结合近年来国际上根际微生物的研究

4、动向，对根际微生物研究的最新进展和面临的挑战作一概要综述。1根际微生物研究方法进展环境微生物的生物多样性过去通常是用分离和培养技术加以研究的。近20年来，分子生态技术迅速发展，通过对环境16SrRNA基因进行的大量研究表明，微生物生物多样性远比用传统方法估计的要高【11。微生物工作者惊奇发现环境中绝大部分微生物实际上从没有得到过培养，这些未培养的微生物与已培养的种群在系统发育上存在很大差距【2】。根际与其他生境一样，用分子生态方法证明根际微生物不仅具有丰富的多样性，而且含有大量未培养的微生物种群13J。但是尽管在包括

5、根际在内的不同生境中发现了大量未培养微生物，对这些微生物在环境中的功能目前仍了解很少。大部分根际过程的微生物学机理尚不清楚。深入理解根际微生物生化过程和植物一微生物相互作用的机理仍然是根际微生物工作所面临的重大挑战。近年来分子生态方法已取得了一系列新的突破性进展，这些新方法使探索根际微生物不同个体的生态功能成为可能。Hurek等14J提出测定环境微生物新陈代谢中的关键基因能提供微生物群体的功能信息。例如固氮基因特别适合于进行固氮微生物的系统发育分析。建立功能基因文库可揭示根际微生物的功能多样性。mRNA实时定量分析则

6、可预测功能基因的表达水平。Martin等协J认为功能基因组学正在使生物机理研究有了突飞猛进的进展。功能基因组学是分析有机体的所有遗传物质，并将遗传信息与有机体的形态和功能联系起来。通过以基因组学为基础，在不同水平上分析转录组学、蛋白组学和代谢组学，①基金项目：国家自然科学基金项目(40571080)、农业部948重大国际合作项目养分资源综合管理技术引进与中国技术体系的建立和应用项目资助。作者简介：陆雅海(1963—)，男，浙江省上虞市人，教授，主要从事土壤微生物学的研究。E—mail：yhlu@cau．edu．cn万

7、方数据114土壤第38卷有可能使生物共生关系的机理研究取得突破性进展。但是基因组学在共生菌根菌、细菌一真菌一植物多级营养关系的研究上还面临着许多技术上的困难。将有机体之间的相互作用在分子层面上进行剖析，不仅需要对单个基因进行了解、还需要对多个基因的相互作用和表达进行研究。基因组学必须要面对这些相互作用的复杂性、面对根际微生物及其共生体随根际生物、物理、化学条件而发生适应变化的复杂性。目前，DNA芯片技术已在植物和基础微生物学研究方面得到广泛应用，但在根际微生物生态领域的应用尚属起步阶段。Sanguin等用16SrRN

8、A基因芯片技术观测玉米根际的细菌群体结构。他们设计了包含200个正核苷酸探针(片段长为20碱基)的DNA芯片，测试玉米根际和根外土壤的微生物群体，当以19个农杆菌(Agrobacterium)序列为目标时，根际DNA的杂交水平明显高于根外土壤；但当用广谱性探针时，尽管有12个探针的杂交水平高于根外土壤，41个探针的杂交水平却明显低于根外土壤。S