根基微生態(tài)環(huán)境

1、根基微生態(tài)環(huán)境根際微生物研究進(jìn)展 1904年，德國(guó)微生物學(xué)家 Lorenz Hiltner 提出了根際概念，他將根際定義為根系周圍、受根系生長(zhǎng)影響的土體。100多年來(lái)，根際研究方興未艾，根際概念也不斷得以豐富和完善。為紀(jì)念根際概念誕生100周年，亦為交流根際研究的最新進(jìn)展，2004年9月在 Hiltner 的故鄉(xiāng)、也是他曾工作多年的城市慕尼黑召開(kāi)了第一屆國(guó)際根際大會(huì)。450多位國(guó)際根際研究專家參加了會(huì)議，會(huì)議分成16個(gè)分會(huì)，共有113個(gè)會(huì)議報(bào)告和308個(gè)墻報(bào)展示。微生物是整個(gè)會(huì)議交流的重點(diǎn)，共有9個(gè)分會(huì)、69篇會(huì)議報(bào)告和192篇墻報(bào)報(bào)告微生物的研究進(jìn)展，分別占總數(shù)的56、61和62?，F(xiàn)根據(jù)會(huì)議

2、交流情況結(jié)合近年來(lái)國(guó)際上根際微生物的研究動(dòng)向，對(duì)根際微生物研究的最新進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)作一概要綜述。 根際微生物研究方法進(jìn)展 ( 1) 環(huán)境微生物的生物多樣性過(guò)去通常是用分離和培養(yǎng)技術(shù)加以研究的。近20年來(lái)，分子生態(tài)技術(shù)迅速發(fā)展，通過(guò)對(duì)環(huán)境16S rRNA 基因進(jìn)行的大量研究表明，微生物生物多樣性遠(yuǎn)比用傳統(tǒng)方法估計(jì)的要高。微生物工作者驚奇發(fā)現(xiàn)環(huán)境中絕大部分微生物實(shí)際上從沒(méi)有得到過(guò)培養(yǎng)，這些未培養(yǎng)的微生物與已培養(yǎng)的種群在系統(tǒng)發(fā)育上存在很大差距。根際與其他生境一樣，用分子生態(tài)方法證明根際微生物不僅具有豐富的多樣性，而且含有大量未培養(yǎng)的微生物種群。但是盡管在包括根際在內(nèi)的不同生境中發(fā)現(xiàn)了大量未培養(yǎng)微生

3、物，對(duì)這些微生物在環(huán)境中的功能目前仍了解很少。大部分根際過(guò)程的微生物學(xué)機(jī)理尚不清楚。深入理解根際微生物生化過(guò)程和植物微生物相互作用的機(jī)理仍然是根際微生物工作所面臨的重大挑戰(zhàn)。近年來(lái)分子生態(tài)方法已取得了一系列新的突破性進(jìn)展，這些新方法使探索根際微生物不同個(gè)體的生態(tài)功能成為可能。 根際微生物研究方法進(jìn)展(2)在探索根際微生物功能的研究中，另一個(gè)新的方法是將穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)與分子生態(tài)技術(shù)相結(jié)合。這是一個(gè)很有應(yīng)用前景的方法，在研究植物土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流對(duì)根際微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響方面大有用途。根際碳流是土壤微生物生物多樣性的主要驅(qū)動(dòng)力。如何將根際碳流與微生物生物多樣性聯(lián)系起來(lái)一直是根際研究的一個(gè)

4、重要命題。Radajewski 等首次報(bào)道穩(wěn)定性同位素探針在環(huán)境微生物生態(tài)中的應(yīng)用，此技術(shù)為測(cè)定微生物底物利用和功能研究提供了強(qiáng)有力手段，特別適合于根際生物過(guò)程的研究。技術(shù)要點(diǎn)是首先向受試環(huán)境供應(yīng) 13C 標(biāo)記底物，然后從環(huán)境提取核酸，用超速離心將核酸分成重核酸( 13C 標(biāo)記)和輕核酸(非 13C 標(biāo)記)若干部分。用分子生態(tài)技術(shù)分析 13C 標(biāo)記和非標(biāo)記的核酸，用系統(tǒng)發(fā)育分析方法確定活躍和非活躍微生物的種類。此技術(shù)可避免實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)而直接原位探測(cè)微生物種類的功能。目前此技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于探測(cè)有機(jī)污染物的生物分解。Prosser 等認(rèn)為此技術(shù)可用于原位探測(cè)參與根際碳流的活躍微生物群落。Lu 等用此技

5、術(shù)測(cè)定了水稻根系的產(chǎn)甲烷古生菌和產(chǎn)乙酸細(xì)菌群落。 微生物生物多樣性和生態(tài)功能 植物微生物相互作用 在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物是第一生產(chǎn)者，土壤微生物是有機(jī)質(zhì)的分解者。植物將光合產(chǎn)物以根系分泌物和植物殘?bào)w形式釋放到土壤，供給土壤微生物碳源和能源；而微生物則將有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)養(yǎng)分，以利于植物吸收利用。這種植物微生物的相互作用維系或主宰了陸地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能。根據(jù)碳同位素示蹤研究，禾谷類作物一生中，約有3060光合同化產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到地下部，其中4090以有機(jī)和無(wú)機(jī)分泌物形式釋放到根際。Lynch 和 Wipps 將所有從根釋放的物質(zhì)定義為根際淀積，其成分和數(shù)量受植物種類、年齡、土壤生物、化學(xué)和物理因子的

6、影響。 根際微生物是受植物影響最大的土壤微生物群體。與根外土壤比，可溶性根系分泌物為微生物提供了豐富的有效性碳源。Piutti 等研究了玉米根際微生物群體的季節(jié)性變化，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，根際微生物活性和細(xì)菌豐度明顯高于根外土壤，但在植物生殖生長(zhǎng)階段，由于根系可溶性碳的釋放下降，根際效應(yīng)隨之消失，可培養(yǎng)細(xì)菌的生物多樣性也明顯下降。Zolotilina 等觀察到沙漠野生植物的根際細(xì)菌種類比根外土壤多1.53陪，根際微生物數(shù)量在不同植物間有明顯差異。Costa 等用 PCR-DGGE 方法對(duì) 16S rRNA 和18S rRNA 基因進(jìn)行多態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的 DGGE 指紋在根際和根外土壤有很大差別，

7、根際微生物群體在不同植物間亦有很大差異。Marschner 等用相似方法研究了根距、土壤 pH、植物類型和共生菌根菌對(duì)根際細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)在玉米根際，離根2 mm 土壤的細(xì)菌群體明顯不同于2 mm 以外土壤；在高梁根際，根系有機(jī)酸分泌引起的土壤 pH 變化影響了細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)；白羽扇翩豆的根際細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)也與有機(jī)酸分泌作用密切有關(guān)。Sharma 等用 PCR-DGGE 方法研究了在中歐地區(qū)3種主要豆科作物根際微生物的生物多樣性，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵性細(xì)菌( Firmicutes )是所有豆科作物根際豐度最高的細(xì)菌種群，其次是變形桿菌( Proteoabcteria )；作物種類對(duì)根際土壤細(xì)菌種類的影

8、響十分明顯，如豌豆根際缺少 -變形桿菌，而蠶豆根際缺少 -變形桿菌；羽扇豆和豌豆根際的細(xì)菌結(jié)構(gòu)比較接近，而與蠶豆根際的細(xì)菌結(jié)構(gòu)差異較大。Deube1 等研究了土壤 pH 和 P 供應(yīng)狀況對(duì)3種作物(大麥、豌豆、甘蔗)根系微生物的影響，3種作物根系分泌物的差異導(dǎo)致了根際微生物群體功能的差異。以上這些研究表明根系分泌物的質(zhì)和量對(duì)根際微生物群體結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能有很大影響。根際微生物生物多樣性不僅受植物種類、年齡等因子影響，而且也受地上部生物多樣性的影響。Kowalchuk 等研究了地上部地下部生物多樣性的耦聯(lián)作用。他們認(rèn)為地上部地下部的耦聯(lián)作用隨根距離的增大而減弱；地上部生物多樣性對(duì)土壤微生物結(jié)構(gòu)的影

9、響只在根際有明顯反映；若將根際微生物分成植物根緊密結(jié)合型(如固氮細(xì)菌、菌根菌和內(nèi)生細(xì)菌等)和非緊密結(jié)合型(如硝化細(xì)菌)兩類，植物生物多樣性對(duì)緊密結(jié)合型微生物的影響顯著大于非緊密結(jié)合型。他們還專門研究了植物種類對(duì)未培養(yǎng)微生物如乳桿菌( Acidobacterium )和疣微菌( Verrucomicrobium )的影響，發(fā)現(xiàn)植物對(duì)這些細(xì)菌有高度的選擇性。這個(gè)研究表明植物生物多樣性對(duì)根際微生物、特別是緊密結(jié)合型微生物的生物多樣性有很大的調(diào)控作用。植物間作套種能增加地上部的生物多樣性，這不僅可改善地上部生態(tài)功能，還可促進(jìn)根際生物多樣性。Hiddink 等在3種土壤上測(cè)試黑小麥和三葉草間作對(duì)微生物群

10、體的影響，發(fā)現(xiàn)間作降低了黑小麥的發(fā)病指數(shù)。16S 和 18S rRNA 基因分析表明黑小麥和三葉草單作時(shí)，其根際微生物群體有很大差異；但間作后一些三葉草根際特有的微生物出現(xiàn)在黑小麥根際。這些結(jié)果表明間作可改變根際微生物群體結(jié)構(gòu)并影響植物健康。 另一個(gè)影響根際微生物生物多樣性的重要因子是生活在根際內(nèi)的其他生物體、如菌根菌和原生動(dòng)物等。Paul 和 Finlay 研究了森林土壤外生菌根菌對(duì)細(xì)菌生物多樣性的影響。他們采集油松根系的兩種菌根菌類型，用 DGGE 技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)與兩種菌根菌結(jié)合的細(xì)菌群體有明顯差異。他們認(rèn)為森林土壤菌根菌的演體變化可能影響了細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)，從而影響了森林土壤的生物地球化學(xué)過(guò)程

11、。Jansa 等將3個(gè)菌根菌接種到韭蔥和蒺藜狀苜蓿兩類植物，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)接種時(shí)，3種菌根菌均能很好定植根系，但當(dāng)混合接種時(shí)，真菌間發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)。這些研究表明根際內(nèi)存在目前還很不清楚的生物間協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，這些關(guān)系顯然會(huì)影響根際不同生物體的群體結(jié)構(gòu)和功能。 植物有益細(xì)菌生物多樣性 根際存在著許多對(duì)植物有益的細(xì)菌群落，包括生防細(xì)菌、能生產(chǎn)植物生長(zhǎng)激素的細(xì)菌和固氮菌等。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，充分利用這些細(xì)菌的生物學(xué)潛力將有助于減少化肥和農(nóng)藥投入、促進(jìn)植物生長(zhǎng)、減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展熒光假單孢菌( fluorescent pseudomonas )的一些基因型是最常見(jiàn)的生防細(xì)菌，它們能生產(chǎn)抗生素氰化氫

12、( hydrogen cyanide，HCN )和2,4-二乙酰基藤黃酚( 2,4-diacetylphloroglucino1，Ph1)，對(duì)許多病原菌有抑制作用。在兩種根腐病程度不同的土壤中，Ramette 等用分子手段分析了 HCN 合成基因的多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)熒光假單孢菌有很多遺傳突變型，土壤 Fe 的有效性可調(diào)節(jié)熒光假單孢菌的抗生素生產(chǎn)能力。Sverce1 等從新老葡萄園(951年和1603年)和葡萄煙草輪作土壤分離熒光假單孢菌，并進(jìn)行 HCN 和 Ph1 基因的多態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)葡萄根際的 HCN 和 Ph1 基因型假單孢菌數(shù)高于煙草根際，老葡萄園土壤的 HCN 和 Ph1 基因型高于新葡萄園

13、土壤；輪作降低了 HCN 和 Ph1 基因型相對(duì)于總假單孢菌數(shù)的比例；根系分泌物似乎促進(jìn)了一些生防細(xì)菌的發(fā)展。Bergsma-Vlami 等也研究了植物種類(小麥、甜菜、馬鈴茹和百合)對(duì)內(nèi)生假單孢菌生物多樣性和抗生素生產(chǎn)的影響，發(fā)現(xiàn)除百合根系外，其他植物均支持了大量生防假單孢菌的生長(zhǎng)；用 DGGE 對(duì) ph1D 基因進(jìn)行多態(tài)分析發(fā)現(xiàn)500個(gè)分離菌株可分成7個(gè)基因型；某些基因型有很高的植物專一性，但主要基因型沒(méi)有植物專一性；小麥根際抗生素的生產(chǎn)能力比其他植物根際強(qiáng)。這些研究表明寄主植物種類對(duì)生防菌的成分、動(dòng)態(tài)和活性有一定調(diào)節(jié)作用。 固氮細(xì)菌能將大氣 N2 轉(zhuǎn)變成氨態(tài)氮，是重要的植物有益細(xì)菌。固氮

14、細(xì)菌可分成共生固氮菌和非共生固氮菌。Zakhia 等從20個(gè)豆科植物分離到100多個(gè)共生固氮的根瘤菌；部分根瘤菌具有耐鹽、耐干旱特性。Sarita 等試圖用 nodC 基因作為分子標(biāo)記物，從土壤中提取 DNA 直接進(jìn)行根瘤菌生物多樣性分析，但 nod 基因的專一性有待進(jìn)一步提高。Rothballer 等用多克隆抗體方法原位測(cè)定了草螺菌( Herbaspirillum )在植物根系的定植能力，發(fā)現(xiàn)草螺菌分別在7天和14天后進(jìn)入芒根皮層細(xì)胞和根中局細(xì)胞，掃描電鏡觀察到這些細(xì)菌定植在根細(xì)胞間空隙。Ofek 等報(bào)道在蠶豆根系，側(cè)根上有大量草螺菌定植，但在主根上沒(méi)有這些固氮細(xì)菌。Nagarajan 等從

15、不同草根分離到8個(gè)固氮螺菌( Azospirillum )，發(fā)現(xiàn)它們的抗鹽能力有明顯差異。Heijden 等發(fā)現(xiàn)將根瘤菌接種到草原植物后，根瘤菌不僅增加了植被生物量，還促進(jìn)了植被生物多樣性。共生關(guān)系可能增加了生態(tài)系統(tǒng)對(duì)稀有資源的有效利用，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物多樣性。顯然，根際固氮細(xì)菌對(duì)環(huán)境有不同適應(yīng)性，其生物多樣性有待開(kāi)發(fā)利用。 伯克霍德氏菌( Burkholderia )是一類廣泛分布土壤細(xì)菌，對(duì)植物的影響既有促進(jìn)作用也有抑制病害的作用。Levy 等將伯克霍德氏菌定植到豆科植物刺槐種苗，發(fā)現(xiàn)伯克霍德氏菌增加了刺槐的發(fā)芽率，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)伯克霍德氏菌在刺槐苗根內(nèi)外都有生長(zhǎng)。白羽扇翩豆從

16、排根釋放大量有機(jī)酸而增強(qiáng)自身吸 P 能力，Unno 等用植物難以利用的植酸鹽作為專性介質(zhì)，在白羽扇翩豆根際分離到300個(gè)植酸鹽利用細(xì)菌，16S rRNA 基因分析表明這些細(xì)菌屬于伯克霍德氏菌。Peix 等報(bào)道在豌豆的根際和根外土壤存在溶磷細(xì)菌，在一個(gè)測(cè)試土壤，根際溶磷細(xì)菌數(shù)高于根外土壤。 真菌生物多樣性 菌根菌與大部分陸生植物形成共生關(guān)系：植物向菌根菌供應(yīng)光合產(chǎn)物，而菌根菌則增強(qiáng)植物從土壤吸收難利用性養(yǎng)分的能力。Opelt 等從3個(gè)不同土壤中分離到4320個(gè)真菌。這些真菌可根據(jù)形態(tài)分成26類，其中青霉( Penicillium )、木霉( Trichoderma )、Plectosporium

17、 和擬青霉( Paecilomyces )豐度最高。群體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)季節(jié)性變化，根際的真菌生物多樣性高于根外土壤。Oros-Sichler 等用 DGGE 指紋分析研究了甜菜根際真菌群體的生物多樣性，發(fā)現(xiàn)甜菜品種對(duì)根際真菌的生物多樣性大于土壤類型的影響。Kamal 發(fā)現(xiàn)菌根菌接種可顯著減少土著真菌的生物多樣性。他們將菌根菌接種到甘蔗根系后，可分離的土著真菌從22種減少到9種，有意思的是，減少的土著真菌大都屬于致病性真菌。Lumini 等報(bào)道長(zhǎng)期施用化肥后，水稻根系失去了菌根菌共生，但經(jīng)5年連續(xù)施用有機(jī)肥后，水稻根系又恢復(fù)了菌絲體形成。可以看出，根際真菌的生物多樣性不但受植物影響，還受外來(lái)真菌定植和

18、田間肥料管理等不同因子的影響。 轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境安全 轉(zhuǎn)基因植物的生物安全 植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)正在迅速發(fā)展，許多農(nóng)業(yè)和環(huán)境問(wèn)題有可能通過(guò)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)得以解決。如馬鈴薯生產(chǎn)常遇到病害發(fā)生，傳統(tǒng)育種方法和田間管理始終難以解決病害問(wèn)題，發(fā)展以生物防治為目的的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯可能為此提供一個(gè)有效途徑。再比如植物生物修復(fù)是一項(xiàng)受人關(guān)注的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，但超積累植物往往生物量低而達(dá)不到修復(fù)目的。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可能既能促進(jìn)植物超積累能力、又能提高生物產(chǎn)量。但發(fā)展轉(zhuǎn)基因植物的一個(gè)重要問(wèn)題是轉(zhuǎn)基因植物可能帶來(lái)的生態(tài)負(fù)效應(yīng)。目前關(guān)于轉(zhuǎn)基因植物對(duì)植物和動(dòng)物的影響有許多研究，但轉(zhuǎn)基因植物對(duì)土壤微生物群體的影響卻研究較少。對(duì)土壤

19、生態(tài)系統(tǒng)，最令人擔(dān)憂的后果是轉(zhuǎn)基因植物可能激發(fā)或抑制非目標(biāo)微生物種類，使土壤微生物群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能的改變。Baumgarte 等評(píng)價(jià)了 Bt 轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)土壤微生物群體的影響。Bt 毒素能防止玉米毛蟲的侵害。轉(zhuǎn)基因玉米連續(xù)種植3年后，作者用分子手段分析土壤總細(xì)菌、放線桿菌( Actinobacteria )、-變形桿菌和假單孢菌的生物多樣性，發(fā)現(xiàn)盡管玉米品種、生育期、和土壤田塊均對(duì)微生物群體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，玉米的轉(zhuǎn)基因特性卻沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響；但玉米收獲后，作物根莖殘?bào)w仍含有較高 Bt 毒素。因此，對(duì) Bt 轉(zhuǎn)基因玉米的環(huán)境評(píng)價(jià)還應(yīng)包括收獲后的殘?bào)w影響。Andreote

20、等研究了轉(zhuǎn)基因煙草和桉樹(shù)對(duì)根面和根際細(xì)菌群體的影響，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草減少了根際放線菌( Actinomycetes )豐度，而轉(zhuǎn)基因桉樹(shù)使甲基桿菌( Methylobacterium )細(xì)菌消失了。Santomassimo 等用盆栽和田間試驗(yàn)測(cè)定了幾個(gè)轉(zhuǎn)基因植物對(duì)根際細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)的影響，DGGE 指紋分析表明所有轉(zhuǎn)基因植物的根際細(xì)菌群體明顯不同于非轉(zhuǎn)基因植物的根際群體。Villanyi 等用 BIOLOG 方法研究表明，Bt 轉(zhuǎn)基因玉米使根際微生物群體的功能發(fā)生了變化。 轉(zhuǎn)基因微生物的生物安全 將一些有用基因?qū)氲礁H微生物，促進(jìn)這些微生物在生物防治、生物固氮和有機(jī)污染物的生物修復(fù)中發(fā)揮更大作用

21、，是目前環(huán)境生物技術(shù)令人注目的發(fā)展方向。這些技術(shù)可能在保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)低投入持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮巨大作用。但和轉(zhuǎn)基因植物一樣，基因工程細(xì)菌在釋放之前，必須進(jìn)行環(huán)境生態(tài)安全評(píng)價(jià)。Mark 等認(rèn)為安全評(píng)價(jià)至少應(yīng)包括對(duì)土著假單孢菌、共生固氮菌和菌根菌等植物有益微生物群體的影響，對(duì)轉(zhuǎn)基因工程菌的安全評(píng)價(jià)可用其野生型作對(duì)照。 一些熒光假單孢菌株能產(chǎn)生2,4-二乙?；冱S酚( Ph1 )，常被用作生防細(xì)菌。但 Ph1 產(chǎn)量受復(fù)雜的轉(zhuǎn)刻因子和后轉(zhuǎn)刻因子調(diào)控，一個(gè)相應(yīng)的基因工程技術(shù)是通過(guò)修飾這類因子，增強(qiáng) Ph1 生產(chǎn)。歐洲已經(jīng)研制并準(zhǔn)備釋放幾個(gè)熒光假單孢菌的基因工程菌，Girlanda 等和 Mark 等對(duì)這

22、些工程菌進(jìn)行安全評(píng)價(jià)后聲明這些工程菌對(duì)土著細(xì)菌群體的影響與它們的野生型相似。相似地，Viebahn 等以惡臭假單孢菌( pseudomonas putida )株 WCS358r 為母本，構(gòu)建了兩株工程菌，以提高抗生素吩嗪-1-羧酸( phenazine-1-carboxylic acid，PCA )和2,4-二乙?；冱S酚的生產(chǎn)效率。他們將菌種以小麥種子包衣形式釋放到土壤，進(jìn)行連續(xù)4年試驗(yàn)，然后用 DGGE 進(jìn)行微生物群體指紋分析，發(fā)現(xiàn)工程菌和非工程菌對(duì)土壤微生物群體的影響有差異，工程菌對(duì)子囊菌( Ascomycetes )的幾個(gè)屬產(chǎn)生了特殊影響。熒光假單孢菌株 Q8r1-96 已被用作小麥

23、全蝕病的生防菌。Blouin 等將 PCA 合成基因?qū)?Q8r1-96 構(gòu)建一組新工程菌，這些新工程茵以種子處理方式釋放到小麥田間。工程菌在單獨(dú)接種時(shí)，其根際定植和存活能力與 Q8r1-96 相同，但當(dāng)工程菌與 Q8r1-96 同時(shí)接種時(shí)，Q8r1-96 抑制了工程菌在根系的定植。所以，增加抗生素的生產(chǎn)并不一定能增加工程菌在根際的定植能力。污染環(huán)境的微生物生物修復(fù) 1 重金屬污染 自然選擇導(dǎo)致生物體適應(yīng)進(jìn)化，如長(zhǎng)期生活在污染環(huán)境的植物和微生物會(huì)形成對(duì)污染物的抗性。菌根菌能改善土壤質(zhì)量和植物生長(zhǎng)，接種對(duì)污染物有抗性的菌根菌將有利于更好保護(hù)植物免受污染侵害。Turnau 等從污染土壤分離菌根菌，

24、將獲得的菌根菌接種到蔬菜，降低了植物對(duì)重金屬的吸收，減少了污染土壤種蔬菜的健康危險(xiǎn)性。Adriaensen 等比較了污染和非污染森林土壤根際共生菌根菌對(duì)重金屬的抗性。耐性菌種能有效保護(hù)樹(shù)木對(duì)養(yǎng)分的吸收，而敏感型菌種在重金屬濃度升高時(shí)生長(zhǎng)受到抑制，對(duì)樹(shù)木的養(yǎng)分供應(yīng)顯著減少。他們認(rèn)為樹(shù)木在重金屬污染土壤的生長(zhǎng)適應(yīng)性可能來(lái)自于共生菌根菌的遺傳變異。砷(As)污染灌溉水是孟加拉國(guó)最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。Ahmed 等從孟加拉國(guó) As 污染土壤分離到不同菌根菌和根瘤菌，在5個(gè) As 水平土壤進(jìn)行接種試驗(yàn)。菌根菌增加了植物高度、植物生物量、總?cè)~數(shù)、根莖 P 濃度和固氮酶活性，同時(shí)降低了根莖 As 含量。這些結(jié)果

25、表明根際共生能改善植物 N、P 吸收，同時(shí)減少植物 As 毒害。Barea 等在 Pb、Cd、Ni 污染土壤分離和鑒定主要細(xì)菌和真菌種屬，得到豐度最高的真菌為 VA 菌根真菌( glomus mosseae )、豐度最高的細(xì)菌為芽孢短桿菌( Brevibacillus )。將 VA 菌根真菌接種到三葉草作物根系增加了植物根、莖干物重和植物 N、P 含量，同時(shí)降低了植物莖的含 Cd 量；而接種芽孢短桿菌則增加了土壤脫氫酶、磷酸酶、-糖解酶和植物生長(zhǎng)素的活性，這些酶活性對(duì)植物根系生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。他們認(rèn)為接種對(duì)重金屬污染有抗性的微生物將在改善植物抗性和生物修復(fù)上有良好應(yīng)用前景。Tugarova 等研

26、究了重金屬對(duì)2個(gè)固氮螺菌( Sp245 和 Sp7 )的影響。Cu()和Cd()降低了2個(gè)菌種的 IAA 生產(chǎn)，降低了它們對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。但 Sp7 對(duì)重金屬有一定抗性，其抗性可能與重金屬誘導(dǎo)的聚羥基丁酸酯( Polyhydroxybu-tyrate)合成有關(guān)。 有機(jī)物污染 根際生物修復(fù)技術(shù)因其高效低耗而受到普遍歡迎。但是對(duì)植物如何激發(fā)根際生物降解的機(jī)理目前了解很少，對(duì)降解微生物的種類、根際生態(tài)過(guò)程、降解基因和降解途徑的多樣性也只有零星了解。一般認(rèn)為根系分泌物促進(jìn)根際微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程，從而加強(qiáng)有機(jī)物的生物降解。如 Mackova 等將3種不同植物種在多氯聯(lián)苯長(zhǎng)期污染的土壤上，6個(gè)月

27、后，土壤多氯聯(lián)苯含量顯著降低，其中煙草土壤的多氯聯(lián)苯降低最多，他們發(fā)現(xiàn)植物顯著增加了土壤細(xì)菌總數(shù)，其中煙草和龍葵植物顯著增加了多氯聯(lián)苯降解細(xì)菌數(shù)。根際共生菌根菌有助于植物養(yǎng)分吸收，增加植物生長(zhǎng)和根系生物量。Leyva1 等認(rèn)為菌根菌接種促進(jìn)多環(huán)芳烴降解的原因是菌根菌增加了根系生物量、促進(jìn)了根際降解細(xì)菌的生長(zhǎng)。他們將 VA 菌根真菌接種到工業(yè)污染土壤和多環(huán)芳烴加富土壤，發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴濃度在菌根菌接種的土壤低于非接種土壤，多環(huán)芳烴濃度隨著根距增加而增加。 在不少情況下，根際和根外土壤含有大量能降解有機(jī)污染物的細(xì)菌，但是有機(jī)污染物常常與土壤顆粒和有機(jī)物質(zhì)結(jié)合在一起，其生物有效性很低。所以在實(shí)施微生物生物修復(fù)時(shí)，首先必須提高有機(jī)污染物的生物有效性。有些植物根際能產(chǎn)生鼠李糖脂( rhamnolipids )和生物表面活性劑，